当材料承受1800摄氏度的高温 又具备一定的可加工性

寂静回声

问


答

1800℃的温度接近或超过了大多数常见金属的熔点，因此在这个温度下，很多金属都会熔化。这个温度也超出了普通耐火材料的使用温度范围，通常只有少数高熔点材料才能在这样的高温下保持稳定。在实际应用中，这样的高温环境往往出现在某些特定的工业过程中，比如炼钢、玻璃制造、陶瓷烧结以及一些先进的航空航天材料测试等。

钽酸盐陶瓷涂层的诞生使得中国航空发动机高压涡轮叶片的工作温度一跃提升到1600摄氏度，"追上"了美国的先进水平。而更重要的是，该材料的性能还有进一步增长的空间，预期可能可以达到1800度左右水平。

马弗炉是一种实验室常用的加热设备，其炉膛温度通常可以达到 1000℃以上，最高可达 1800℃左右。马弗炉之所以能够耐受如此高温，主要是因为它采用了优质的耐火材料和先进的炉膛设计。

某些类型的耐火砖和耐火混凝土 - 使用特定配方制造，可以承受极高的温度。耐火材料种类繁多，通常按耐火度高低分为普通耐火材料（1580～1770℃）、高级耐火材料（1770～2000℃）和特级耐火材料（2000℃以上）。
氧化铝（Al2O3） - 也被称为刚玉，是一种常见的耐火材料，具有高熔点和良好的耐磨损性。酸性耐火材料以氧化硅为主要成分，常用的有硅砖和粘土砖。硅砖是含氧化硅93％以上的硅质制品，使用的原料有硅石、废硅砖等，其抗酸性炉渣侵蚀能力强，荷重软化温度高，重复煅烧后体积不收缩，甚至略有膨胀；但其易受碱性渣的侵蚀，抗热振性差。硅砖主要用于焦炉、玻璃熔窑、酸性炼钢炉等热工设备。粘土砖以耐火粘土为主要原料，含有30％～46％的氧化铝，属弱酸性耐火材料，抗热振性好，对酸性炉渣有抗蚀性，应用广泛。

中性耐火材料以氧化铝、氧化铬或碳为主要成分。含氧化铝95％以上的刚玉制品是一种用途较广的优质耐火材料。以氧化铬为主要成分的铬砖对钢渣的耐蚀性好，但抗热振性较差，高温荷重变形温度较低。碳质耐火材料有碳砖、石墨制品和碳化硅质制品，其热膨胀系数很低，导热性高，耐热振性能好，高温强度高，抗酸碱和盐的侵蚀，不受金属和熔渣的润湿，质轻。广泛用作高温炉衬材料，也用作石油、化工的高压釜内衬。
碱性耐火材料以氧化镁、氧化钙为主要成分，常用的是镁砖。含氧化镁80％～85％以上的镁砖，对碱性渣和铁渣有很好的抵抗性，耐火度比粘土砖和硅砖高。主要用于平炉、吹氧转炉、电炉、有色金属冶炼设备以及一些高温设备上。


碳化硅（SiC） - 一种非常坚硬的陶瓷材料，具有很好的耐高温性能，能够在极端温度下保持其物理特性。

近日，中国矿业大学在超高温金属结构材料领域取得新进展，该校机电工程学院博士后万义兴与程延海教授研发出一种具有超高温工程应用潜力的氮化物增强NbMoTaWHfN（铌钼钽钨铪氮）难熔高熵合金，相关成果发表在中国工程院院刊《工程（英文）》上。万义兴介绍，超高温金属结构材料是指在1650℃以上温度且具有高于150兆帕强度的金属材料，需要同时满足温度与强度的双重指标。难熔高熵合金具有高熔点、高温高强度等优势，主要由铌（Nb）、钼（Mo）、钽（Ta）、钨（W）、铪（Hf）、铼（Re）、钒（V）、锆（Zr）、钛（Ti）等高熔点金属元素以及氮（N）、碳（C）、硅（Si）等非金属元素组成，极具超高温应用潜力，近年来受到科学界的广泛关注。
程延海教授团队与国内相关单位合作，通过调控原位生成多组元氮化物，将氮化物引入NbMoTaWHf难熔高熵合金基体中作为强化相，设计了一种具有潜在超高温工程应用前景的氮化物增强的NbMoTaWHfN难熔高熵合金。
这种合金在1000至1800℃范围内具有极高的强度，1800℃强度达到惊人的288兆帕，实现了高温与高强度的“双赢”效果。通过与其他合金比较测试温度和强度，发现NbMoTaWHfN难熔高熵合金具有优异的高温强度，无论是在测试温度还是在高温强度方面均远超大多数合金。这种优异的性能使其在超高温下具有广泛的工程应用潜力，例如航空发动机工程和地面燃气轮机工程等。

高级耐火材料通常含有更多的高熔点成分，比如氧化铝、氧化锆等，这会使得材料更加坚硬，增加了加工难度。不同的加工方法对耐火材料的可加工性有不同的要求。例如，水射流切割或激光切割可以有效减少硬质材料加工时产生的应力集中，而传统的锯切或磨削可能需要更长时间并且更容易造成材料损伤。