耐火物の熱膨張に関する知識

耐火物の熱膨張に関する知識
熱膨張とは、温度の上昇とともに体積または長さが増加する耐火材料の特性を指します。一般的には線膨張率と平均線膨張係数、あるいは体積膨張率と体積膨張係数で表されます。
熱膨張係数は実際には一定の値ではありません。温度によって変化します。一般的に言われる熱膨張係数は、指定された温度範囲内の平均値を指します。この概念を適用する場合、適用温度範囲に注意することが重要です。
材料の熱膨張特性は、その構造と接着強度に密接に関係しています。接着強度が高い材料は、低い熱膨張係数を示します (SiC 材料など)。同じ組成の材料でも、構造が異なると熱膨張係数が異なります。一般に、緻密な構造の結晶は比較的大きな熱膨張係数を持ちますが、アモルファスガラスは通常より小さな熱膨張係数を持ちます。酸素イオンの緻密な充填構造を有する酸化物は、一般に線膨張係数が大きい。非-結晶（非-結晶系）では、結晶軸方向が異なると熱膨張係数が異なるため、熱膨張の異方性が特に顕著になります。高度に異方性の構造を持つ材料は、非常に小さな体積膨張係数を示します。
耐火材料の熱膨張特性は、その化学組成、鉱物組成、微細構造に依存し、また温度範囲の変化によっても変化します。
耐火材料の熱膨張は、耐火材料の耐熱衝撃性と体積安定性に直接影響を与えるため、耐火材料の製造（焼成システムの確立）および使用時に考慮すべき重要な特性の 1 つとなります。高い熱膨張と多結晶変態を伴う耐火材料の場合、高温で大きく膨張するため、熱膨張によって生じる応力を相殺するために伸縮継手を確保しておく必要があります。線膨張率と線膨張係数は、予備伸縮継手や石積みの全体サイズ構造の設計と計算の重要なパラメータです。
耐火材料の熱膨張には、国家規格 GB/T 7320.1-2000 (プランジャー法) と国家規格 GB/T 7320.2-2000 (テレスコープ法) の 2 つの試験方法があります。両法の試験原理は、サンプルを所定の試験温度まで所定の昇温速度で加熱し、温度上昇に伴うサンプルの長さの変化を測定し、温度上昇に伴うサンプルの線膨張率と、所定の温度範囲内の平均線膨張係数を算出します。