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　　非金属材料

　　非金属材料也是重要的工程材料。它包括无机非金属材料和高分子材料。无机非金属材料包括耐火材料、耐火隔热材料、耐蚀(酸)非金属材料和陶瓷材料等;高分子材料包括橡胶、塑料和合成纤维等。

　　(一)无机非金属材料

　　1.耐火材料

　　耐火材料是指能承受高温作用而不易损坏的材料，它是炼钢、炼铁及其他冶炼炉和锅炉内衬的基础材料之一。常用的耐火材料有耐火砌体材料、耐火水泥及耐火混凝土。

　　(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特性分为酸性、中性和碱性。

　　(2)耐火水泥及耐火混凝土。低钙铝酸盐耐火水泥是用优质铝矾土和石灰石，按一定比例配合经烧结、磨细制成。低钙铝酸盐水泥与耐火砖细块掺和，可制成耐火混凝土，用于某些高温窑炉和加热炉的内衬;也可与轻质耐火砖细块掺和制成耐火隔热材料，或与石棉掺和制成石棉耐火水泥制品。

　　耐火混凝土与普通耐火砖比较，具有施丁简便、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。

　　2.耐热保沮和绝热材料

　　(1)耐热保温材料。耐热保温材料，又称为耐火隔热材料。它是各种工业用炉的重要筑炉材料。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。

　　(2)绝热材料。绝热材料一般是轻质、疏松、多孔的纤维状材料，它既包括保温材料，也包括保冷材料。

　　3.耐蚀(酸)非金属材料

　　耐蚀(酸)非金属材料的主要成分是金属氧化物、氧化硅和硅酸盐等，它们的耐蚀性能高于金属材料(包括耐酸钢和耐蚀合金)，还具有良好的耐磨性和耐热性能，但是脆性大、承受冲击和震动能力差，抗拉强度低。在某些情况下它们是不锈钢和耐蚀合金的理想代用品，用于制造受力小、不受冲击及震动、使用温度不高或温度变化不剧烈的容器。常用的非金属耐蚀材料有铸石、石墨、耐酸水泥、天然耐酸石材和玻璃等。

　　(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性、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。在各类酸碱设备中的应用效果，高于不锈钢、橡胶、塑性材料及其他有色金属十倍到几十倍;但脆性大、承受冲击荷载的能力低。因此，在要求耐蚀、耐磨或高温条件下，当不受冲击震动时，铸石是钢铁(包括不锈钢)的理想代用材料，不但可节约金属材料、降低成本，而且能有效地提高设备的使用寿命。

　　铸石可生产各类平板、异型和特型铸石板材，长短不一的铸石直管、异型套管和复合铸石管，以及铸石粉和以铸石粉为主要原料的铸石复合制品等。铸石粉是用来调制耐酸胶泥的粉料。采用铸石粉调制的胶泥具有吸水性小、收缩性小、耐腐蚀性高和黏结力强等特点。

　　(2)石墨。石墨按照来源不同可分为天然石墨和人造石墨。防腐材料中应用的主要是人造石墨。人造石墨经过不透性处理，即通过浸渍、压型浇注等方法制得的新型结构材料称为不透性石墨。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，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两倍多，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。人造石墨材料的耐腐蚀性能良好，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。

　　不透性石墨是由人造石墨浸渍酚醛或呋喃树脂而成的。优点是导热性优良、温差急变性好、易于机械加工、耐腐蚀性好。缺点是机械强度较低、价格较贵。用于制造各种类型的热交换器、盐酸合成炉、膜式吸收器、管道、管件、阀门、泵类以及衬里用的砖板等。

　　(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。硅酸盐玻璃的化学稳定性很高，抗酸性强，组织紧密而不透水，但它若长期在某些介质作用下也会受侵蚀。玻璃长时期在温水或水汽作用下能使硅酸盐水解，玻璃表面分离出二氧化硅凝胶和苛性碱，使玻璃混浊变色、表面粗糙。硅酸盐玻璃具有较好的光泽、透明度、化学稳定性和热稳定性(石英玻璃使用温度达1000～1100℃)，其机械强度高(如块状玻璃的抗压强度约为600～1600MPa，玻璃纤维抗拉强度约为1500～4000MPa)、硬度大(莫氏硬度为5.5～6.5)和电绝缘性强，但可溶解于氢氟酸。一般用于制造化学仪器、高级玻璃制品、无碱玻璃纤维和绝缘材料等。

　　(4)天然耐蚀石料。天然耐蚀石料组成中含Si02的质量分数大于55.0%以上，其含量越高耐酸性能越好。含Mg0、Ca0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Si02虽然很高，由于结构致密也能耐碱侵蚀。如花岗岩强度高、耐久性好，但热稳定性较差;石英岩强度高、耐久性好、硬度高、难于加工;辉绿岩及玄武岩密度高、耐磨性好、脆性大、强度极高、加工较难;石灰岩热稳定性好、硬度较低。

　　(5)水玻璃耐酸水泥。水玻璃耐酸水泥具有能抵抗大多数无机酸和有机酸腐蚀的能力，但不耐碱及氢氟酸。水玻璃耐酸水泥是将耐酸填料(如石英岩、熔融辉岩、陶瓷碎片)和硬化剂(如氟硅酸钠)，按适当配比粉磨后再混合均匀制得的粉状物料。使用时再用适量的水玻璃溶液搅匀，能在空气中硬化，具有抵抗大多数无机酸和有机酸腐蚀的能力。用于硫酸、盐酸、磷酸(除30℃以上热磷酸)、醋酸、氯气、二氧化硫、三氧化硫、蚁酸和草酸等生产设备。

　　(6)耐酸陶瓷。见下部分，陶瓷材料。

　　4.陶瓷材料

　　陶瓷材料主要是以黏土为主要成分的烧结制品，它具有结构致密、表面平整光洁，耐酸性能良好等特点，工业中常用的有电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等。

　　陶瓷材料是用黏土、石灰石、长石、石英和砂子等原料生产的，所以陶瓷材料也是硅酸盐材料。陶瓷材料有着许多区别于其他材料的物理化学性能，如高温化学稳定性(用Al2O3做成的坩埚可在1700℃高温下不沾污金属)。Si3N4具有超硬的特点，可用作刀具材料，其硬度是硬质合金等切削工具所不及的。有些陶瓷具有极好的耐腐蚀性能，有一些陶瓷还具有能量转换的功能。

　　陶瓷一般分为普通陶瓷和新型陶瓷两大类。普通陶瓷包括电器绝缘陶瓷、化工陶瓷、结构陶瓷和耐酸陶瓷等，新型陶瓷包括除二氧化硅以外的其他氧化物、碳化物和氮化物。其中，耐酸陶瓷制品具有结构致密、表面平整光洁等特点，其耐酸性能良好、形状种类繁多(砖、板、罐、管及其他)和使用范围广等优点，但性脆、抗冲击能力差、急冷急热时易开裂。其分类如表1.1.7所示。

　　耐酸瓷砖、耐酸瓷板具有结构致密、气孔率低和吸水率较小等优点。耐酸陶砖、耐酸陶板和耐酸陶管气孔率和吸水率较大，强度和耐酸性低于瓷制品，表面较粗糙，主要用于铺地面、砌沟槽和储罐及其容器。

　　习题：热膨胀系数很低，导热性高，耐热震性能好，高温强度高，但在高温下易氧化，不宜在氧化气氛中使用的是( )。

　　A、高铝质制品

　　B、碳质制品

　　C、镁质制品

　　D、优质铝钒土

　　答案：B

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