耐火纖維的可增韌功能 提升耐火材料的抗熱震性

　　耐火纖維的可增韌功能，在耐火材料和高密度陶瓷中添加一定比例的耐火纖維用以提升耐火材料的抗熱震性。添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%左右的耐火纖維幾乎不會(huì)降低產(chǎn)品的強(qiáng)度，但卻降低了體積密度，大大降低了導(dǎo)熱系數(shù)。

　　一、耐火纖維

　　耐火纖維是指纖維狀的輕質(zhì)耐火材料。常用的有玻璃纖維，硅酸鋁纖維，堿土硅酸鹽纖維和多晶纖維，碳纖維等。耐火纖維一般具有低熱容量，低導(dǎo)熱率，化學(xué)穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，高溫下不易粉化，不含結(jié)合劑和腐蝕性物質(zhì)，吸音性優(yōu)良的特性。

　　二、耐火纖維的可增韌性能

　　耐火纖維作為添加料，可以改善常規(guī)的耐火材料使用性能。在耐火材料和高密度陶瓷材料中，加入耐火纖維改善了基體材料的韌性，也可以說(shuō)提高了硅酸鋁質(zhì)耐火材料的抗熱震性。引入一定數(shù)量和長(zhǎng)徑比適宜的短耐火纖維，可在耐火材料基體內(nèi)形成大量微裂紋，微裂紋增韌則是耐火纖維增強(qiáng)耐火材料抗熱震性的主要機(jī)理之一。在最開(kāi)始時(shí)，國(guó)內(nèi)及國(guó)外采用纖維增韌陶瓷材料，主要是基點(diǎn)放在了價(jià)格比較昂貴的SiC和Si₃N₄纖維上，在高溫下這些纖維易氧化，氧化鋁耐火纖維的引入解決了高溫氧化。

　　耐火纖維增強(qiáng)陶瓷基的復(fù)合材料是一種具有高強(qiáng)度、高抗熱震性、高抗氧化性，耐高溫以及耐磨損的新材料。為了達(dá)到耐火纖維增強(qiáng)的目的，耐火纖維與基體材料必須滿足兩個(gè)條件:第一，纖維的彈性系數(shù)必須高于陶瓷基的彈性模數(shù)；第二，纖維與基體之間必須是相容的。由于這兩個(gè)基本條件的限制，只有耐火纖維與陶瓷基的耐火材料相匹配。表1是耐火纖維的加入量對(duì)耐火材料強(qiáng)度及抗熱震性的影響，表2是耐火纖維的加入量對(duì)耐火材料熱導(dǎo)率及體積密度的影響。

表1 耐火纖維的加入量對(duì)耐火材料強(qiáng)度及抗熱震性的影響

表2 耐火纖維的加入量對(duì)耐火材料熱導(dǎo)率及體積密度的影響

從表1可以看出，隨著纖維加入量的增多，強(qiáng)度略有上升，但當(dāng)纖維加入量達(dá)到2%時(shí)，強(qiáng)度則表現(xiàn)下降趨勢(shì)，殘余強(qiáng)度保持率出現(xiàn)上升趨勢(shì)。耐火纖維的加入對(duì)抗熱震性的影響比較顯著。但引入較多的纖維，將會(huì)影響耐火材料中的骨料顆粒與基材料的結(jié)合性，所以耐火纖維加入量控制在8%左右，可達(dá)到較好的增強(qiáng)增韌作用。

　　從表2可以看出，隨著耐火纖維的加入量增多，耐火材料制品的體積密度降低，熱導(dǎo)率減少更為明顯。當(dāng)耐火纖維加入量為12%時(shí)，制品的體積密度降低了8%，熱導(dǎo)率卻減少了61.7%。這說(shuō)明通過(guò)加入耐火纖維來(lái)提高材料的絕熱性，降低熱導(dǎo)率也是一種行之有效的方法。

　　選擇耐火纖維加入量為0%和18%兩組試樣，熱震溫差分別為200℃、400℃、600℃、800℃和1000℃。試樣為小方塊，尺寸為30mm×30mm×5mm，用光學(xué)顯微鏡觀察裂紋形成及擴(kuò)展情況。

　　從圖1可以看出，不加耐火纖維試樣在溫差400℃時(shí)，強(qiáng)度下降較多，之后隨著溫差加大，強(qiáng)度呈現(xiàn)較快的下降趨勢(shì)，當(dāng)溫差為1000℃時(shí)，強(qiáng)度僅有3MPa左右，可以確定該試樣的臨界溫差不超過(guò)400℃。添加8%耐火纖維的試樣強(qiáng)度是逐漸下降的，沒(méi)有出現(xiàn)強(qiáng)度突然下降，可以斷定該試樣的臨界溫差不低于600℃。

圖1 溫差對(duì)耐火材料抗折強(qiáng)度的影響

　　通過(guò)顯微鏡觀察試樣裂紋發(fā)現(xiàn)，不加耐火纖維試樣在溫差400℃時(shí)出現(xiàn)小于1mm細(xì)小裂紋；當(dāng)溫差600℃時(shí)，裂紋從1mm擴(kuò)展至3mm，隨著溫差加大，裂紋繼續(xù)伸長(zhǎng)；到溫差1000℃時(shí)，裂紋已擴(kuò)展到15mm長(zhǎng)，且裂紋沿縱深走向發(fā)展。在溫差1000℃時(shí)，加入8%耐火纖維試樣，裂紋出現(xiàn)的熱震溫差是在800℃。隨著熱震次數(shù)增加，熱震溫差的加大，裂紋擴(kuò)展的速度極慢，經(jīng)過(guò)5次溫差1000℃的熱震后，裂紋僅擴(kuò)展1mm，而且裂紋的延伸方向是彎曲的，是遇到了耐火纖維后，裂紋擴(kuò)展受阻繞道延伸的結(jié)果。

　　耐火纖維增強(qiáng)材料的抗熱震損傷機(jī)理是：材料在破壞的全過(guò)程中，經(jīng)歷著裂紋成核、微小裂紋的形成和擴(kuò)展最終破壞的各個(gè)階段。在初始階段，裂紋的成核是主導(dǎo)方面；之后裂紋的擴(kuò)展是主導(dǎo)方面。有的材料一旦裂紋成核，即會(huì)發(fā)生斷裂；有的材料存在較大裂紋，裂紋需擴(kuò)展一個(gè)過(guò)程才能斷裂。適當(dāng)?shù)募尤敕稚⑿院玫哪突鹄w維，能有效地提高重質(zhì)耐火材料的強(qiáng)度和抗熱震性。耐火纖維補(bǔ)強(qiáng)增韌歸納起來(lái)有:負(fù)荷傳遞、基質(zhì)預(yù)應(yīng)力化、裂紋偏移、拔出效應(yīng)和架橋效應(yīng)等。耐火纖維增韌補(bǔ)強(qiáng)是一個(gè)非 常復(fù)雜的過(guò)程，在不同條件下其增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理不同。耐火纖維增韌補(bǔ)強(qiáng)是通過(guò)界面效應(yīng)取得的。耐火纖維的科性和耐火纖維基體界面結(jié)合狀況對(duì)材料的性質(zhì)起絕對(duì)作材料的斷裂主要是應(yīng)力在各種界面包括缺陷、晶界和晶用。界所形成的界面，是應(yīng)力積聚的結(jié)果。耐火纖維表面的析晶和界面2邊陶瓷相的“彌合”作用，阻止了基體裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展同時(shí)又不影響熱沖擊通過(guò)界面進(jìn)行能量的分散和吸收，從而使耐材具有很高的抗熱震性。

　　耐火纖維基復(fù)合材料較大地改善了原來(lái)陶瓷材料的脆性性質(zhì)，提高了它的韌性和熱穩(wěn)定性。耐火纖維作為分散在陶瓷基的主要成分，它的斷裂和分化將直接影響著復(fù)合材料的使用性能。

　　三、耐火纖維廠家

　　濟(jì)南火龍熱陶瓷有限責(zé)任公司是致力于硅酸鋁纖維、玻璃纖維、納米孔體隔熱材料、不定型耐火材料及相關(guān)功能型產(chǎn)品于一體的生產(chǎn)研發(fā)基地和隔熱保溫領(lǐng)域工業(yè)應(yīng)用推廣平臺(tái)。

　　公司通過(guò)了ISO9001、ISO14001、ISO45001國(guó)際質(zhì)量、環(huán)境、職業(yè)健康安全三體系認(rèn)證，擁有專業(yè)的工業(yè)窯爐保溫部門(mén)和經(jīng)驗(yàn)豐富的窯爐砌筑工程隊(duì)伍，可以為客戶提供技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的工業(yè)窯爐全纖維爐襯、輕質(zhì)復(fù)合爐襯和管道保溫結(jié)構(gòu)，以及復(fù)雜異形工況下特殊耐火保溫方案。

15年耐火纖維生產(chǎn)廠家服務(wù)熱線400-0531-696

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