熱膨張耐火物原料部品の温度に応じて体積や長さが増加することを指し、体積膨張係数と線膨張点があり、耐火物原料の性能には通常、線膨張率と線膨張係数が使用されます。 線膨張率とは、室温から設定温度までのサンプル長さの相対変化率を指します。線膨張係数は、室温から設定温度まで 1 度増加するごとのサンプル長さの相対変化率を指します。
線膨張の測定方法には、トップバーによる間接法とテレスコープによる直読法があります。 なお、熱膨張係数は一定の値ではなく試験温度により変化するため、規定の温度範囲における平均値となります。 したがって、このデータを使用する場合には、その温度範囲を示す必要があります。
耐火物原料の熱膨張は、それに含まれる鉱物の結晶構造や化学結合の強さと密接に関係しており、イオン結合や共有結合で形成された鉱物の熱膨張は、分子結合で結合した鉱物の熱膨張よりも大きくなります。
同じ材料の化学組成は、構造の違いにより、熱膨張が異なります。通常、鉱物結晶の構造が近いほど、熱膨張は大きくなります。 また、アモルファス ガラスと同様に、SiO2 のように熱膨張が小さいことが多く、多結晶石英の熱膨張係数は 12×10-6 度 -1 です。 石英ガラスはわずか0.5×10-6度-1です。 最密充填構造を有する酸化物の場合、酸素イオンが密に接触することにより熱膨張が増大します。 非等軸結晶系では、グラファイトの層状構造のように熱膨張の異方性が特に顕著で、C軸に平行な垂直層間膨張係数は27×10-6度{{12}です}、C 軸に垂直な膨張係数は 1×10-6 度 -1 のみです。これは、層が強い結合であり、層間の分子結合がはるかに弱いためです。 材料の温度異方性の構造において、体積膨張係数の総合的な性能は非常に小さく、コーディエライトは熱衝撃安定性に優れた材料としてセラミック窯業界で広く使用されています。
耐火物原料の熱膨張はその化学鉱物組成に依存し、塩基性耐火物原料の熱膨張係数は酸性原料の熱膨張係数より大きく、高アルミニウム原料はその中間にあります。 原料の鉱物結晶変態が起こると、熱膨張係数が不均一な変化を起こし、相転移点が生じます。
熱膨張は耐火物原料の重要な性能であり、耐火物製品の強度と熱衝撃安定性に明らかな影響を与えます。 一般的な耐火物原料の熱膨張係数を表 1 に示します。原料の熱膨張係数は、熱応力のサイズと分布、結晶変態、微小亀裂の生成と修復の研究にとって非常に重要です。
耐火物の研究や製造においては、原料の熱膨張係数の違いを利用して耐火物の性能を調整することが非常に重要です。 たとえば、アモルファス耐火物にカイヤナイトやその他の元の材料を添加し、高温でのその大幅な膨張を利用してアモルファス耐火物の収縮を相殺します。 骨材と基礎熱膨張係数の組み合わせは4通りあります。 骨材とマトリックスの熱膨張係数の差を利用して、材料の強度と熱衝撃安定性のバランスをとることができます。
