材料的高溫制備

材料的高溫制備第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月電爐的應(yīng)用

★機(jī)械工業(yè)對原材料、毛坯、機(jī)械零件加熱用。如板材軋制前的坯料加熱，鍛件的加熱?！餀C(jī)械零件及半成品的熱處理以改善其機(jī)械性能，如進(jìn)行淬火、回火、退火、氣體滲碳、氮化等?！锏腿埸c(diǎn)金屬的熔煉及陶瓷玻璃工業(yè)的加熱?！餆o機(jī)材料物理性能的檢測。★實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行科學(xué)研究。第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻爐電加熱原理：

當(dāng)電流在導(dǎo)體（電熱元件）中流過時，因?yàn)槿魏螌?dǎo)體均存在電阻，電能

熱能，按焦耳定律：

Q＝I2Rt

Q—熱能，J；I一電流，安培；

R一電阻，歐姆；t一時間，秒。

電阻爐在結(jié)構(gòu)上是使電能轉(zhuǎn)換為熱能的設(shè)備。第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻爐的分類：

⑴按熱量產(chǎn)生的方法→間接加熱式、直接加熱式間接加熱式

在爐子內(nèi)部有專用的電阻材料做發(fā)熱元件，電流通過加熱元件時產(chǎn)生熱量而加熱制品。直接加熱式

電源直接接在所需加熱的材料上，使電流直接流過所需加熱的材料而使材料自己發(fā)熱達(dá)到加熱效果。

工業(yè)電阻爐，大部分是采用間接加熱式的。第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵按爐體結(jié)構(gòu)→箱式電爐、臺車式電爐、井式電爐等。

箱式電爐

外殼一般是用型鋼、鋼板焊接而成的。

安裝

小型電爐由于需保持工作面的一定高度，一般均做成帶支架的，在箱型殼體下邊，有支持爐體的腿或支架。中型電爐因本身重量大及加入爐內(nèi)的工件重量也大，所以一般均直接在底盤上焊接爐體及砌磚。大型電爐可以在特定的專用的地基上設(shè)計(jì)成無鋼性底盤的結(jié)構(gòu)，而就地焊接砌磚，但這種電爐在安裝后不能吊運(yùn)及移動。第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月箱式電阻爐第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月箱式電阻爐爐門的升降是通過手搖鏈輪來進(jìn)行。在爐門上部有一斷路裝置，當(dāng)爐門開啟時，電爐電源即切斷以保證操作人員的安全，第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月電加熱器的形式

①由高電阻合金板材制成；為了消除表面積炭形成短路，加熱器面涂上專用的高溫絕緣釉；②輻射管式的，水平或垂直的插入爐膛中，管中用大切面圓形電阻線組成金屬發(fā)熱器。③非金屬電熱元件第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月有金屬電熱元件與非金屬電熱元件。一.金屬電熱元件

㈠鐵鉻鋁（FeCrAl）

1.電阻率大，電阻溫度系數(shù)小。

2.使用溫度高，空氣中最高使用溫度：1000—1100℃。3.表面負(fù)荷比NiCr絲稍高。4.抗氧化抗腐蝕能力好，價格低。第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月㈡Cr27Al7Mo2

1．最高使用溫度：1400℃

2．在氮?dú)庵惺褂帽瓤諝庵袎勖停∟2會破壞加熱元件的氧化膜）㈢鎳鉻絲（Ni15Cr60、Cr20Ni80）

1．電阻率較小，高溫強(qiáng)度高；2.加工性能好，高溫下力學(xué)性能不發(fā)生大變化；

2．最高使用溫度：1000—1050℃。第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月㈣純金屬：（高熔點(diǎn)金屬：Mo,W,鉭）

共同特點(diǎn)

①電阻系數(shù)大，熔點(diǎn)高，抗氧化差（一般不適宜用在空氣狀態(tài)中）。②加熱時，功率不穩(wěn)定，一定要配磁性調(diào)壓器或可控硅加調(diào)壓器，加熱器電壓應(yīng)該小于100伏。第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月1．鉬絲（Mo）（熔點(diǎn)：2630℃）

a.高溫狀態(tài)下：強(qiáng)度高，但脆性大，所以加工性能差，常用直徑2mm，常制成絲狀、帶狀或棒狀。b.在高溫下，與任何耐火材料都能反應(yīng)，所以耐火材料必須選擇純度較高的。鉬的再結(jié)晶溫度1007℃，超過此溫度，強(qiáng)度會變低，脆性增加；

c.常用溫度：1600℃；在1800℃時，鉬會強(qiáng)烈揮發(fā)，晶粒粗大，脆性增加。d.蒸汽壓較大，在空氣中不能用，在滲碳?xì)夥罩校瑫广f變脆；第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2．鎢（W）（熔點(diǎn)：3410℃）

a.最高使用溫度：2500℃；

b.常用溫度：2200—2400℃；

c.在保護(hù)氣氛中號稱可用到：3000℃；

d.在2400℃，真空狀態(tài)中會強(qiáng)烈揮發(fā)；

e.在氬氣中可用到2600℃；

f.鎢絲加工性能差，加工時溫度要小于600℃。第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3．鉭（熔點(diǎn)：2900℃）

a.一般用在真空和保護(hù)氣氛中（氮?dú)庵胁荒苡茫?/p>

b.最高使用溫度：2200℃；

c.常用溫度：2000—2100℃；

d.不能在氮?dú)夂蜌錃庵惺褂茫?/p>

e.在空氣中400℃開始氧化，600℃強(qiáng)烈氧化；

f.加工性能好，用真空電子束焊接。第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月二.非金屬電熱元件簡介

㈠硅碳棒（SiC-94.4%，SiO2-3.6%，其余Al、Fe、CaO）空氣中使用溫度：600℃～1500℃

1．物理性能

硬度高，脆性大，耐急冷急熱。高溫變形小。2．化學(xué)性能

具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，酸對其無作用，但堿和堿土金屬氧化物在一定溫度條件下對其有侵蝕作用。高溫下，水蒸氣、氫氣、鹵素、硫等對其也有氧化和侵蝕作用。氣氛影響其使用性能。第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電阻特性

電阻系數(shù)大，在800℃或900℃時電阻率最低。隨溫度的升高，電阻呈非線形變化。4.形狀可制成“u”型、直棒型。

第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月㈡硅鉬棒（MoSi2）（主要用于實(shí)驗(yàn)室電爐）

1．物理性能

室溫時，強(qiáng)度高，脆性大，到1350℃時，開始軟化。耐熱沖擊性好。2．化學(xué)性能

400～800℃時會產(chǎn)生低溫氧化。高溫下耐氧化，耐高溫（1200～1650℃）。

氣氛

適用于空氣、氮?dú)?、惰性氣體中，但不適用于還原性氣氛中，1350℃時，應(yīng)盡量避開含硫和氯氣氛。在弱氧化氣氛中，壽命最長。所配耐火材料為酸性或中性材料第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月3．電阻特性

電阻率隨溫度的升高幾乎以直線關(guān)系迅速上升。在正常情況下，元件電阻一般不隨使用時間的長短而變化，所以新舊元件可以混合使用。4.形狀

可制成棒狀，U型、W型、U型直角等形狀。

如下圖所示

第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度傳感器溫度傳感器是利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。它是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式接觸式和非接觸式按照傳感器材料及電子元件特性

熱電阻和熱電偶按照溫度傳感器輸出信號的模式數(shù)字式溫度傳感器、邏輯輸出型溫度傳感器、模擬溫度傳感器

。第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月熱電阻的應(yīng)用原理

導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測量其阻值推算出被測物體的溫度，利用此原理構(gòu)成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內(nèi)的溫度測量。純金屬是熱電阻的主要制造材料。主要有Cu、Pt等電阻傳感器。現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。

其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。

第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月熱電偶測溫基本原理兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)兩個接合點(diǎn)的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補(bǔ)償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月常用溫度傳感器熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶兩大類目前，國際電工委員會（IEC）推薦了8種類型的熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，即為T型、E型、J型、K（鎳鉻-鎳硅）型、N型、B型、R型和S（鉑銠-鉑）型。第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)一玻璃的高溫熔制

高溫制備，是指通過一定的高溫過程，最終制得具有一定性能的原料或產(chǎn)品。在無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)和科學(xué)研究中，通過材料的高溫制備研究，可尋找最佳的配方設(shè)計(jì)，掌握各種因素的變化對材料制備的影響，制定合理的和工藝制，是進(jìn)行生產(chǎn)質(zhì)量控制、新產(chǎn)品開發(fā)和材料研究的重要方法。

在實(shí)際生產(chǎn)中，玻璃熔制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在玻璃配方合理和成型條件固定的前提下，如果熔制好，就能做到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)；熔制不好，工廠的廢玻璃就會堆積如山。第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行玻璃成分的設(shè)計(jì)、原料的選擇、配料計(jì)算、配合料的制備、用小型坩堝進(jìn)行玻璃的熔制、玻璃試樣的成形等，完成一整套玻璃材料制備過程的基本訓(xùn)練。２.了解熔制玻璃的設(shè)備及其測試儀器，掌握其使用方法。３.觀察熔制溫度、保溫時間和助熔劑含量對熔化過程的影響。４.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析玻璃成分、熔制制度是否合理。第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月二.基本原理玻璃熔制就是把合格的配料使之進(jìn)行一系列的物理的、化學(xué)的、物理化學(xué)的現(xiàn)象和反應(yīng)，經(jīng)過硅酸鹽的形成、玻璃的形成、玻璃液的澄清、玻璃液的均化、玻璃液的冷卻五個階段，成為具有一定物理化學(xué)性質(zhì)的，合乎成型要求的玻璃液。第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三．實(shí)驗(yàn)器材

1．高溫爐，一臺；

2.天平，一臺；

3．化工原料：

石英砂（SiO２），純堿（NaCO３），碳酸鈣（CaCO３），碳酸鎂（MgCO３），氫氧化鋁〔Al(OH)３〕；

4．坩堝、研缽等；

5.退火馬弗爐。

第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月四．試樣要求與制備

1.玻璃成分的設(shè)計(jì)

2.熔制溫度的估計(jì)ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３

τ＝——————————————————————————

Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋（１/２Ｂ２Ｏ３）＋（１/３Ｐｂｏ）第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2.玻璃原料的選擇

一般都采用化工原料（化學(xué)純或分析純，也有用光譜純）來做實(shí)驗(yàn)。3.配料計(jì)算根據(jù)玻璃成分和所用原料的化學(xué)成分就可以進(jìn)行配合料的計(jì)算。在計(jì)算時，應(yīng)認(rèn)為原料中的氣體物質(zhì)在加熱過程中全部分解逸出，而其分解后的氧化物全部轉(zhuǎn)入玻璃成分中。

第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月五．實(shí)驗(yàn)步驟

第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月

六.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月七.影響因素

1.玻璃配合料的組成必須正確，否則會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.玻璃成分不同，玻璃的硅酸鹽形成、玻璃形成、澄清等階段的溫度不同，需制定不同的溫度制度。

3.如果玻璃的硅酸鹽形成、玻璃形成、澄清等階段的效果不理想，看不到各階段應(yīng)有的特征，則可能是保溫時間短或保溫的溫度低，應(yīng)延長保溫時間或提高保溫的溫度。第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)二水泥熟料的高溫?zé)?/p>

通常水泥主要是由水泥熟料和部分混合材、少量石膏一起粉磨而成的。因此水泥的質(zhì)量主要取決于水泥熟料的質(zhì)量，而熟料的質(zhì)量除水泥生料的質(zhì)量（原料的配料、均勻性）有影響外，主要取決于煅燒設(shè)備和熟料的煅燒質(zhì)量。因此，在水泥研究與生產(chǎn)中往往通過實(shí)驗(yàn)來了解和研究熟料的煅燒過程，為優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗提供依據(jù)。第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.

掌握實(shí)驗(yàn)室常用高溫實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器的使用方法。2.按照確定的配方和所用原料的化學(xué)成分進(jìn)行配料計(jì)算。3.通過本實(shí)驗(yàn)，了解升溫速率、保溫時間、冷卻制度對不同配料熟料煅燒的影響。4.通過本實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步理解KH、IM、SM對水泥熟料煅燒及性能的影響，提高分析問題和解決問題的能力。第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月二.基本原理硅酸鹽水泥高溫制備的實(shí)質(zhì)，是使以一定化學(xué)組成經(jīng)磨細(xì)、混合均勻的水泥生料在從常溫到高溫的煅燒過程中，隨著溫度的升高，經(jīng)過原料水分蒸發(fā)、粘土礦物脫水、碳酸鹽分解、固相反應(yīng)等過程。當(dāng)?shù)竭_(dá)最低共熔溫度（約1300℃）后，物料開始出現(xiàn)（主要由鋁酸鈣和鐵鋁酸鈣等組成的）液相，進(jìn)入熟料燒成階段。隨著溫度繼續(xù)升高，液相量增加，粘度降低，物料經(jīng)過一系列物理、化學(xué)、物理化學(xué)的變化后，最終生成以硅酸鹽礦物（C3S、C2S）為主的熟料。第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三．實(shí)驗(yàn)器材

1．高溫爐，一臺；

2.天平，一臺；

3．高溫匣缽、墊砂

4.坩堝鉗、石棉手套等；

第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月四．試樣要求與制備

1.可采純化學(xué)試劑，也可用已知化學(xué)成分的工業(yè)原料配料。

2.確定水泥的品種、熟料的組成和選用的原料。

3.進(jìn)行配料計(jì)算求熟料的石灰飽和系數(shù)KH、硅率SM、鋁氧率IM、計(jì)算原料