耐火材料力學性能(mechanicalpropertiesofrefractories)

耐火材料在外力作用下，抵抗形變和破壞的能力。亦稱機械性能。耐火材料是一種結構材料，在砌筑、使用甚至堆放和運輸過程中會承受各種外力的作用，必須有足夠的抵抗能力，否則會導致耐火材料的破壞，為此需研究和測定耐火材料的力學性能。

耐火材料所承受的外力很復雜，既有瞬間應力又有持久應力，而以持久應力為主。產生應力的因素有壓縮、拉伸、彎曲、剪切、沖刷、撞擊、摩擦等。

耐火材料屬于無機非金屬材料，一般是多晶多相的聚集體，由晶相、液相以及氣孔所構成的非均質體。在常溫下表現為脆性材料的特征。表現在力學性能上是，當承受的外力達到一定值時，即產生破壞，破壞之前的應力極限值稱為“強度”。

耐火材料的力學性能主要取決于其組織結構和化學一礦物組成。強度的高低與構成材料的晶相、液相的種類、數量、晶粒尺寸以及與氣孔的分布、排列情況有著極為密切的關系。氣孔部位強度最弱，它的周圍往往又是應力集中的位置，材料的破壞往往從氣孔周圍開始。在同類材料中，以組織均勻致密，晶相發育良好、晶粒和氣孔孔徑細小者機械強度較高，為此，必須嚴格控制生產工藝條件。

除去外力作用外，耐火材料在溫度變化時還會因體積變化產生內應力。在使用過程中接觸液態金屬和熔渣以及廢氣等會引起材料自身成分、相組成和結構的變化，亦會影響制品的機械性能。

耐火材料經常測定的力學性能有：抗拉強度、耐壓強度、抗折強度、抗沖擊強度、粘結強度、抗沖刷能力、耐磨性、彈性模量、抗扭轉強度和高溫蠕變性等。

抗拉強度(抗張強度)指單位面積材料受到張應力(拉伸負荷)的作用而破壞時的極限應力，以試樣單位橫截面上所承受的負荷來表示。只有對承受拉應力作用的耐火材料測定抗拉強度才有意義。測定抗拉強度目前尚未制定標準。在研究工作中需要測定這項性能時，通常借鑒陶瓷材料的“8”字體法。

抗沖擊強度抵抗沖擊破壞的能力。有的耐火材料在使用過程中會受到物體的沖撞，例如轉爐裝料側的內襯材料，在使用過程中受到廢鋼的沖擊，是其損壞的重要原因。常用高溫抗折強度來間接判斷其抗沖擊性能的優劣。也可以參照陶瓷材料的沖錘法或鑄石的耐沖擊性法測定抗沖擊強度。

抗沖刷能力大部分耐火材料在使用中要經受熔融金屬、熔渣以及燃燒氣流的沖刷，溫度越高，對耐火材料的沖刷越嚴重，這是耐火材料損壞的重要原因之一。因為沖刷作用往往與摩擦、化學反應交織在一起，引起破壞的原因很復雜。直接測定耐火材料的抗沖刷能力非常困難，通常用抗折強度、耐壓強度等性能來間接判斷耐火材料的抗沖刷能力。

耐磨性材料抵抗摩擦蝕損的能力。相當多的耐火材料在使用時受到運動著的固體物料摩擦而蝕損，例如高爐內襯、煅燒耐火材料熟料等用的豎窯和回轉窯內襯等。耐磨性高低與構成耐火材料組分的顆粒硬度有直接關系，顆粒間粘結強度、磚體氣孔率高低也影響耐磨性；同樣材質，隨著溫度的升高耐磨性下降。

耐火材料耐磨性通常用美國ASTMC704測定，其要點是將試樣的平面垂直對著噴嘴，用448kPa壓力的空氣，將1000g粒狀碳化硅從噴嘴中噴到試樣上，測量試樣上磨損的體積，以cm³表示。在科研工作中，亦有采用往復摩擦法進行高溫耐磨性試驗的。不具備直接測量耐磨性試驗條件時，則用高溫抗折強度等其它力學性能間接判斷耐磨性。

抗扭轉強度由扭矩作用使單位面積材料遭到破壞的極限應力。較有意義的是測量耐火材料在高溫下的抗扭轉強度，方法要點是：將制品制成長條狀試樣放在臥式高溫爐中，兩端置于爐外，一端固定，另一端施加力矩作用，將爐溫升高至一定溫度和保溫一定時間，試樣開始扭曲變形，當應力超過一定極限時，試樣發生斷裂，記錄施加的力值，計算出單位面積上的極限剪應力。

展望隨著科學技術的進步和高溫工業的發展，人們對耐火材料力學性能的認識將越來越深，要求越來越高，不斷有新的力學性能項目來表達耐火材料的質量和耐用性。因此，要求測定耐火材料的力學性能項目會越來越多。例如，耐火纖維材料將要求測定纖維強度和制定測試方法；面臨著愈加嚴酷的使用條件，耐火材料的抗沖刷性、耐磨性等會成為某些耐火材料的重要性能，因而將要求逐漸創立科學的表達方法和測試標準。