摘要：本文對測定陶瓷結(jié)合劑和低熔陶瓷結(jié)合劑的耐火度的電阻爐、硅鉬棒爐、硅碳棒爐、電阻絲爐的結(jié)構(gòu)、配件與安裝做了較詳細(xì)的敘述。

　　關(guān)鍵詞：耐火度 爐 結(jié)構(gòu) 安裝

　　耐火度是陶瓷結(jié)合劑的重要指標(biāo)，測試陶瓷結(jié)合劑的耐火度是保證結(jié)合劑質(zhì)量穩(wěn)定的主要方法之一。耐火度測試爐是測試耐火度的主要設(shè)備，常用的有電阻爐、硅鉬棒爐、硅碳棒爐、電阻絲爐和影像式燒結(jié)點(diǎn)試驗(yàn)儀等設(shè)備。
　　一、電阻爐
　　1、電阻爐的結(jié)構(gòu)。
　　電阻爐的結(jié)構(gòu)主要有爐體、電極、石墨粒、耐火管、升降旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及變壓供電系統(tǒng)（圖1）

　　2、電阻爐的安裝。
　　電阻爐的外殼用鐵板焊成，直徑400∽500mm，高500mm左右。緊貼爐殼內(nèi)用一層隔熱耐火材料，熱絕緣罩—7 可用成品組件，沒有成品組件可以拿菱苦土耐火材料自己成型，發(fā)熱部分與耐熱圓筒—3留有10∽15mm縫隙，長100mm左右，留在整個制件的中間，上下對稱。耐熱圓筒—3購買成品高溫耐火管，內(nèi)孔直徑在 100∽120mm之間。測溫錐底座—5 用高溫耐火材料圓棒即可，不必帶錐度,以簡化安裝。電極板—2用銅板焊接或鑄造成的中空件，直徑要比爐殼略小，厚度50∽70mm，除裝有接線板外還應(yīng)有進(jìn)出水口，以便工作時(shí)通水冷卻。電阻爐底部的升降機(jī)構(gòu)可簡化不用，工作時(shí)耐火錐臺可以直接從爐口取放。裝爐時(shí)要注意耐火管發(fā)熱部分的縫隙盡量均勻，否則耐火管內(nèi)各部溫度差別過大影響所測耐火度的準(zhǔn)確性。發(fā)熱體—4可用石墨電極粉碎篩分成8#左右的粒度填充，填充時(shí)要做到均勻緊密，特別是發(fā)熱部分尤其要引起注意！石墨電極,主要以石油焦為原料，煤瀝青作結(jié)合劑，經(jīng)煅燒、配料、混料、成型、焙燒、石墨化而制成，具有良好的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。
電阻爐約須18KVA左右的功率。

　　二、硅鉬棒電爐
　　1、結(jié)構(gòu)。
　　硅鉬棒電爐所須功率與電阻爐相當(dāng)，但其結(jié)構(gòu)簡單的多，爐殼內(nèi)只須安裝 保溫耐火材料留出適當(dāng)空間即可。硅鉬棒可選U型棒配用，硅鉬棒的按裝有成品組件可選，但需要低壓大電流的專用變壓器。因?yàn)橛谐善冯姛嵩涮祝跃S修也很方便(圖2)

　　2、特性。
　　硅鉬棒電熱元件是一種以二硅化鉬為基礎(chǔ)制成的耐高溫、抗氧化、低老化的電阻發(fā)熱元件。在高溫氧化性氣氛下使用時(shí)，表面生成一層光亮致密的石英（SiO2）玻璃膜，能夠保護(hù)硅鉬棒內(nèi)層不再氧化，因此硅鉬棒元件具有獨(dú)特的高溫抗氧化性。在氧化氣氛下、最高使用溫度為1800℃，硅鉬棒電熱元件的電阻隨著溫度升高而迅速增加，當(dāng)溫度不變時(shí)電阻值穩(wěn)定。在正常情況下元件電阻不隨使用時(shí)間的長短而發(fā)生變化，因此，新舊硅鉬棒電熱元件可以混合使用。但硅鉬棒是一種脆性很大的材料，震動、碰撞都很容易折斷，使用時(shí)應(yīng)特別注意！此外硅鉬棒也應(yīng)避免在400∽700℃之間長期使用，否則在低溫下強(qiáng)烈氧化而粉化，棒體遭到破壞。
　　二硅化鉬的分子式：MoSi2
　　二硅化鉬的理化性能：
　　密度：5.5～5.6g/cm3 　　
　　抗彎強(qiáng)度：15MPa(20℃) 　
　　維氏硬度(HV)：570kg/mm2 　　
　　氣孔率：7.4% 　　
　　吸水率：1.2% 　　
　　熱伸長率：4% 　　
　　輻射系數(shù)：0.7～0.8(800～2000℃)
　　硅鉬棒電爐和電阻爐都可以應(yīng)用到1700∽1800℃，所以包括粘土、石英等高溫原材料在內(nèi)的所有陶瓷結(jié)合劑的原材料和結(jié)合劑的耐火度都可以測定。
　　3、安裝
　　U型硅鉬棒是硅鉬棒電熱元件中最常用的一種規(guī)格（圖3），在電熱設(shè)備中通過耐火材料夾頭和金屬導(dǎo)電夾頭（圖4）將元件垂直懸掛安裝，避免將機(jī)械應(yīng)力加到元件發(fā)熱端上，否則脆性的硅鉬棒元件容易斷裂。

　　硅鉬棒電爐在按裝硅鉬棒過程中如果使用非彈性卡具開始不要卡的太緊，待升溫一段時(shí)間后再卡緊，開始卡的太緊升溫后容易碎裂。

　　三、硅碳棒電爐
　　1、結(jié)構(gòu)。
　　硅碳棒耐火度測試電爐的結(jié)構(gòu)與硅鉬棒電爐相同，只是把硅鉬棒換成硅碳棒而已，安裝時(shí)卡具也可通用（圖5），接線也可用彈性卡具如（圖6）。硅鉬棒電爐在按裝硅鉬棒時(shí)亦可用彈性卡具；彈性卡具是用耐熱鋼制成的，在一般溫度下不退火，仍保持有很大的彈性，能保證導(dǎo)線與硅鉬棒的良好接觸，安裝、維修都很方便。

　　2、特性。
　　硅碳棒是用高純度綠碳化硅為主要原料，按一定配料比加工制坯，經(jīng)2200℃以上的高溫硅化再結(jié)晶燒結(jié)而制成的棒狀、管狀的電熱元件(圖7)。在氧化性氣氛中正常使用溫度可達(dá)1450℃，連續(xù)使用可達(dá)2000小時(shí)。 由于硅碳棒具有耐高溫、抗氧化,耐腐蝕、升溫快、壽命長、高溫變形小、安裝維修方便等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、陶瓷、分析化驗(yàn)等科學(xué)研究領(lǐng)域。在磨具制造中對中小型的高檔產(chǎn)品也經(jīng)常用硅碳棒電爐或小型硅碳棒電隧道窯燒成，以保證有較好的產(chǎn)品質(zhì)量。硅碳棒耐火度測試電爐的功率較電阻爐和硅鉬棒電爐小的多，通常在10 KVA 左右。

　　碳化硅： SiC
　　分子量： 40.1
　　熔點(diǎn)： 2700℃
　　密度： 3.2
　　結(jié)合劑耐火度測定爐還可以使用螺旋管硅碳棒做發(fā)熱體，如果使用內(nèi)孔直徑在100∽120mmd的螺旋管硅碳棒做發(fā)熱體對試件直接加熱，發(fā)熱均勻，升溫快，節(jié)能效果好。

　　4、硅碳棒耐火度測定爐的應(yīng)用范圍
　　硅碳棒的使用溫度短時(shí)間可以達(dá)到1450℃，所以一般的陶瓷結(jié)合劑的耐火度都可以測定，可是象粘土、石英、滑石等原料的耐火度都在1450℃以上就不能在硅碳棒耐火度測定爐內(nèi)測定了，但實(shí)際上生產(chǎn)中測定耐火度最多的還是結(jié)合劑的耐火度，而且直接與磨具發(fā)生作用的還是結(jié)合劑，所以硅碳棒耐火度測定爐在生產(chǎn)中還是有重要意義的。

　　四、電阻絲耐火度測定爐
　　1、結(jié)構(gòu)與安裝。
　　電阻絲耐火度測定爐的結(jié)構(gòu)可以籍 圖1 的電阻爐來說明；將電阻爐的上下的電極去掉，在爐殼與耐火管之間填滿保溫耐火材料，電阻絲纏繞在耐火管與保溫耐火材料之間，對耐火管居中，拉出引線，接220或380 V 電源均可。其功率約在2∽4 KVA 。
　　2、電阻絲耐火度測定爐的應(yīng)用。
　　電阻絲發(fā)熱一般在1100℃ 以下，所以只能測定低熔陶瓷結(jié)合劑的耐火度。陶瓷結(jié)合劑超硬材料制品中CBN 用的陶瓷結(jié)合劑耐火度約為600∽750℃，金剛石用的陶瓷結(jié)合劑一般在900℃以下，所以測定超硬材料制品的陶瓷結(jié)合劑的耐火度用電阻絲做發(fā)熱體的電爐很適合，功率即小結(jié)構(gòu)又簡單，不用卡具等附件，安裝方便。

　　五、影像式燒結(jié)點(diǎn)試驗(yàn)儀
影像式燒結(jié)點(diǎn)試驗(yàn)儀是由光源部分、加熱部分、攝像部分和計(jì)算機(jī)顯示部分組成，也有稱作“高溫顯微鏡”或“高溫投影儀”，“耐火度測定儀”的（圖8）

　　其工作原理是試樣在加熱部分受熱的同時(shí)光源部分將其投影通過攝像部分在計(jì)算機(jī)上顯示出來，試樣在受熱過程的變化，包括收縮、膨脹、發(fā)泡、變形、耐火度等都可以表現(xiàn)出來，如果以研究對象的材料作底板還可以表現(xiàn)結(jié)合劑對其潤濕程度，測定潤濕角。其實(shí)它已經(jīng)不是一個專門測耐火度的設(shè)備了，而是一個對陶瓷結(jié)合劑試樣做更全面研究的儀器。

　　六、結(jié)束語
　　測定耐火度時(shí)爐子的升溫速度也很重要，一般是升溫速度快耐火度偏低，升溫速度慢耐火度偏高，通常在比結(jié)合劑耐火度低50∽100℃時(shí)即取2℃/min的升溫速度。為保持升溫穩(wěn)定，溫度控制器最好使用可控硅控制器連續(xù)調(diào)壓，而不采用接觸器的控溫方法。
　　影像式燒結(jié)點(diǎn)試驗(yàn)儀研究陶瓷結(jié)合劑耐火度的內(nèi)容較多，另成一文較合適。

　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 李印江. 陶瓷結(jié)合劑砂輪配方. 科學(xué)技術(shù)出版社 1991.
　　[2].李志宏. 陶瓷磨具制造 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 2000

　　作者簡介
　　李印江 教授級高工 長期從事陶瓷、樹脂、橡膠磨具和陶瓷、樹脂結(jié)合劑超硬材料制品的生產(chǎn)、教學(xué)工作；目前主要做陶瓷、樹脂結(jié)合劑超硬材料制品的研發(fā)、實(shí)驗(yàn)。