常用工程材料-非金属材料

非金属材料

非金属材料也是重要的工程材料。它包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀(酸)非金属材料和陶瓷材料等。

1.耐火材料

(1)耐火材料的主要性能指标和分类：

1)耐火材料的主要性能指标。

① 耐火度。耐火度是耐火材料受热后软化到一定程度的温度。

② 荷重软化温度。

③ 高温化学稳定性。高温化学稳定性是耐火材料抗炉气和炉料腐蚀的能力;

④ 抵抗温度变化的能力越好，则耐火材料在经受温度急剧变化时越不易损坏;

⑤ 抗压强度要好;

⑥ 密度和比热容

⑦ 热导率要小，隔热性能要好，电绝缘性能要好。

2)耐火材料的分类

① 耐火砌体材料。按材质高低，分为普通耐火材料和特种耐火材料;按材料密度分为重质耐火材料和轻质耐火材料;按耐火材料的主要化学成分分为粘土砖、高铝砖、硅砖、氧化铝砖、石墨和碳制品以及碳化硅制品等。

② 耐火水泥及混凝土。低钙铝酸盐耐火水泥是用优质铝钒土和石灰石，按一定比例配合经烧结、磨细制成。

耐火混凝土具有施工简便、价廉和炉衬整体密封性强等优点，但强度较低。按照胶结料的不同，耐火混凝土分为水硬性耐火混凝土、火硬性耐火混凝土和气硬性耐火混凝土;按照密度的高低，可分为重质耐火混凝土和轻质耐火混凝土两类。

2.耐火隔热材料

耐火隔热材料，又称为耐热保温材料。它是各种工业用炉(冶炼炉、加热炉、锅炉炉膛)的重要筑炉材料。常用的隔热材料有硅藻土、蛭石、玻璃纤维(又称矿渣棉)、石棉，以及它们的制品如板、管、砖等。

3.耐蚀(酸)非金属材料

(1)铸石。铸石是以辉绿岩、玄武岩、页岩等天然岩石为主要原料，经熔化、浇注、结晶、退火而成的一种硅酸盐结晶材料。铸石具有极优良的耐磨与耐化学腐蚀性、绝缘性及较高的抗压性能。其耐磨性能比钢铁高十几倍至几十倍。

(2)石墨。石墨按照来源不同可分为天然石墨和人造石墨。它不仅具有高度的化学稳定性，还具有极高的导热性能。

石墨材料具有高熔点(3700℃)，在高温下有高的机械强度。当温度增加时，石墨的强度随之提高。石墨在3000℃以下具有还原性，并且在中性介质中有很好的热稳定性。在急剧改变温度的条件下，石墨比其他结构材料都稳定，不会炸裂破坏，石墨的导热系数比碳钢大2倍多，所以，石墨材料常用来制造传热设备。

石墨具有良好的化学稳定性。除了强氧化性的酸(如硝酸、铬酸、发烟硫酸和卤素)之外，在所有的化学介质中都很稳定，甚至在熔融的碱中也很稳定。

(3)玻璃。按形成玻璃的氧化物可分为硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硼酸盐玻璃和铝酸盐玻璃等，其中硅酸盐玻璃是应用最为广泛的玻璃品种。

(4)天然耐蚀石料。天然耐蚀石料的组成含二氧化硅的质量分数大于55.0%，且其含量越高耐酸性能越好。含氧化镁、氧化钙的质量分数在50.0%以上的石料，有较好的或好的耐碱性能，但不耐酸侵蚀。而某些耐酸石料含二氧化硅虽然很高，由于结构致密也能耐碱侵蚀。

(5)水玻璃型耐酸水泥。水玻璃型耐酸水泥具有能抗大多数无机酸和有机酸腐蚀的能力，但不耐碱。

4.陶瓷材料

陶瓷材料属于硅酸盐材料。目前陶瓷的应用已渗透到各类工业、各种工程和各个技术领域。陶瓷材料有着许多区别于其它材料的物理化学性能。比如高温化学稳定性、超硬的特点和极好的耐腐蚀性能。

(1)陶瓷材料的分类

工程陶瓷材料的分类见教材图1.1.2。它们可用于制造某些工业构件、零件和工具。陶瓷的种类很多，但缺乏统一的分类方法，陶瓷一般分为普通陶瓷和新型陶瓷两大类。

(2)常用的陶瓷材料

在工程中常用的陶瓷有电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等。

例题1：在工程材料分类中，铸石属于( )。

A.耐火材料 B.耐火隔热材料 C.耐蚀非金属材料 D.陶瓷材料

答案：C.耐蚀非金属材料

例题2：耐火材料的主要性能指标有()。

A. 高温化学稳定性 B. 抵抗温度变化的能力要好

C. 抗压强度要好 D. 密度和比热容要大

答案：A. 高温化学稳定性 B. 抵抗温度变化的能力越好 C. 抗压强度要好

例题3：石墨的特点包括( )。

A. 具有高度的化学稳定性 B. 具有极高的导热性能

C. 在硝酸中很稳定 D. 常用来制造传热设备

答案：A. 具有高度的化学稳定性 B. 具有极高的导热性能

D. 常用来制造传热设备