舰船耐火材料

耐火材料是一类无机非金属材料，具有出色的耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗老化等特性，能够在高温环境下保持结构稳定性，不易出现受热氧化、膨胀等影响。耐火材料广泛应用于冶金、化工、建筑、能源等工业领域，是现代工业中不可或缺的重要材料之一。在舰船领域，耐火材料主要应用于锅炉内衬、烟道、防火分隔等高温热力设备中。舰船航行过程中会面临各种复杂环境，因此耐火材料还需具备良好的抗热冲击性和结构稳定性，其在舰船上的应用是保障舰艇动力系统稳定运行、提高舰船在航率的关键。本书深入总结作者团队20余年来在舰船耐火材料领域的研究成果，系统阐述舰船耐火材料的应用和需求、舰船耐火材料体系组成及制备工艺、典型舰船耐火材料的失效分析与寿命预测、舰船耐火材料的未来发展方向等内容。

第1章 绪论 1
1.1 传统耐火材料的概况 1
1.1.1 耐火材料的分类方式 1
1.1.2 耐火材料的性能表征 5
1.1.3 耐火材料的应用 13
1.2 舰船耐火材料的概况 14
1.2.1 舰船耐火材料的应用特点 15
1.2.2 舰船耐火材料的发展历史 16
1.3 舰用新型耐火材料的研究现状 17
1.3.1 隔热-耐火一体化材料 17
1.3.2 高抗热震耐火材料 18
参考文献 19
第2章 舰用莫来石基耐火材料 20
2.1 氧化物耐火材料的分类 20
2.1.1 氧化硅耐火材料 21
2.1.2 氧化镁耐火材料 23
2.1.3 氧化铝耐火材料 24
2.1.4 其他氧化物耐火材料 25
2.2 莫来石基多孔陶瓷的特点与研究概况 26
2.2.1 莫来石陶瓷的基本物性 26
2.2.2 莫来石基多孔陶瓷的类型 28
2.3 莫来石基多孔陶瓷制备过程中的影响因素 30
2.3.1 蛋白粉含量的影响 31
2.3.2 固相含量的影响 33
2.3.3 空心球粒径的影响 34
2.3.4 空心球含量的影响 38
2.3.5 烧结温度的影响 40
2.3.6 晶须改性的影响 43
2.4 3D打印莫来石基多孔陶瓷 47
2.4.1 莫来石基多孔陶瓷的3D打印工艺 47
2.4.2 3D打印莫来石基多孔陶瓷的结构 52
2.4.3 3D打印莫来石基多孔陶瓷的性能 56
参考文献 59
第3章 舰用氮化硅基耐火材料 63
3.1 氮化物耐火材料的分类 63
3.1.1 氮化硅 64
3.1.2 氮化硼 69
3.1.3 氮氧化硅 69
3.1.4 其他含氮化合物耐火材料 71
3.2 轻质泡沫陶瓷的制备方法 73
3.2.1 冷冻干燥法 74
3.2.2 直接发泡法 74
3.2.3 添加造孔剂法 75
3.2.4 有机泡沫浸渍法 76
3.2.5 3D打印法 77
3.3 轻质氮化硅泡沫陶瓷制备过程中的影响因素 78
3.3.1 蛋白粉含量的影响 79
3.3.2 固相体积分数的影响 81
3.3.3 搅拌方式及搅拌速度的影响 82
3.3.4 气氛压力的影响 84
3.3.5 烧结条件的影响 86
3.4 轻质氮化硅泡沫陶瓷的力学增强 91
3.4.1 泡沫陶瓷力学性能增强的典型措施 92
3.4.2 原位生长纳米线增强氮化硅泡沫陶瓷 96
3.4.3 致密壳层增强氮化硅泡沫陶瓷 104
参考文献 111
第4章 舰用碳化硅基耐火材料 117
4.1 碳化物耐火材料 117
4.1.1 碳化物耐火材料简介 117
4.1.2 碳化物耐火材料的制备工艺 118
4.1.3 典型碳化物耐火材料的性质及研究进展 120
4.1.4 舰用碳化硅基耐火材料简介及其应用 125
4.2 碳化硅结合氮化硅耐火陶瓷的配方技术 126
4.2.1 配方优化技术要求 127
4.2.2 颗粒级配优化 128
4.2.3 添加剂优化 129
4.2.4 固化剂优化 132
4.2.5 催化剂优化 134
4.3 碳化硅结合氮化硅耐火陶瓷的制备工艺 134
4.3.1 制备工艺流程 135
4.3.2 成型过程中的工艺优化 136
4.3.3 烧结过程中的工艺优化 142
4.4 碳化硅结合氮化硅耐火陶瓷的抗氧化性能 145
4.4.1 含硼化合物的引入 145
4.4.2 硅溶胶浸渍处理 147
4.4.3 红柱石结合相的引入 150
参考文献 154
第5章 舰船耐火材料的失效分析与寿命预测 158
5.1 耐火材料的失效分析与寿命预测概述 158
5.1.1 耐火材料热冲击失效的研究进展 158
5.1.2 耐火材料寿命预测的研究进展 161
5.2 耐火材料的细观结构模型及数值计算模型 161
5.2.1 颗粒增强复合材料细观建模方法的研究概况 162
5.2.2 泰森图及其改进 165
5.2.3 SiC耐火陶瓷的三维细观结构模型 172
5.2.4 SiC耐火陶瓷的数值计算模型 179
5.3 耐火材料的宏观等效失效准则 188
5.3.1 数值计算方案设计与物性参数 188
5.3.2 SiC耐火陶瓷宏观等效失效准则的获取 190
5.4 失效参数对耐火材料热冲击失效的影响 199
5.4.1 基于宏观等效失效准则的热冲击失效分析 200
5.4.2 基于数值计算的热冲击失效分析 206
5.4.3 热冲击失效分析结果对比 215
5.5 耐火材料的寿命预测 218
5.5.1 失效判据 218
5.5.2 寿命预测 222
参考文献 227
第6章 舰船耐火材料的发展方向 233
6.1 舰船耐火材料当前面临的问题 233
6.1.1 降低成本 233
6.1.2 寿命延长 234
6.1.3 热修补技术 234
6.2 舰船耐火材料发展展望 235
6.2.1 多功能一体化 235
6.2.2 制备工艺改进 236
6.2.3 异形件的增材制造 237
参考文献 238