金属在耐火材料中的应用

    近年来，金属复合耐火材料已成为研究的热点，如将Si、Al和Fe等引入到耐火材料中，研究开发了Si-Si3N4-刚玉质陶瓷杯、Al-碳-刚玉质滑板和Fe-AlN-MgO- Si3N4复合材料等，有的已在生产中得到了推广应用，并取得了满意的效果，值得一提的是，Si虽不是金属，但因其具备金属的延展性和塑性等特征，常将其归入金属材料中。

    研究得知：金属一旦作为一个组元复合于耐火材料中，其除具有在适当气氛下形成相应的化合物增强增韧基体材料外，还具有塑性相成型、促进烧结和抗氧化等作用。

    金属在耐火材料中的作用：

    塑性相成型：金属在应力作用下晶格会发生滑移，具有塑性特征，将其引入到耐火材料中，相对于坚硬的无机材料颗粒，在成型过程中其将发挥塑性成型特点，使得在相同的成型压力下制备的生坯密度较未添加金属试样的高。

    促进烧结：金属对耐火材料的促烧结作用可归于两方面因素：其一，引入金属形成的塑性相成型能够提高坯体的密度，缩短颗粒间的距离，减小烧制过程中扩散传质所需的能量；其二，金属的熔点一般低于耐火材料原料，其能在较低的温度下生成液相，液相形成的毛细管力及其本身的粘性流动加快了原子的迁移速率和坯体收缩，促进了烧结的致密化进程。

    改善韧性：金属可通过裂纹桥联、裂纹偏转和裂纹屏障等机制来改善复合材料的韧性，其中裂纹桥联是最有效的增韧机制，即当裂纹扩展到金属材料和基体材料的界面时，因金属颗粒的延展性，裂纹使其受力拉长，其将在裂纹的上下表面施加一个桥联应力，一方面可阻止裂纹的张开而减小裂纹尖端的强度因子，另外还能随裂纹的张开而发生塑性变形，消耗了裂纹尖端的能量，起增韧作用。

    抗氧化性：碳复合耐火材料由于碳的存在使其具有优越的抗热震性和抗渣性，但却存在易氧化的缺陷，碳一旦被氧化，其具有的优势将丧失殆尽。为了充分发挥碳复合耐火材料的优势，常通过添加适当的添加剂来提高其抗氧化性。金属由于性能活泼，易于与O2和CO等反应，已在耐火材料中作为抗氧化剂使用，常用作抗氧剂的有Al、Si、Mg及相应的合金等。

    原位反应生成非氧化物：将金属引入到耐火材料，在烧制过程中，利用其与原料组分或周围的气体反应生成非金属增强增韧相，可以达到改善基体常温和高温性能及抗热震性等效果。目前，该项技术已得到了广泛的关注。

    由以上可知，金属添加到耐火材料中，对耐火材料的力学性能和抗氧化性等均起到了积极的作用，这预示着它们在耐火材料中具有广阔的应用前景。随着科技的不断发展和科学领域的不断突破，金属复合耐火材料的性能将不断优化，其应用范围也将进一步扩大。