（2）提高材料抗蠕变性的途径
1）纯化原料：提高原料的纯度或对原料进行提纯，尽量减少低熔物和强熔剂等杂质成分（如，粘土砖中的Na2O、硅砖中的Al2O3、镁砖中的SiO2和CaO等）的含量, 从而降低制品中的玻璃相含量（这是提高该性能的首选方法）；
2）强化基质：引入“逆蠕变效应”物质。如在高铝砖配料中引入一定尺寸的石英颗粒，高铝砖在高温下使用时，其中石英SiO2和高铝原料中的Al2O3持续发生莫来石的合成反应，反应过程伴随有一定程度的体积膨胀。这种体积膨胀的作用既是“逆蠕变效应”，可以抵消材料蠕变时的收缩变形，从而提高了高铝砖的抗蠕变性能。
3）改进工艺：合理设计配合料的颗粒级配，提高坯体的成型压力，获得高致密度坯体，减少制品中的气孔数量，使制品抗蠕变的有效成分增加；合理制定烧成制度（烧成温、保温时间、加热及冷却速度），使材料中的必要物化反应充分进行，获得需要的物相组成和组织结构。 4.3 弹性模量E
（1）定义：材料在其弹性限度内受外力作用产生变形，当外力撤除后，材料仍能恢复到原来的形状，此时的应力与应变之比称为弹性模量。弹性模量E可以表示为：
E?σl/?l, (MPa)
式中：ζ—材料的所受应力（外力或材料中产生的应力），（MPa）；
★
l/?l—材料受力时的长度相对变化。
E值大，应力ζ一定时，材料的变形?l就小。物理意义：将单位面积、单位长度的试样拉伸一倍时的所发生的应力。
弹性模量是材料的一个重要的力学参数，它表示了材料抵抗变形的能力，是原子间结合强度的一个指标，在很大程度上反映了材料的结构特征。
耐火材料的弹性模量随温度而变化，研究它有助于了解耐火材料的高温性能。 （2）耐火材料在高温下因应力作用而发生变形的原因 ①是由于基质的塑性或粘滞流动；
②是由于晶体沿晶界面或解理面的滑动作用。
不同成分和结构的耐火材料在高温下对于应力作用的反映不同，这取决于主晶相的性能、基质的特性、以及主晶相与基质的结合状况。其中基质的流动取决于基质液相的数量、粘度、塑性、润湿性等。
（3）温度对不同种类材料弹性模量的影响
单相多晶材料中的刚玉Al2O3、方镁石MgO、莫来石3Al2O32SiO2、尖晶石MgOAl2O3等的弹性模量，均随温度升高开始以直线或接近直线下降，至某温度以后不再降低，之后在某温度下并有提高上翘，其温度范围依材料不同而异。此种情况可认为是在较低的温度范围内，单相多晶材料的晶体界面间产生滑移的结果。
对于多相材料，如方镁石与尖晶石的复合物、铬镁砖、硅酸铝耐火材料的弹性模量，开始随温度升高而增大，至某温度时达到最大值，之后随温度升高则急速下降，即超出了材料的弹性变形范围。此种情况可认为是由于不同物相间的热膨胀系数差别，填充了结构中的空隙，或者是颗粒间相互交错镶嵌形成骨架，使材料结构变得密实，刚性增加，弹性模量随之增大（这种情况通常称之为“强化”）。弹性模量的急速下降是因为基质在某温度下软化所致。见P19图1-10。
（4）弹性模量的应用：
①根据不同温度弹性模量的测定结果，可以判定材料中的基质软化、液相形成和由弹性变形过渡到塑性变形的温度范围，确定晶型转变等物化反应温度及其对材料结构的影响（硅砖中的鳞石英与方石英的转变温度附近有弹性模量的最小值）；
②一般而言，如果制品的其它性质相同，材料的弹性模量与热震稳定性呈现反比关系，由弹性模量可判断制品的热震稳定性；
③如果是同一系统的制品，弹性模量与抗折强度、耐压强度基本上成正比关系，可以根据已有制品的强度和弹性模量、测定其它制品的弹性模量就可以基本确定其强度，此为强度的无损测定，或称非破坏性试验测定方法。
弹性模量测定：一般分为静力法（主要是静荷重法）和动力法（主要是声频法）。其中声频法的原理，是根据弹性体的固有振动频率取决于其形状、致密度、弹性模量，对于形状、致密度已知的试样，测定它的振动频率，就可以求得弹性模量。
§1-5 耐火材料的高温使用性质
5.1 耐火度 5.1.1 耐火度定义
定义：耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度。耐火度是个耐火
材料高温性质的技术指标，对于耐火材料而言，耐火度表示的意义与熔点不同。
熔点是纯物质的结晶相与其液相处于平衡状态下的温度，如氧化铝Al2O3熔点为2050℃，氧化硅SiO2的熔点为1713℃，方镁石MgO的熔点为2800℃等。但是，一般耐火材料是由各种物质组成的多相固体混合物，并非单相的纯物质，故没有固定的熔点，其熔融是在一定的温度范围内进行的，即只有一个固定的开始熔融温度和一个固定的熔融终了温度，在这个温度范围内液相和固相是同时存在的。 5.1.2 耐火度测定
在实际中，耐火度的测定并非采用直接测温的方法，而是通过具有固定弯倒温度的标准锥与被测锥弯倒情况的比较来测定的。
耐火度测定：将-180目的物料加上结合剂，用模具制成截头三角锥，上底边长2mm，下底边长8mm，高30mm，截面成等边三角形。将2只被测锥与4只标准锥用耐火泥交错固定于耐火材料台座上，6个锥锥棱向外成六角形布置，锥棱与垂线夹角为8o。台座转速为2r/min，快速升温至比估计的耐火度低100℃～200℃时，升温速度变为2.5℃/min。由于被测锥产生液相及自重的作用，锥体逐渐变形弯倒，锥顶弯至与台座接触时的温度，即为被测材料的耐火度（记下2个参考高温标准锥的锥号，例如WZ168～170）。
标准锥称为测温锥，我国测温锥用“WZ”表示锥体弯倒温度的1/10进行标号；前苏联用“ПK”，英国、日本等国用“SK”等标号测温锥。系列锥号及相应温度见教材书后的附表2。
锥体弯倒时的液相含量约为70～80%，其粘度约为10～50Pa.s 。 5.1.3 影响材料耐火度的因素
(1)决定耐火材料耐火度的因素：主要是材料的化学矿物组成及其分布情况。
各种杂质成分特别是具有强熔剂作用的杂质成分，会严重降低制品的耐火度，因此提高耐火材料耐火度的主要途径应是采取措施来保证和提高原料的纯度。 (2)影响耐火材料耐火度的因素：
① 被测物料的粒度：被测物料的粒度过小，也会使耐火度测定值偏小。
② 测试方法和测试条件对耐火度的影响：被测锥制备方法、被测锥的形状尺寸及安放方法、台座的转速、升温速度、加热炉气氛和温度分布情况等，对耐火度测定的数值都有一定的影响。
耐火度与使用温度的区别。耐火度与使用温度的温度差可能很大，其因是耐火材料在使用中要经受荷重、工作介质（熔体、固体、气体）的机械冲击磨损和化学侵蚀、温度的急变等。
耐火度可以作为选用耐火材料时综合评价判断的一个参考数据。原料的耐火度测定可以判断原料的杂质成分与含量。常见耐火原料及耐火制品的耐火度指标为：
表 1-3 各材料的耐火度指标(℃)
品种 结晶硅石 硅砖 1690-1730 硬质粘土 1750-1770 粘土砖 1610-1750 高铝砖 1770-2000 镁砖 ﹥2000 耐火度 1730-1770 5.2 高温荷重变形温度 5.2.1 高温荷重变形温度定义
定义：耐火材料在固定荷重条件下，随温度升高发生规定变形率时的温度。该技术指标表示了耐火材料对温度与荷重同时作用的抗变形能力。耐火材料发生不同变形率的温度区间，反映了耐火材料呈现明显塑性变形的软化温度范围。在一定程度上体现了材料于使用条件下的结构强度。
5.2.2 高温荷重变形温度的测定
被测试样是在制品上钻取直径d=50mm，h=50mm，中心孔径d孔=12 ~ 13mm的带孔圆柱体（以前是d=36mm，h=50mm的实心圆柱体）。将试样置于试验电炉内，在200Kpa的静压力下，按规定的升温速度分阶段地连续均匀加热（≤1000℃,5～10℃/min;＞1000℃,4 ~ 5℃/min），测定试样压缩变形率0.5%（即试样高度压缩0.25mm）时的温度，即为被测试样的“荷重软化开始温度T0.5”，亦称“荷重软化点”（以前荷重软化点是变形率为0.6%时的温度T0.6）。
高温荷重变形温度还需要测出压缩变形率1.0%、2.0%、5.0%等相对应的变形温度T1.0、T2.0、T5.0等（以前是测出变形率4.0%、40%的T4.0、T40）。将各变形率及变形温度绘制图形，如P21的表1-5和图1-3所示。这样，就可以在较大的温度范围把材料的结构性能随温度的变化情况很明显地表示出来了。 5.2.3 高温荷重变形温度的影响因素
从图表中可见，各种耐火材料因其结构性能的不同，高温荷重变形温度曲线形状也不同。1#、4#、6#曲线为粘土质耐火材料和高铝质耐火材料，由于晶相与液相的比例差异，荷重软化开始温度不一致，但是液相量和液相粘度随温度升高的变化程度均较小，曲线较平缓。
2#曲线为硅砖，由于鳞石英构成的结晶骨架坚强，材料中的液相量少且粘度大，当温度接近鳞石英的熔点时试样才开始变形，结晶骨架破坏，迅速坍塌。荷重软化开始温度与变形40%的温度只差20℃，仅比耐火度低60 ~ 70℃。
3#曲线为镁砖，方镁石是被结合物（低熔结晶化合物）胶结，当温度升高至低熔化合物的熔点以后，生成了粘度很小的液相，导致结构体的松垮。荷重软化开始温度与结构溃裂时的温度仅差10 ~ 30℃，而与耐火度却相差1000℃以上。
综上所述，影响高温荷重变形温度的主要因素是：主晶相的结晶构造及特性，主晶相颗粒间结合状态、结合物的种类等；主晶相与液相的相对比例，温度升高时二者的相互作用及对液相数量、粘度的影响；组织结构中的气孔数量多、尺寸大，高温荷重变形温度低。 5.2.4 高温荷重变形温度的提高途径：与提高材料抗蠕变性的途径相同。 提高高温荷重变形温度的途径，与提高材料抗蠕变性的途径基本相同。
1）纯化原料：提高原料的纯度或对原料进行提纯，尽量减少低熔物和强熔剂等杂质成分（如，粘土砖中的Na2O、硅砖中的Al2O3、镁砖中的SiO2和CaO等）的含量, 从而降低制品中的玻璃相含量（这是提高该性能的首选方法）；
2）强化基质：引人增大液相粘度的物质和能形成高熔点化合物的成分，或加入能产生体积膨胀的物质。
3）改进工艺：合理设计配合料的颗粒级配，提高坯体的成型压力，获得高致密度坯体，减少制品中的气孔数量，使制品抗蠕变的有效成分增加；合理制定烧成制度（烧成温、保温时间、加热及冷却速度），使材料中的必要物化反应充分进行，获得需要的物相组成和组织结构。
5.2.5 高温荷重变形温度与使用条件的差异
根据耐火材料的高温荷重变形温度指标，可以判断耐火材料使用过程中在何种条件下失去承载能力以及制品内部的结构的变化情况，可以作为评价和选用材料的依据。但是，高温荷重变形温度的测定条件与耐火制品的使用情况还存在着较大差异：
制品的使用条件下的荷重比试验时小的多，因此制品使用时的荷重软化开始温度比测定值要高；
测定时材料整体处于同等的受热条件，而使用时大多数情况是沿受热面的垂直方向存在着较大的温度梯度，材料的承载主要是材料的冷端部分；
耐火材料的承受高温荷重的使用时间要比试验测定时多的多；
在实际使用过程中，耐火材料还可能受到弯曲、拉伸、扭转、冲击化学介质和工作气氛的作用影响。 5.3 高温体积稳定性
5.3.1 高温体积稳定性的意义及定义