[科普中國(guó)]-碳陶耐火材料

碳陶耐火材料是用熱處理無(wú)煙煤或焦炭、石墨為主要原料，以煤焦油瀝青為結(jié)合劑制成的耐火材料。由于石墨和碳磚耐火材料的性能，還原性氣氛中應(yīng)用它是一個(gè)強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。高爐使用適當(dāng)數(shù)量的碳磚和石墨磚，特別是在其爐缸部位；但碳磚和石墨磚也可應(yīng)用于爐腰部位和其它地方，如出鐵口處1。

概述碳陶耐火材料（carbon refractory）其主要特點(diǎn)是含固定炭80%以上，以碳質(zhì)耐火材料為主要組分的耐火材料，無(wú)燒結(jié)性和明顯燒結(jié)收縮有機(jī)結(jié)合劑熱解反應(yīng)形成的碳網(wǎng)絡(luò)，使炭素顆粒和炭素基質(zhì)結(jié)合。品種有碳磚、石墨制品、浸漬碳質(zhì)制品(或稱(chēng)不透性碳質(zhì)制品)、碳化硅碳質(zhì)制品（或稱(chēng)碳質(zhì)碳化硅制品）、黏土結(jié)合碳質(zhì)制品等。還可將碳質(zhì)材料與高鋁質(zhì)、鎂鋁尖晶石、堿性材料配合，制成含碳的復(fù)合制品，稱(chēng)含碳耐火材料。也可用碳質(zhì)原料制成搗打料和耐火泥。其熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱性高、抗熱震性好、高溫強(qiáng)度高、耐侵蝕性和抗渣性極好，質(zhì)量輕，是優(yōu)質(zhì)的耐火材料1。

結(jié)構(gòu)由于碳質(zhì)和石墨質(zhì)耐火材料全由單一的元素碳組成，故可通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)來(lái)區(qū)分它們。通常碳陶耐火材料沒(méi)有邊界良好的晶體結(jié)構(gòu)，可認(rèn)為是無(wú)定形的，這依賴(lài)于最初所用的原材料和生產(chǎn)過(guò)程所能達(dá)到的溫度。石墨結(jié)構(gòu)是被熟知的是一種平面結(jié)構(gòu)，這種平面結(jié)構(gòu)是一種無(wú)限大的二維碳原子排列，上述碳原子位于一個(gè)巨大的、類(lèi)似苯環(huán)分子結(jié)構(gòu)的六邊形網(wǎng)絡(luò)中。所以石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，并且由于成型處理時(shí)微晶排列導(dǎo)致石墨會(huì)出現(xiàn)鱗片剝落或微晶擇優(yōu)取向，也就是平面結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生各向異性2。

制備工藝普遍存在的碳質(zhì)和石墨質(zhì)耐火材料有石墨、木炭、石油焦、焦油瀝青、人工石墨、煤焦炭、無(wú)煙煤。焦油瀝清、石油瀝青和其它有機(jī)材料常被用作結(jié)合劑。把原材料準(zhǔn)備好、磨碎、過(guò)篩、分類(lèi)，根據(jù)設(shè)定的性能值進(jìn)行混合配料；依據(jù)結(jié)合方式的不同把料加熱到接近160℃，與結(jié)合劑混合得到所謂的坯體料或坯體混合物，下一步成型混合物。使用真空振動(dòng)設(shè)備、壓模成型機(jī)具、擠壓成型機(jī)具、等靜壓機(jī)和搗打設(shè)備把上述混合料成型為理想的形狀。經(jīng)過(guò)所謂坯體成型后，下一步工序就是進(jìn)行接近120℃的燒成處理。結(jié)合劑轉(zhuǎn)化為焦炭。采用與結(jié)合劑成分相似的填充劑浸漬填充，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)體致密和結(jié)合緊密的目的。進(jìn)一步的燒成處理時(shí)，進(jìn)人氣孔的填充劑也轉(zhuǎn)化成了焦炭2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黎明 - 副教授 - 西南大學(xué)