耐火度不低于1580℃的一类无机非金属材料。耐火度是指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。但仅以耐火度来定义已不能全面描述耐火材料了，1580℃并不是的。现定义为凡物理化学性质允许其在高温环境下使用的材料称为耐火材料。耐火材料广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量更大，占总产量的50%～60%。耐火材料的性能主要涵盖结构性能、热学性能、力学性能、使用性能和作业性能等。具体如下：

1. 结构性能：耐火材料的结构性能主要包括气孔率、体积密度、吸水率、透气度、气孔径分布等，这些因素都与材料的品质密切相关。

1）气孔率是耐火材料中开口气孔（包括闭口气孔和贯通气孔）所占的体积与总体积之比，用百分比表示。耐火材料气孔率的大小可以反映其制造工艺的致密程度和颗粒级配是否合理。在工业应用中，根据不同的使用环境和要求，可以选择具有合适气孔率的耐火材料。2）耐火材料的体积密度是其重要的物理性质之一，它是指单位体积材料的质量。耐火材料的体积密度越大，说明其气孔率越小，质地越紧密，其使用性能一般越好。根据不同的使用环境和要求，需要选择具有合适体积密度的耐火材料。耐火材料的体积密度可以通过各种测量方法进行测定，如比重瓶法、气体置换法、振动法等。在工业应用中，为了确保耐火材料的质量和使用性能，一般会对其体积密度进行检测和控制。

3）耐火材料的吸水率是指其吸水能力的大小，即耐火材料所吸水的质量与干燥试样质量的百分比。耐火材料的吸水率与其气孔率有关，气孔率越大，吸水率越高。同时，吸水率也是评价耐火材料质量和使用性能的重要指标之一。耐火材料的吸水率越大，其体积密度越小，抗热震性、高温蠕变性、高温强度等都会受到影响，从而影响其使用性能。因此，在工业应用中，需要根据不同的使用环境和要求，选择具有合适吸水率的耐火材料。耐火材料的吸水率可以通过各种测量方法进行测定，如煮沸法、真空饱和法、烘干法等。在生产过程中，为了确保耐火材料的质量和使用性能，一般会对其吸水率进行检测和控制。

4）耐火材料气孔径分布

1、孔径范围

耐火材料的气孔径范围是指气孔大小的分布范围。根据气孔径的大小，气孔可分为超微孔（孔径<0.1μm）、微孔（孔径0.1～10μm）、宏孔（孔径>10μm）。在实际应用中，耐火材料的孔径分布范围与其制造工艺、原料、热处理等因素有关。孔径大小及分布对耐火材料的各项性能都有影响，如气孔率、体积密度、强度、导热性、抗热震性等。

2、孔径分布曲线

孔径分布曲线是表示耐火材料中气孔直径与气孔概率之间的关系曲线。通过孔径分布曲线，可以直观地了解气孔的分布情况，从而对耐火材料的性能进行评估。孔径分布曲线的测定方法有显微镜法、压汞法、气体吸附法等。

3、平均孔径

平均孔径是指耐火材料中所有气孔的直径的平均值。平均孔径的大小直接影响到耐火材料的性能，如强度、导热性、抗热震性等。在实际应用中，平均孔径的测定方法有显微镜法、压汞法、气体吸附法等。

4、气孔形状

耐火材料的气孔形状主要有圆形的、椭圆形的、条缝形的等。气孔形状对耐火材料的性能也有影响，如强度、导热性、抗热震性等。在实际应用中，气孔形状的测定方法有显微镜观察法、图像分析法等。

2. 热学性能：热学性能主要涉及到热导率、热膨胀系数、比热容、导温系数和热发射率等。这些性质对于材料的耐热性能有重要影响。

1）耐火材料的热导率是指单位时间内在单位温度梯度下沿热流方向通过材料单位面积传递的热量。它是表征材料导热特性的一个物理指标。耐火材料的热导率是耐火材料的最重要的热物理性能之一，对于高温热工设备的设计和选用耐火材料都是非常重要的考虑因素。

耐火材料的热导率受到多种因素的影响，包括材料的化学组成、矿物（相）组成、致密度（气孔率）、微观组织结构等。例如，材料的化学组成越复杂，其热导率降低越明显；晶体结构复杂的材料，热导率也低；气孔增多会降低材料的热导率；耐火材料越致密，气孔率越低，其热导率应越高。

另外，温度也是影响耐火材料热导率的外在因素。在高温下，耐火材料的热导率通常会增大。

耐火材料的热导率大小对其用途也有很大的影响，也影响其抗热震性、抗剥落性及抗侵蚀性。因此，实际耐火材料的热导率通常靠试验来测定。

不同类型的耐火材料具有不同的热导率，并且在使用过程中，它们会受到温度和其他因素的影响。因此，根据具体的工况和要求选择适合的热导率耐火材料是非常重要的。

2）耐火材料的热膨胀系数是衡量材料在温度变化下长度变化程度的重要参数，它通常用线膨胀系数或体膨胀系数来表示。这个系数的大小主要取决于材料的种类和制备工艺。

一般来说，对于非晶态氧化物材料如高岭土、蛭石等，其热膨胀系数相对较低；而对于结晶态氧化物材料如石墨、石英等，其热膨胀系数则相对较高。此外，添加剂的加入和制备方式也会影响材料的热膨胀系数。

在实际应用中，耐火材料会受到不断变化的温度，因此了解材料的热膨胀系数对于预测材料在不同温度下的长度变化，避免由于热胀冷缩而引起的开裂和破损具有重要意义。

3）耐火材料的比热容是指单位质量的耐火材料温度升高1K所吸收的热量，又称质量热容，单位为J/(g·K)。耐火材料的比热容主要取决于其化学矿物组成和所处的温度。

比热容对于耐火材料的设计和选型有着重要的意义。在高温热工设备中，耐火材料吸收热量后会升温，而其比热容的大小会影响到温度变化的速率。对于需要快速加热或冷却的工况，选用比热容较高的耐火材料可能更为合适；而对于需要保持稳定温度的工况，则选用比热容较低的耐火材料可能更为有利。

此外，在耐火材料的使用过程中，其比热容可能会受到环境气氛、温度波动等因素的影响而发生变化，因此需要定期进行检测和维护。

总之，了解耐火材料的比热容对于高温热工设备的设计、选型和维护都具有重要的意义。

4）耐火材料导温系数

1、材料热传导机制

耐火材料的热传导机制主要包括热传导、热对流和热辐射三种方式。其中，热传导是耐火材料中最主要的传热方式，主要通过固体晶格的振动和自由电子的运动来实现。热对流是由于温度梯度引起的流体流动，在耐火材料中表现为气体或液体的流动传热。热辐射则是通过电磁波传递热量，耐火材料中的某些元素能够发射或吸收辐射热量。

2、温度梯度对导温系数的影响

温度梯度对导温系数的影响主要体现在传热方向上。在温度梯度的作用下，热量会从高温区域向低温区域传递，导致导温系数的方向性差异。这种方向性差异会影响到材料的热膨胀系数、弹性模量等物理性能，进而影响到耐火材料的使用性能。

3、材料成分与导温系数的关系

耐火材料的成分对其导温系数具有重要影响。不同矿物组成和化学组成的耐火材料具有不同的导温系数。例如，高岭石和石墨等物质的导温系数相对较高，而方解石和石膏等物质的导温系数则相对较低。同时，添加剂的加入也会对导温系数产生影响。

4、微观结构对导温系数的影响

耐火材料的微观结构对其导温系数也有影响。材料的晶格结构、气孔率、晶界状态等因素都会影响到导温系数。一般来说，晶格结构紧密、气孔率低、晶界状态良好的耐火材料具有较高的导温系数。

5、热膨胀与导温系数的关系

耐火材料的热膨胀系数和导温系数之间存在一定的关系。一般来说，随着温度的升高，材料的热膨胀系数会增加，同时其导温系数也会随之增加。这种关系是由于温度升高时，晶格振动加剧，导致传热效率提高。因此，在高温环境下使用的耐火材料需要具有较高的热膨胀系数和导温系数，以保持良好的传热性能和使用性能。

6、气孔率对导温系数的影响

气孔率是影响耐火材料导温系数的另一个重要因素。随着气孔率的增加，材料的导温系数会降低。这是因为气孔的存在会阻碍热传导的进行，降低传热效率。因此，在实际应用中，需要综合考虑气孔率和其他性能指标，以选择合适的耐火材料。

7、环境气氛对导温系数的影响

环境气氛对耐火材料的导温系数也会产生影响。例如，在还原性气氛中，某些矿物会发生还原反应，导致其导温系数发生变化。此外，气氛中的水蒸气含量也会对材料的导温系数产生影响。因此，在使用过程中，需要根据实际工况选择合适的耐火材料，并注意控制环境气氛。

8、使用条件对导温系数的影响

除了上述因素外，使用条件也会对耐火材料的导温系数产生影响。例如，在高温环境下长期使用过程中，材料的晶格结构可能会发生变化，导致其导温系数发生变化。此外，温度波动和应力作用也会对材料的导温系数产生影响。因此，在实际应用中，需要综合考虑使用条件和其他性能指标，以选择合适的耐火材料。

5）耐火材料的热发射率是一个重要的物理性质，它决定了材料在高温下与热量传递相关的性能。热发射率受到多种因素的影响，如温度、波长、材料的物理和化学性质等。

随着温度的升高，耐火材料的热发射率会有所变化。一般来说，在一定的高温下，耐火材料的热发射率会急剧增加。这是因为耐火材料的热膨胀性能会导致其表面发生变形，这种变形会改变材料表面的辐射特性，从而影响热发射率。

此外，耐火材料的热发射率还与其成分和微观结构有关。例如，某些耐火材料中的杂质和气孔会提高其热发射率。这是因为这些杂质和气孔在高温下会对材料的辐射特性产生影响，从而提高热发射率。

需要注意的是，在实际应用中，耐火材料的热发射率可能会受到其他因素的影响，如气氛、温度波动等。因此，为了准确评估耐火材料的热发射率，需要在特定的实验条件下进行测量和测试。

3. 力学性能：力学性能方面包括耐压强度、抗拉强度、抗折强度、抗扭转强度、剪切强度、抗冲击强度和耐磨性等，这些都是决定耐火材料承受负载能力的关键因素。

4. 使用性能：耐火材料的使用性能涵盖耐火度、荷重软化温度、重烧线变化、抗热震性、抗渣性、抗酸碱性、抗水化性等。

1）耐火材料的抗渣性是指耐火材料在高温下抵抗熔渣及其他熔融液侵蚀而不易损毁的性能。熔渣侵蚀破坏耐火材料的机理十分复杂，一般包括有浸透、溶解和熔体冲刷等物理化学作用。

耐火材料在实际使用中约有50%是由于渣蚀而损毁的，因此提高耐火材料的抗渣性对于提高炉衬和其砌筑体的使用寿命，提高此类热工设备的热效率和生产效率，降低成本，减少产品因耐火材料而引起的污染，提高产品质量都有重要意义。

耐火材料抗渣性的优劣主要与其自身的化学成分、矿物组成和组织结构等有关，还与熔渣的性质及其相互作用的条件（如温度、时间、流速等）有关。不同化学组成的耐火材料具有不同的抗渣性，如酸性耐火材料对酸性熔渣有较强的抗渣性，而碱性耐火材料对酸性熔渣的抗渣性很弱。基质中杂质含量高，则耐火材料抗渣性差，而耐火材料抗渣性又大都取决于其基质的抗渣性。

2）耐火材料的抗热震性是指材料抵抗温度急剧变化而不损坏的能力。在温度经常急骤变化的作业条件下，耐火材料的抗热震性是其使用寿命的主导因素。因此，提高耐火材料的抗热震性一直是耐火材料科技工作者努力追求的目标。

耐火材料是非均质的脆性材料，与金属制品相比，其热膨胀率较大，热导率和弹性较小，抗张强度低，导致其抗热震性能较低。材料的热震破坏可分为两大类：一类是瞬时断裂，称为热冲击断裂；另一类是在热冲击循环作用下，先出现开裂、剥落，然后碎裂和变质，终至整体损坏，称为热震损伤。

影响耐火材料抗热震性的因素非常复杂，主要包括材料的力学性能和热学性能，如强度、断裂能、弹性模量、线膨胀系数、热导率等。一般来说，耐火材料的线膨胀系数小、热导率高，其抗热震性就越好。此外，耐火材料的颗粒组成、致密度、气孔是否微细化、气孔的分布、制品形状等也会对其抗热震性产生影响。

改善耐火材料的抗热震性可以采取以下措施：

1. 原料及外加剂选择：尽量选用线膨胀系数低、热导率高的原料，同时在不影响材料其他性能的情况下加入线膨胀系数低、热导率高的外加剂。

2. 材料微观结构优化：如在材料中引入第二相或第二种材料（如氧化锆），利用其相变产生微裂纹达到增韧的目的。

3. 制品形状和尺寸：尽量制造尺寸小、形状简单的制品，以降低内部温度分布不均和应力集中的情况。

提高耐火材料的抗热震性能是一项综合性的工作，涉及到材料组成与结构设计、制造工艺和应用工况等多个方面，需要综合考虑和系统研究。

3）耐火材料的荷重软化温度，也被称为耐火材料的荷重软化点或荷重变形温度，是指在恒定荷重下，耐火材料对高温和荷重共同作用的抵抗性能，或者是在耐火材料呈现明显塑性变形的温度范围。这个温度可以通过实验方法测定，包括升温法和保温法，一般采用升温法。

对于一些特定的耐火材料，例如镁质和硅质耐火制品，当加热至一定温度时，可能会出现突然的溃裂或破碎，导致无法测得各种变形温度。在这种情况下，溃裂或破碎时的温度可以被称为溃裂温度或破碎温度。通过了解耐火材料的荷重软化温度，可以推断出其更高使用温度。

然而，不同耐火材料的荷重软化温度是不同的。例如，某些耐火材料的荷重软化温度约为1250℃~1450℃，其变化范围较宽。开始变形温度较低，与40%变形温度相差约200℃~250℃。此外，这些耐火材料的线膨胀系数较低，热导率亦较低，并且具有良好的抗热震性。例如，在1100℃水冷循环下，其抗热震性一般大于10次。

4）耐火材料的抗水化性是指耐火材料在大气中抵抗水化的能力。这是表征耐火材料是否烧结良好的重要指标之一。

当碱性耐火材料烧结不良时，其中的CaO、MgO，特别是CaO，在大气中极易吸潮水化，生成氢氧化物，使制品疏松损坏。提高碱性耐火材料的抗水化性通常采用以下几种方法：

1. 提高烧成温度使其死烧，这样可以增加制品的强度和抗水化性。

2. 使CaO、MgO生成稳定的化合物，这样可以减少它们与水反应的可能性。

3. 加保护层减少与大气接触，这样可以避免制品直接接触水分，从而降低水化反应的可能性。

采取这些措施可以提高制品的抗水化性，使制品能较长时间的存放而不致水化损坏。

5）耐火材料对于酸、碱等化学腐蚀具有很好的抵抗能力。具体来说，不同种类的耐火材料具有不同的抗酸碱性能。

硅铝系列耐火砖是最不抗碱性侵蚀的耐火砖，高铝砖、黏土砖、莫来石砖破损膨胀严重，对碱金属腐蚀抵抗能力最差，窑炉在碱性气氛的情况下不能选用高铝砖和莫来石成分的砖。而镁质系列的耐火砖不仅耐火度高，热震性能也好，有极强的抗碱性能，目前水泥回转窑的碱性气氛都选用镁质系列产品作为内衬。

此外，铝酸钙系列的耐火砖在碱性环境中具有较好的抗碱性侵蚀能力，而且其具有良好的水硬化能力，在建材、冶金等行业被广泛应用。

5. 作业性能：作业性能包括质度、塌落度、波动度、可塑性、粘结性、回弹性、凝结性和硬化性等，这些性质影响材料在实际使用中的工作表现。

此外，耐火材料还具有一些特殊性能，如：

1. 耐高温性能：耐火材料能够承受高温，一些别的耐火材料可达到2000℃以上的耐热温度。

2. 耐腐蚀性能：耐火材料对于酸、碱等化学腐蚀具有很好的抵抗能力。

3. 耐磨性能：耐火材料具有较高的硬度和强度，可以抵抗机械磨损。

4. 隔热隔音性能：耐火材料具有良好的隔热隔音性能，可以有效地防止热量或声音的传递。

5. 密封性能：耐火材料具有很好的密封性能，可以有效地防止流体或气体泄漏。

6. 抗震性能：耐火材料具有较好的抗震能力，能够承受一定的机械冲击。

7. 耐久性能：耐火材料的使用寿命比一般材料长，可以有效地降低维护和更换成本。

8. 环保性能：耐火材耐火材料具有以下优质特性：抗侵蚀性能：耐火材料可以抵御各种化学物质和溶液的侵蚀，保持长期的使用寿命。稳定的热传导性能：耐火材料具有稳定的热传导性能，可以有效地防止热失控和热应力引起的损坏。