1、特种耐火材料概述

特种耐火材料是在传统陶瓷和普通耐火材料基础上发展起来的，是以高熔点、高纯氧化物、非氧化物和炭素等单一材料或相互复合材料为原料，采用传统生产工艺或特殊生产工艺，具有特殊性能和特殊用途的新型耐火材料，又称高温陶瓷或高温材料。

特种耐火材料的特点：采用高纯原料，一般需要人工合成、提纯，很少用天然原料。采用特种生产工艺如：超微粉技术、喷雾造粒技术、特殊成型工艺技术(等静压成型、热压成型、注射成型等)，一般需细粉成型，几个微米到几十微米，采用高温烧成，一般大于1800℃，在各种气氛或真空条件下烧成。生产工艺流程为：原料提纯处理→粉碎→配料→素坯成型→干燥→素坯预烧→粗加工→烧成→最后加工。

特种耐火材料包括高熔点氧化物材料及其复合材料;高熔点非氧化物(碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、硫化物等)及其复合材料;金属陶瓷、高温涂层及纤维增强材料等。由于特种耐火材料具有的特殊性能，广泛用于国民经济中科技、军事、航空及各种高温工业中，是不断受到重视的高温材料。

2、特种镁质耐火材料

2.1概述

氧化镁是高熔点氧化物，熔点2800℃，属立方晶系，NaCl型结构，理论密度3.58g/cm3，莫氏硬度6，电绝缘性好，热膨胀系数大，20～1000℃平均热膨胀系数13.5×10-6/oC，100～1000℃热导率为6.96W/m.k，氧化镁制品有较高蒸汽压，在使用时受气氛影响较大，在氧化气氛中可使用到1700℃，超过1700℃，将被还原成金属镁，在真空中可使用到1600～1700℃。氧化镁的另一个性质，遇水或在潮湿空气中极易水化，生成氢氧化镁，伴随体积效应，实际生产和使用中要给予足够重视。氧化镁属于弱碱性物质，几乎不被碱性物质侵蚀，对金属和碱性溶液有较强的抗侵蚀能力。可用作熔炼铁、镍、铀、钍、锡、铅、铜、钴及其他合金等，还可用作浇注金属用的模子，高温热电偶保护管、高温炉衬材料等。

2.2 高纯氧化镁原料

高纯氧化镁原料是从含镁矿石中分解、提纯制得，工业上制取MgO主要以菱镁石、水镁石、白云石和海水等为原料，先将含镁原料经过酸、碱化学反应处理，制得各种镁盐，然后经过加热分解，再进一步化学处理或热处理得到高纯氧化镁原料。热处理过程主要包括去除物理水、结构水、分解反应去除酸根离子、烧结、晶粒长大、完整，若需要活性较大的氧化镁，煅烧温度应控制在1000℃以下，否则需要高温煅烧，得到死烧氧化镁，氧化镁来源不同、杂质种类、含量不同，烧结性不同，煅烧温度、再结晶性不同，由水镁石经热分解得到的氧化镁具有最好的烧结性，体积密度最大，由水氯镁石经热分解得到的氧化镁烧结性较差。

2.3特种氧化镁制品生产工艺

根据成型方法不同，分为浇注制品，主要用于生产坩埚、管状制品、薄片等，挤压制品主要用于生产圆棒状、管状等，等静压成型制品主要用于生产坩埚、高温绝缘材料等，还有捣打制品，机压制品等，根据生产制品大小、形状、用途不同，采用不同的生产方法。

3、泥浆浇注制品

一般氧化镁制品，大多采用泥浆浇注法生产，它比生产其他氧化物制品工艺要复杂些，主要是氧化镁存在水化问题，在生产中必须充分考虑，以免生产出大量废品。

(1)原料。生产前将氧化镁粉料与蒸馏水充分混和制成浆状，水化三天，使氧化镁水化充分，生成氢氧化镁，滤干后在100℃以下烘干，然后装入刚玉匣钵内，于1450℃～1600℃煅烧6～8小时，使氢氧化镁重新分解成氧化镁。

(2)泥浆制备。将重新分解成的氧化镁放入刚玉球磨筒中干磨45～90小时，然后加冷水湿磨75～90分钟，制成悬浮浆料，通常加入盐酸，使浆料PH=7～8，再过100目筛子除去气泡。

(3)成型与干燥。在石膏模中浇注1小时后可以脱膜，脱膜后坯料在70℃下干燥24小时，干燥后的坯体经1250℃素烧，整形加工。

(4)烧成。素烧后的坯料放入刚玉匣钵内密封，在1750～1800℃烧成，保温2～4小时，制品体密达3.47～3.54g/cm3，该方法生产工艺流程如下：

高纯氧化镁原料→电熔转相→破碎粉碎→强磁除铁→蒸馏水水化→烘干(小于100℃)→预烧(1450~1600℃，8h)→破碎(小于3.327mm)→干法细磨(45~90h)→加冰水湿磨(75~90min)→泥浆浇注→烘干(小于70℃)→素烧(1250℃)→修坯→烧成(1750~1780℃)→成品入库

4、等静压成型制品

氧化镁坩埚生产主要采取等静压成型法，其特点是热震稳定性比浇注制品好，适合用于稀有金属冶炼、铂族金属及其合金净化提纯、镍基高温合金冶炼、铁-硼永磁材料冶炼等，使用效果十分理想。电熔再结合氧化镁坩埚生产事项：

(1)原料：电熔高纯氧化镁原料的化学成份：MgO≥ 97.5%，SiO2≤ 0.6%，CaO≥ 1.2%，Fe2O3≤ 0.5%，Al2O3 ≤ 0.20%，C/S≥ 2 灼减≤ 0.17 %，体积密度≥ 3.45g/cm3 ，电熔镁砂主晶相为方镁石，少量次晶相为C2S，无低温硅酸盐玻璃相，晶粒尺寸≥200μm，量大晶粒500μm。

(2)破粉碎：检选、检验合格的电熔镁砂经颚式破碎机，对辊破碎机破碎成粒度≤2.5mm的骨料，经磁选机严格除铁，抽出1-0.074mm细骨料入橡校衬球磨机细磨48h，研磨介质为刚玉球。细磨后的电熔镁砂粒度为200目筛下料≥ 90%。

(3)混料：在小型混砂内混料，每次混料量300Kg，泥料当班混好当班用完。泥料的配料比：电熔镁砂2.5～0.5mm 40-45%，≤ 0.5mm 20%，≤ 0.074mm 35-40%，结合剂 2～3%。

(4)成型：坩埚制品在冷等静压机中成型，成型压力150-200MPa。根据坩埚容量的不同，可分别在罐体直径Ф200、Ф320、Ф460等静压机内成型。模具使用耐油橡胶外套、钢制模芯。模具放尺率按成品坩埚壁厚计25%，装料一般采用周边装料。装料时将橡胶套与模芯的合口处用细铁丝扎紧，在振动台上边加料边振动。要求料层均匀，密实度高。最后加橡胶密封盖，并用细铁丝捆牢。

(5)干燥与烧成：坩埚坯体成型后自然放置24h以上，再经120℃，6h干燥，即可入窑烧成，烧成温度1700℃，保温6h，总烧成时间约为36h。烧成时应用高纯电熔镁砂(粒度2.0-0.5mm)做垫砂。

(6)制品性能：等静压成型电熔再结合氧化镁坩埚的理化性能见表1。除电熔再结合氧化镁坩埚，还有尖晶石结合氧化镁坩埚，其生产工艺类似，不再论述。