Pentru fabricarea refractarelor nearse servesc liantii hidraulici sau nehidraulici, agregatele refractare si apa, precum si diferite adaosuri cu rol bine definit.

       Dintre agregatele nerefractare utilizate in compozitia unor mase si betoane, a caror temperatura de utilizare nu depaseste 1000-1100 ºC, pot fi enumerate:bazaltul, unele agregate usoare pe baza de argila si sist expandat (cunoscute sub numele de Kerasit, globulit, granulit, etc) vermiculitul, perlitul expandat (agregate usoare sunt utilizate in betoane usoare ) .

    1. Samotele refractare sunt agregatele cele mai folosite la fabricarea betoanelor si maselor refractare. Pentru a obtine produse de calitate trebuie ca agregatele de samota sa fie foarte bine arse (capacitatea de sorbtie a apei sa nu depaseasca 3%) sa aiba un continut cat mai redus de Fe2O3 si alcalii. In tara noastra se fabrica o gama larga de samote de la samota propriu-zisa cu continut mediu de alumina de 30-45% la samote acide cu continut de Al2O3 sub 30% sau la samote inalt aluminoase cu continut mare de Al2O3 (45% pana la 85%).

      Materialele cele mai cunoscute din aceasta ultima clasa sunt masele mulitice si mulito-corindonice. Refractaritatea agregatelor mulitice se afla intre 1790-1850ºC iar a agregatelor mulito-corindonice intre 1790-1920ºC in functie de continutul de Al2O3. Un avantaj mare al materialelor mulitice consta in dilatarea lor termica foarte mica( coeficientul de dilatatie medie intre 20 si 1000 ºC este de aproximativ 45·10-7/grd) ceea ce are o mare importanta pentru fabricarea betoanelor si maelor refractare foarte rezistente la soc termic.

  2. Mineralele de silimanit, andaluzit si cianit, cu formula Al2O3· SiO2 se descompun in mulit si o sticla silicioasa la temperaturi intre 1300-1450 ºC. In cazul cianitului aceasta transformare care este insotita de o considerabila marire de volum si deci mineralul nu poate fi intrebuintat ca agregat pana ce nu a fost ars la 1450-1500 ºC. Totusi, o proportie mica de cianit brut este introdusa in amestecurile de betoane si mase refractare din cauza dilatarii sale la temperaturi inalte, pentru a contracara contractia la ardere a acestora. Silimanitul si andaluzitul pot fi folositi in mod obisnuit fara o calcinare prealabila deoarece descompunerea in mulit are loc cu dilatare mai mica.

    3. Bauxitele calcimate cu continut scazut de fier sunt de asemenea larg foosite ca agregate deoarece, dupa arderea de la 1400-1600 ºC ele contin peste 85% alumina.  Atunci cand bauxita calcinata este singurul agregat intr-un beton refractar contractia excesiva la ardere intalnita uneori la aceasta este atribuita calcinarii insuficiente a bauxitei. Pe de alta parte, pot aparea dilatari ulterioare cand betonul a fost deja ars, si aceasta este probabil datorata formarii expansive a mulitului.

  4. Corindonul (inclusiv alumina tubulara) este un agregat mult folosit la fabricarea maselor si betoanelor refractare din cauza rezistentelor mecanice si la atac chimic ridicate, precum si a temperaturii sale de topire si de inmuiere sub sarcina inalte. Introdus in stare fin macinata el reduce contractia maselor si betoanelor la ardere.Corindonul tehnic contine 96-99,5 Al2O3. Dilatarea sorturilor de corindon, utile pentru materiale refractare,variaza liniar cu temperatura,coeficientul de dilatatie medie in intervalul de temperatura de la 20 la 1000°C, fiind de circa 60-80∙10-7 grd-1. Pentru fabricarea betoanelor usoare,se foloseste in scopuri speciale, agregate usoare de alumina globulara. Dintre materialele bazice cele mai reprezentative pentru obtinerea refractarelor monolitice este magnezita sinterizata sau topita.

  5. Agregatele de magnezita sinterizata sau topita sunt folosite in special la fabricarea maselor monolitice de torcretare sau stampare, mult utilizate in industria siderurgica. Refractaritatea magnezitei este foarte mare. Temperaturile de inmuiere sub sarcina pot varia foarte mult ca urmare a continutului de impuritati existente.

        Atunci cand agregatele de magnezita sunt preparate pentru alcatuirea betoanleor refractare o grija deosebita trebuie manifestata pentru a exclude magnezita nearsa sau materialul dolomitic. Daca sunt folosite cantitati mari de magnezita sinterizata sau topita in conpozitia betoanelor refractare, acestea vor fi expuse la fisurare si sfarmare atunci cand sunt supuse la maimulte cicluti de incalzire si racire. Aceasta se datoreste hidratarii oxidului de magneziu in aerul umed. Din aceasta cauza toata magnezita trebuie sa fie foarte bine arsa inainte de a fi folosita in betoanele si masele refractare. Caracteristicile importante ale agregatelor cu continut mare de MgO sunt coeficientii de dilatatie si conductivitatile termice foarte mari. Betoanele si masele refractare cu rezistenta ridicata la zgura sunt fabricate nu numai din agregate pe baza de magnezita bine arsa ci si din agregate de cromita, magnezito-cromita si cromo-magnezita.

    6. Agregate de cromita, magnezito-cromita si cromo-magnezita. Minereul de crom este un amestec din minerale naturale componentul sau principal fiind FeO∙Cr2O3 (cromitul). Cromo-magnezitul este preparat din minereu de crom si magnezita sinterizata cu un continut preponderent de minereu de crom. Agregatele din magnezio-cromite sunt produse cu o compozitie similara la care predomina insa continutul de magnezita siterizata. Compozitia chimica a minereurilor de crom variaza de la un zacamant la altul in limite foarte largi. Pentru orientare se dau urmatoarele valori: Cr2O3=28-64% ; FeO=12-27% ; Al2O3=8-31% ; MgO=8-26% ; SiO2=0-5% ; CaO=0-1% .

   Cromitul pur se topeste la 2180°C ;magneziocromitul la 2350°C ,hercinitul la 1750°C(incongruent) .Refractaritatea maselor de crom (cu cateva procente de MgO)este de aproximativ 1920°C.

    7. Agregate de fosterit. Sunt materiale fabricate din fosterit sinterizat sau din roci naturale de silicat de magneziu (serpentin, olivin, dunit) cu adaos de magnezie sinterizata. Masele tehnice de fosterit au in general puncte de refractaritate peste 1830°C. Se cunoaste de asemenea, intrebuintarea olivinului natural legat cu sticla solubila sau cu lianti magnezieni.

  8. Agregatul de carborund (carbura de siliciu) da betoane cu o (rezistenta) conductivitate termica extrem de inalta. Este probabil ca proportia de ciment a betoanelor de carbura de siliciu sa aiba o oaecare influenta asupra reducerii oxidarii carborundului la tempreaturi ridicate. Carbura de siliciu este un material dur cu refractaritate inalta. Incepe sa se descompuna la aproximativ 2200°C. Dilatarea termica este deosebit de mica : coeficientul de dilatatie este de numai 23·10-7grd-1, diferenta fata de cimenturi fiind astfel foarte mare.

   9. Bioxidul de zirconiu stabilizat(ZrO2) este un agregat excelent pentru betoanele cu ciment de aluminat de calciu (72-80% Al2O3) deoarece eutecticele formate de el atat cu CaO cat si cu Al2O3 au puncte de topire extrem de ridicate; acest agregat este prea scump si ca urmare este folosit doar in scopuri speciale.

        10. Silica si diatomita calcinata . Este total contraindicata utilizarea agregatelor din cuartit nears la fabricarea betoanelor si maselor refractare, din cauza pericolului provocat de schimbarile de volum care au loc la ardere. Se prepara, de exemplu mase de silica legate cu sticla solubila sau fosfati.Diatomitul calcinat se foloseste uneori pentru prepararea betoanelor usoare.

    11. Agregate carbonice(inclusiv grafitul) si ciment aluminos de calciu este putin cunoscuta desi au fost propuse unele brevete pentru fabricarea tiparelor sau miezurilor utilizate la turnarea metalelor, sticlei.

        Se obtine prin macinarea fina a unui amestec de clincher de ciment portland si ghips (sau alte adaosuri-zguri puzzolane). Clincherul de ciment portland se obtine prin ardere pana la vitrifiere(topire) a unui amestec de argila (marna) si calcar eventual corectat pentru obtinerrea unor compozitii oxidice corespunzatoare. Oxizii constituenti de baza ai clincherului de ciment portland sunt CaO, SiO2, Al2O3 si Fe2O3; continutul in acesti oxizi fiind determinant pentru compozitia mineralogica si proprietatile cimentului obtinut.La o aceeasi compozitie oxidica , compozitia mineralogica a clincherului de ciment portland este influentata, in mod hotarator, de conditiile de tratament, de abaterile de la echilibru termodinamic pe care acestea le incumba. Fazele minerale cele mai importante din clincherul de ciment portland sunt: alitul, belitul, aluminatul tricalcic. Se adauga acestora, ca faza majora din clinchere-faza vitroasa, iar ca faze subsidare- oxidul de calciu nelegat, oxidul de magneziu, heptaluminatul dodecalcic, compusi care contin oxizi alcalini.

       In prezent la noi in tara se fabrica cimentul portland cu zgura sau cu zgura si alte adaosuri hidraulice, avand un continut de maximum 15% zgura; cimenturi metalurgice cu un adaos de maximum 30%zgura; cimenturi de furnal cu un continut de 30% pana la 70% zgura. In zgurile bazice predomina ortosilicatul de calciu, melilitele, geglenitul, moticelitul. In zgurile acide constituentii principali sunt: pseudovolastonitul, melilitele,anortitul, piroxenii.Zgurile de fuurnal nu se disting prin refractaritate ridicata; aceasta din urma , ca si pentru cimentul portland este sub 1300°C. Zgurile metalurgice insa, ca urmare a continutului lor scazut de CaO, sunt capabile sa lege Ca(OH) 2 in procesul de intarire influentand comportarea cimentului in mase, mortare si betoane refractare.

 

        Cimenturile cu puzzolane se obtin din amestecarea cimentului portland cu puzzolane, acestea din urma fiid substante naturale sau artificiale, foarte reactive, bogate in bioxid de siliciu. Ca urmare a compozitiei lor, sunt capabile sa intre  in interactiune cu hidroxidul de calciu care rezulta din reactia cu apa a cimentului portland. Ca puzzolane se folosesc trasurile., diatomitul, tripoli, cenusile de termocentrala, sistoful, argila calcinata.

 

      Folosirea silicatului de sodiu (sticlei solubile) ca liant in mase refractare se bazeaza pe reactivitatea sa ridicata fata de multe agregate, formand cu aceasta combinatii refractare, mai rezistente din punct de vedere termic. Silicatul de sodiu se obtine prin topirea in cuptoare a unui amestec de nisip cuarto, carbonat de sodiu sau sulfat de sodiu si mici cantitati de carbune.La racirea topiturii in apa rezulta granule sau bulgari de sticla solubila. Sticla solubila tehnica este livrata sub forma de pudra sau solutie, sub aceasta ultima forma fiind mai frecvent folosita in mase refractare.

        Prepararea solutiei de sticla solubila(sticla lichida) se face de obicei prin dizolvarea granulelor, sau bulgarilor rezultati prin racirea topiturii, in autoclave la 6-8 daN/cm2; in cazul unor granule mai fine, dizolvarea se realizeaza in aparate speciale de amestecare, la temperaturi de 90-100°C. Sticla lichida se considera ca este o solutie apoasa asemanatoare atat cu solutiile de electroliti cat si cu solutiile de polimeri. Totusi solutiile apoase ale sticlei solubile se deosebesc de ale polimerilor intrucat contin ioni metalici si ai acidului silicic nepolimerizat sau cu grad mic de polimerizare. Compozitia chimica a sticlei solubile variaza in anumite limite si poate fi descrisa de formula generala Na2O·nSiO2 , n fiind modulul se silice al sticlei solubile, care influenteaza direct caracteristicile acestuia din urma. Experienta a aratat ca, pentru a fi foosita in mase refractare, este bine ca modulul sticlei solubila sa fie cu prins intre 2,4 si 3,0 . Densitatea solutiilor se indica pentru acelasi scopuri, sa fie de 1,38-1,40 g/cm3.

  5. Lianti fosfatici  in mase refractare se bazeaza pe reactii de tip acid-baza, intre acidul fosforic sau combinatii acide ale acestuia si oxizii (sau alte combinatii cu caracter bazic) acestia din urma constituind, in acelsi timp, agregat al masei sau betonului refractar si component al sistemului liant.

     Pentru liantii din aceasta categorie, o mare importanta o are compozitia si concentratia componentului lichid. Cel mai utilizat component lichid reprezinta solutii ale acidului fosforic partial neutralizat cu alumina(hidroxid de aluminiu). In acest caz , raportul P2O5/Al2O3 conditioneaza aciditatea lichidului si deci reactivitatea lui in raport cu componentul solid, adica in raport cu materialul solid dispers care este liant.Pentru multe solutii  concentrate raportul P2O5/Al2O3 (x) este cuprins intre 2,5 si 5; solutiile cu x<2,3 sunt foarte instabile componentul solid al sistemului liant fosfatic poate fi corindonul, samota inalt aluminoasa, zgura cromoaluminoasa, mulitul, clincherul magnezitic, dolomitic sau cromomagnezitic, zircona. Refractaritatea betonului sau masei refractare depinde esential de natura agregatului; aceasta este motivul pentru care componentul solid al sistemului liant se distinge prin inalte refractaritati.

        Materialul compozit poate fi descris ca fiind un amestec de materiale create special pentru a satisface anumite cerinte tehnologice, folosind proprietatile dorite ale componentelor, odata cu diminuarea proprietatilor nedorite ale acelorasi materiale.

        In timp ce, spre exemplu, betonul armat poate fi considerat ca fiind un material compozit in sensul definitiei de mai sus, termenul este in general rezervat pentru amestecuri de materiale realizate la o scara cat mai fina, cat mai intima. Principalul obiectiv in dezvoltarea producerii compozitelor este acela de a asigura caracteristici si proprietati performante, mai presus de limitele cunoscute pentru materialele metalice si nemetalice utilizate in mod obisnuit. Este intuitiv sa se descrie un compozit ca fiind realizat dintr-un material matrice in care sunt adaugate una sau mai multe feluri de intarituri, sau pur si simplu matricea este umpluta cu alte materiale considerate a fi de adaos. Aceasta permite realizarea unei clasificari in functie de materialul-matrice utilizat, putandu-se identifica astfel materiale compozite pe baza de matrici metalice, polimerice sau ceramice (pentru simplificare s-a considera ca sticla este tot un un material ceramic, asa cum rasinile nu au fost citate separat, cu toate ca nu sunt numai polimerice).

        O alta clasificare se poate face in functie de materialele ce umplu matricea, care pot fi sub forma de macroparticule, mustati sau fibre.

        Intariturile pot fi, la randul lor, metalice, polimerice: ceramice, celulozice etc. Macroparticulele se caracterizeaza prin echiaxialitate dimensionala, fiind monocristale, compusi chimici sau conglomerate ce se pot asimila cu un corp geometric regulat.

      Mustatile sunt monocrisiale filiforme al caror nume provine de la traducerea termenului consacrat din limba engleza (whiskers).

         Fibrele reprezinta forma de baza sub care se poate prezenta un element chimic, compus chimic, material celulozic, polimeric etc, fiind caracterizate de o lungime mult mai mare in raport cu diametrul. Mai multe fibre rasucite sau impletite formeaza un fir. Intarituriie sub forma de fibre sau fire pot fi intregi (lungime foarte mare), sau taiate ia anumite dimensiuni bine precizate. Tinand seama de cele prezentate mai sus, se contureaza o serie de clasificari pentru materialele compozite. Pot exista deci compozite cu matrice polimerica si fibre polimerice, compozite cu matrice polimerica si fibre metalice, compozite cu matrice metalica si fibre celulozice s.a.m.d., fiind posibile, in principiu, orice combinatii de matrici si intarituri.

        Trebuie precizat ca materialele ceramice, care sunt de obicei compusi chimici anorganici, pot fi in acelasi timp si matrice, si intaritura.