耐火材料是一种非均质体,是由包括晶相和非晶相的固态物质(固相)和气孔(气相)共同组成的。固相与气相的形状、大小、数量、排列分布和结合状况成为耐火材料的宏观组织结构。它表征耐火材料内部的致密和均匀程度。
反映耐火材料组织结构特性,有如下的性能指标。
一、气孔率
气孔是成型过程中残留于制品内的气体。
气孔形成的原因很多,主要有:
(1)制品成型时物料中的空气未完全排除;
(2)物料水分排除后留下空间;
(3)原料煅烧不充分,有些应分解的盐类未完全分解,应灼烧的成分未完全灼烧;
(4)物料成分不均匀,高温烧成时收缩不均匀等。但在制备有些轻质隔热制品时,会特意引进一些分布比较均匀的气孔。
耐火材料中的气孔可分为三类:
1.封闭气孔:封闭在制品中不与外界相通的气孔;
2.开口气孔:一端封闭,另一端与外界相通,能为流体所填充的气孔;
3.贯通气孔:贯通于制品的两面,能为流体所通过的气孔。
通常将开口气孔和贯通气孔合并在一起统称为显气孔或开口气孔。
由于开口气孔占总气孔体积的绝大部分,而且对制品的使用性能影响最大,又较易测定,因此在耐火制品的监测标准中,以显气孔率(ApparentPorosity,简写为A.P.或AP)表示该指标,即开口气孔(包括贯通气孔)的体积占制品总体积的百分率。计算公式如下:
气孔率一般是指与大气相通的显气孔的体积与制品总体积的百分比,又叫做显气孔率。制品的气孔率较小,导热性能越好,耐压强度越高,但抗急冷急热性能较差。
气孔是影响制品高温及高温使用性能的重要因素,特别是在高温条件下,气孔率高的制品对外界侵蚀的抵抗力会大大降低。
耐火制品的显气孔率可以小到接近零或大到80%。一般致密制品的显气孔率在10%-28%,小于15%的叫低气孔率制品。隔热材料的真气孔率(总气孔体积与制品总体积之比称为“真气孔率”)大于45%。
耐火制品中的气孔是由原料本身带入和在成型、干燥及烧成过程中形成的。它分布在颗粒、基质中及颗粒与基质之间。不同的耐火材料对气孔率的大小有一定要求。生产低气孔率的致密制品,首要条件是选用低气孔率的原料。按照最紧密堆积原理,采用合理的颗粒级配,合理使用结合剂,充分均匀混练,高压成型和适当提高烧成温度和延长保温时间都是致密耐火材料生产中降低气孔率的重要措施。
二、吸水率(WaterAbsorption)
耐火材料开口气孔中所填充的水的质量与该材料干燥后质量的百分比即为吸水率(WaterAbsorption,简写为W.A.或WA),以百分率表示。
吸水率实质上是反映制品中开口气孔量的一个技术指标。由于吸水率测定简便,在生产实际中常用来鉴定原料煅烧质量。原料煅烧得越好,吸水率数值越低。
三、体积密度(BulkDensity)
体积密度(BulkDensity,简写为B.D.或BD)是指干燥制品的质量与总体积之比,即单位体积(包括气孔)材料的质量,单位用g/cm3表示。
体积密度是表征制品致密程度的主要指标,密度高时可以减少外部侵入介质(液相或气相)对耐火材料作用的总面积,从而提高使用周期。但在轻质隔热制品的生产中,为降低热容和热导率,人们又采用各种手段降低制品的体积密度。
耐火材料中由于气孔的存在而影响了耐火材料的气孔率、吸水率和体积密度等指标。通过测量试样的质量,再用液体静力称重法测定其体积,就可以计算显气孔率、吸水率和体积密度。
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