定义：耐火材料在高温下长期使用时，其外形体积保持稳定不发生变化的性能，称为耐火材料的高温体积稳定性。是评价制品质量的一项重要指标。
耐火材料在烧成过程中，其间的物理化学变化一般都未达到烧成温度下的平衡状态。当制品长期使用时，一些物理化学反应在高温下会继续进行；此外，耐火材料烧成中因种种原因会有烧结不充分的制品，在制品使用中会产生进一步的烧结。在此方面的过程中，也导致制品会发生不可逆的体积尺寸的变化，即残余膨胀或收缩，也称为重烧膨胀或收缩。重烧体积变化的大小，即表明制品的高温体积稳定性。
耐火制品的高温体积稳定性这一指标对于其使用具有指导意义。重烧膨胀或收缩较大的制品，高温使用时的体积尺寸变化会造成制品的脱落或应力破坏，甚至可能使耐火材料的砌筑体松散，工作介质侵入到砌筑体内部，最后导致砌筑体的损毁。不定形耐火材料和不烧砖因其使用前无需烧成，该指标的测定尤为重要。提高定形制品的高温体积稳定性，可以适当提高烧成温度与保温时间，以使物化反应及烧结充分进行。
制品的高温体积稳定性通常是测定制品的重烧线变化率Lc和重烧体积变化率Vc。 5.3.2 制品重烧线变化Lc和重烧体积变化率Vc的测定
试样尺寸为50mm×50mm×60mm或d=50mm、h=60mm，升温速率为：室温RT～800℃，≤10℃/min；800～1200℃，3～5℃/min；＞1200℃，1～3℃/min。最高试验温度按材料的使用技术条件确定，一般较使用温度高一些。保温时间为5小时。
重烧线变化率Lc=[(L1-Lo)/Lo]×100% 重烧体积变化率Vc=[(V1-Vo)/Vo]×100% 式中：Lo、L1—重烧前后试样的长度，（mm）；
Vo、V1—重烧前后试样的体积，（cm3）。
测定结果正值为膨胀，负值为收缩。多数耐火材料重烧时收缩，如粘土砖；少数膨胀，如硅砖等。 5.4 热震稳定性
耐火材料在使用过程中，经常会受到环境温度急剧变化的作用，导至制品产生裂纹，剥落甚至崩溃。这种破坏作用限制了窑炉的加热和冷却速度、限制窑炉的强化操作，而且也是制品和窑炉加速损坏的主要原因之一。 5.4.1热震稳定性的定义及热震破坏类型
（1）定义：耐火材料抵抗温度的急剧变化而不破坏的性能称为热震稳定性（也称为抗热震性或温度急变抵抗性）。
如果某材料抵抗温度急变而不破坏的能力强，则称之为热震稳定性高（或抗热震性好）；否则，称之为热震稳定性低（或抗热震性差）。例如：莫来石、堇青石质耐火材料经受温度急变而不易断裂和剥落，则为热震稳定性高（或抗热震性好）的材料；硅砖、镁砖经受温度急变易于断裂和剥落，则为热震稳定性低（或抗热震性差）的材料。
对于像钢包、转炉内衬及陶瓷隧道窑窑车和窑具等，其工作时温度急变程度大，则应选择热震稳定性高的耐火材料。
（2）热震破坏的类型：材料的热震破坏可分为两大类： ① 热震断裂（或称热冲击断裂）：经受温度急变时瞬时断裂；
② 热震损伤：在热冲击循环作用下，材料先是开裂、剥落，然后碎裂或变质终至整体损坏。
5.4.2 材料的抗热震性
材料的抗热震能力，是其力学性能和热学性能对应于各种受热条件的综合表现。材料固有的力学性能参数：强度、断裂韧性参数，表征其对热震破坏的抵抗力；而各种热环境下引起的热应力，以及与之相应的应力强度因子是热震破坏的动力。对高温材料的抗热震性评价，源于两种观点：
（1）基于热弹性理论：以热应力?H 和材料固有强度?f 之间的平衡关系作为热震破坏的判据：σH≥σf…………………………….………………………………（4.7）
当材料固有的强度不足以抵制热震温差?T引起的热应力，就导致材料瞬时断裂，即所误谓的“热震断裂”；
（2）基于断裂力学理论：以弹性应变能W和材料的断裂能U之间的平衡关系作为热震破坏的判据：W≥U…………………………………….……………………（4.8）
当热应力导致的储存于材料中的应变能W，足以支付裂纹成核和扩展新生表面所需的能量U时，裂纹就形成和扩展。该理论把材料的抗热震性和物理性质的变化联系起来，探讨了材料在受热冲击时出现的开裂、剥落、退化、变质，终至碎裂和损坏的过程，即所谓的热震损伤过程。 5.4.3抗热震断裂理论 （1） 热应力
在不受外应力作用的情况下，材料由于温度急变而开裂或断裂，这是热膨胀引起的内应力局部地或整体地超过材料强度的必然结果。例如：一个两端自由、长度为L的各向同性
均质圆棒，当其所处的温度从T0升至T1时，就会膨胀伸长ΔL，但这时不会产生热应力，倘若圆棒的两端具有完全刚性的约束，热膨胀则不能实现，这时就产生内应力，这项内应力相当于欲使棒长(L+ΔL)压缩成L所需的应力：
???E??l/l??E??T1?T0? ………………（4.1）
其中E、α分别为圆棒的弹性模量和热膨胀系数，当T1＞T0，材料内部产生了压应力，当T1＜T0，则产生张应力。这种由于热膨胀或收缩引起的内应力，称为热应力。
热应力不仅在具有机械约束的条件下产生，而且在均质材料中当出现了温度梯度、非均质材料中的各相之间存在热膨胀系数差别，甚至在单相多晶体中存在的热膨胀系数各向异性，都是产生热应力的根源。
材料受热冲击产生热应力的大小、作用形式（压、张、剪），除了材料与环境的温度差ΔT、材料的E、α有关外，还与材料的导热系数λ、材料表面的传热系数h（材料表面与环境介质在单位温度差下、单位面积上、单位时间内的换热量），以及材料的形状大小因子b（球或圆柱的半径，板的半厚度）等因素有关，即取决于β ≈ bh/λ值（此值称为比奥数，无因次数)。
比奥数β值小，材料受热程度小、内部温度均匀程度高，材料受热震的程度也小。一般认为，β > 50（或认为β > 20）时的受热条件为急剧受热或冷却，β < 0.5（或认为β < 5）时的受热条件为缓慢受热或冷却。若β值不大不小，即处于0.5 < β < 50时，若欲进行热应力分析则必须考虑到试样内部温度分布随时间的变化，即温度变化速率。 ① 急剧受热或冷却条件下产生的热应力
一块从高温T1炉里取出并立即抛入低温T0水中的高温材料，在初始瞬间其表面层的收缩率为?(T0?T1)，然而此时尚保持原有温度T1的里层并未收缩，于是表面层受到一个来自里层的张力，而里层受到一个来自外层的压力，这个由于急剧冷却而产生于材料表面的张应力为：
?H??E?(T0?T1)…………………………….（4.2） 1?v式（4.2）中泊松比项（1-ν）的引入，是由于考虑到多向应变导致了多向热应力的结果，随后材料的温度由表及里逐步下降，表面层的热应力亦相应减少。 ② 缓慢受热或冷却条件下产生的热应力
对于一个无限大平板，在两侧均匀受热（或冷却）的过程中，其内部任意一点的温度T，是受热（或冷却）时间t和该点至平板的中和面的距离x的函数：
T?f(t、x)……………………………（4.3）
愈接近外层则受热（或冷却）速率愈快，中和面层的温度变化速率最小。在某一瞬间，板内任一点的应力?H取决于该点温度与此时板的平均温度Ta之差，进一步考虑到几何因素和热传导性的影响，理论研究结果表明，板内某点应力表达式：
?H?E??(Ta?T)…………..………….（4.4）
n(1?v)n为与试样几何形状有关的常数，无限平板的n=3。 ③ 怛速受热或冷却条件下产生的热应力
当构件表面以恒定速率进行加热或冷却时，其平均温度处于中心和表面温度之间，而且随着表面温度的变化而变化。理论研究结果表明，其表面热应力表达式为：
E?Vb2?H?……………………………(4.6)
1?vna表中a??/?c称为导温系数，它表征在温度变化过程中材料内部各点的温度趋于均匀的能力，?为材料密度，c为比热容，?为热传导率。 （2）抗热震断裂分析
在受热或冷却过程中，于高温材料中所形成的温度梯度和产生的最大热应力，随受热或冷却条件而不同。可以认为，这种最大热应力?max 是多种参数的函数：
?max?f(m)?φ(H)??(S)?P(T)………………….（4.9）
其中m为材料的特性参数，诸如力学性能、热学性能参数；H为热处理条件，诸如气、液等环境介质；S为试样几何因子，T为与温度有关的参数，诸如温差、升温速率等。
在试样的几何形状和热处理条件相同的情况下，φ(H)和?(S)可视为常数，则：
?max?f(m)?P(T)………………………….（4.10）
当高温材料中产生的最大热应力?max，随着温度函数P(T)的增大而提高到相当于材料本身的固有强度?f的临界热应力值?c时：即?c??f，称此时的温度函数称为临界温度函数P(T)c。由式中（4.10）得到：
P(T)c=
1?f或 P(T)c=F(m)?f……………….（4.12） f(m)式中的F(m)是f(m)的倒数。
可见，临界温度函数P(T)c，是高温材料抗热震断裂的量度，称之为抗热震参数，用R表示。它可借助于材料的力学性能和热学性能参数来加以描述。 ① 急剧受热或次冷却时的抗热震参数，
对于急剧受热或次冷却时的高温材料，其临界温度函数P(T)c就是引起临界热应力?c的临界温差?Tc，从式（4.2）得到急剧受热或次冷却时的抗热震参数R1为：
R1=?Tc=
1?v?f…………………………………..（4.13） E?② 缓慢受热或冷却时的抗热震参数
同理，从式（4.4）得到缓慢受热或冷却时的抗热震参数R2为：
R2??(1?v)?f??R1…………………………….（4.14） E?③ 材料能承受的最大温度急变速率
从耐火工艺学的观点出发，人们往往关心的是材料所能容忍的最大升温或冷却速成率
dT/dt，从式4.6可得临界变温速率表达式：
(1?v)n(2)a?f……….……………….……..（4.15） E?b(1?v)a?f= aR1…………（4.16） 则得到最大温度急变的抗热震参数R3：R3?E?n临界变温速率与抗热震参数R3关系为：Vc?2R3………………………..（4.17）
b Vc?可见，随构件几何尺寸的增大，其临界变温速率减小。如何理解？
通过以上分析可见，对于不同的热处理条件和不同的影响因素，用以表征材料抗热震性的参数不尽相同。各抗热震动参数Rn的共同点是，Rn随着材料强度σf和热导率λ的提高而增大，随着弹性模量E和热膨胀系数α的增大而减小。
以上的讨论是从热弹性力学的观点出发，以高温陶瓷材料的热应力和材料固有的强度之间的平衡关系为判据，分析出材料在变温过程中所能容忍的最大温差和最高变温速率。相应探讨了在各种热震条件下，用以表征高温陶瓷材料抗热震断裂能力的各种抗热震参数。 5.4.4 抗热震损伤理论
从断裂力学的观点出发，分析材料在温度变化条件下的裂纹成核、扩展及抑制过程，以弹性应变能和断裂能之间的平衡关系作为热震损坏的判据，是抗热震损伤的理论基础。
实际上，材料中不可避免地存在着或大或小、数量不等的微裂纹；而且在热震环境中出