[科普中国]-碳陶耐火材料

碳陶耐火材料是用热处理无烟煤或焦炭、石墨为主要原料，以煤焦油沥青为结合剂制成的耐火材料。由于石墨和碳砖耐火材料的性能，还原性气氛中应用它是一个强有力的竞争者。高炉使用适当数量的碳砖和石墨砖，特别是在其炉缸部位；但碳砖和石墨砖也可应用于炉腰部位和其它地方，如出铁口处1。

概述碳陶耐火材料（carbon refractory）其主要特点是含固定炭80%以上，以碳质耐火材料为主要组分的耐火材料，无烧结性和明显烧结收缩有机结合剂热解反应形成的碳网络，使炭素颗粒和炭素基质结合。品种有碳砖、石墨制品、浸渍碳质制品(或称不透性碳质制品)、碳化硅碳质制品（或称碳质碳化硅制品）、黏土结合碳质制品等。还可将碳质材料与高铝质、镁铝尖晶石、碱性材料配合，制成含碳的复合制品，称含碳耐火材料。也可用碳质原料制成捣打料和耐火泥。其热膨胀系数低、导热性高、抗热震性好、高温强度高、耐侵蚀性和抗渣性极好，质量轻，是优质的耐火材料1。

结构由于碳质和石墨质耐火材料全由单一的元素碳组成，故可通过晶体结构来区分它们。通常碳陶耐火材料没有边界良好的晶体结构，可认为是无定形的，这依赖于最初所用的原材料和生产过程所能达到的温度。石墨结构是被熟知的是一种平面结构，这种平面结构是一种无限大的二维碳原子排列，上述碳原子位于一个巨大的、类似苯环分子结构的六边形网络中。所以石墨具有层状结构，并且由于成型处理时微晶排列导致石墨会出现鳞片剥落或微晶择优取向，也就是平面结构会产生各向异性2。

制备工艺普遍存在的碳质和石墨质耐火材料有石墨、木炭、石油焦、焦油沥青、人工石墨、煤焦炭、无烟煤。焦油沥清、石油沥青和其它有机材料常被用作结合剂。把原材料准备好、磨碎、过筛、分类，根据设定的性能值进行混合配料；依据结合方式的不同把料加热到接近160℃，与结合剂混合得到所谓的坯体料或坯体混合物，下一步成型混合物。使用真空振动设备、压模成型机具、挤压成型机具、等静压机和捣打设备把上述混合料成型为理想的形状。经过所谓坯体成型后，下一步工序就是进行接近120℃的烧成处理。结合剂转化为焦炭。采用与结合剂成分相似的填充剂浸渍填充，可以实现机体致密和结合紧密的目的。进一步的烧成处理时，进人气孔的填充剂也转化成了焦炭2。

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学