復合材料在耐火材料中的應用
近年來，金屬復合耐火材料制品已成為研究的熱點，如將Si、Al和Fe等引入到耐火材料中，研究開發(fā)了Si-Si3N4-剛玉質陶瓷杯、Al-碳-剛玉質滑板和Fe-AlN-MgO-Si3N4復合材料等，有的已在生產中得到了推廣應用，并取得了滿意的效果。值得一提的是，Si雖不是金屬，但因其具備金屬的延展性和塑性等特征，常將其歸入金屬材料中。
研究得知，金屬一旦作為一個組元復合于耐火材料中，其除具有在適當氣氛下形成相應的化合物增強增韌基體材料外，還具有塑性相成型、促進燒結和抗氧化等作用。金屬在耐火材料中的作用主要有以下幾點。塑性相成型。金屬在應力作用下晶格會發(fā)生滑移，具有塑性特征，將其引入到耐火材料中，相對于堅硬的無機材料顆粒，在成型過程中其將發(fā)揮塑性成型特點，使得在相同的成型壓力下制備的生坯密度較未添加金屬試樣的高。
促進耐火制品的燒結。金屬對耐火材料的促進燒結作用可歸于兩方面因素：其一，引入金屬形成的塑性相成型能夠提高坯體的密度，縮短顆粒間的距離，減小燒制過程中擴散傳質所需的能量；其二，金屬的熔點一般低于耐火材料原料，其能在較低的溫度下生成液相，液相形成的毛細管力及其本身的粘性流動加快了原子的遷移速率和坯體收縮，促進了燒結的致密化進程。
改善耐火制品的韌性。金屬可通過裂紋橋聯、裂紋偏轉和裂紋屏障等機制來改善復合材料的韌性，其中裂紋橋聯是最有效的增韌機制，即當裂紋擴展到金屬材料和基體材料的界面時，因金屬顆粒的延展性，裂紋使其受力拉長，其將在裂紋的上下表面施加一個橋聯應力，一方面可阻止裂紋的張開而減小裂紋尖端的強度因子，另外還能隨裂紋的張開而發(fā)生塑性變形，消耗了裂紋尖端的能量，起增韌作用。
耐火磚抗氧化性的提高。碳復合耐火材料由于碳的存在使其具有優(yōu)越的抗熱震性和抗渣性，但卻存在易氧化的缺陷，碳一旦被氧化，其具有的優(yōu)勢將喪失殆盡。為了充分發(fā)揮碳復合耐火材料的優(yōu)勢，常通過添加適當的添加劑來提高其抗氧化性。金屬由于性能活潑，易于與O2和CO等反應，已在耐火材料中作為抗氧化劑使用，常用作抗氧劑的有Al、Si、Mg及相應的合金等。原位反應生成非氧化物：將金屬引入到耐火材料，在燒制過程中，利用其與原料組分或周圍的氣體反應生成非金屬增強增韌相，可以達到改善基體常溫和高溫性能及抗熱震性等效果。目前，該項技術已得到了廣泛的關注。
由以上可知，金屬添加到耐火材料中，對耐火材料的力學性能和抗氧化性等均起到了積極的作用，這預示著它們在耐火材料中具有廣闊的應用前景。隨著科技的不斷發(fā)展和科學領域的不斷突破，金屬復合耐火材料的性能將不斷優(yōu)化，其應用范圍也將進一步擴大。
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