耐火材料，是指凡物理化學(xué)性質(zhì)允許其在高溫環(huán)境下使用的無(wú)機(jī)非金屬材料。各國(guó)的規(guī)定不同，但其基本概念是相同的，即耐火材料是用作高溫窯爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料以及工業(yè)用高溫容器和部件的材料，并能承受相應(yīng)的物理化學(xué)變化及機(jī)械作用。無(wú)論對(duì)于冶金、建材等傳統(tǒng)工業(yè)，還是航空航天、新能源材料，許多過(guò)程都是在高溫下進(jìn)行的，只要有高溫就離不開(kāi)耐火材料。高溫工業(yè)的發(fā)展，與耐火材料的發(fā)展密切相關(guān)，其技術(shù)進(jìn)步無(wú)一例外地都依賴于優(yōu)質(zhì)耐火材料的研發(fā)。
隨著低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來(lái)臨，耐火材料對(duì)于節(jié)能減排所起到的作用日益凸顯。新能源材料的生產(chǎn)也對(duì)耐火材料提出了新的要求。與此同時(shí)，隨著人類社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于耐火材料的要求越來(lái)越高，不僅要求長(zhǎng)壽，而且要求其具有一定的功能化。耐火材料屬于廣義的陶瓷材料的范疇，是多組成、多粒徑的非均質(zhì)材料，在其制備過(guò)程中會(huì)發(fā)生分解、固相反應(yīng)等一系列化學(xué)變化，使其達(dá)到滿足使用要求的物理化學(xué)性能，在其使用過(guò)程中會(huì)和環(huán)境中的氣、液、固發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生蝕損，導(dǎo)致其損毀，因此是典型的熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，從工程科學(xué)角度來(lái)說(shuō)屬于工程熱化學(xué)領(lǐng)域的重要構(gòu)成。
作為工程熱化學(xué)的重要技術(shù)領(lǐng)域，在“雙碳”目標(biāo)下，關(guān)注耐火材料生產(chǎn)和服役過(guò)程中包括分解、還原、合成、侵蝕等熱化學(xué)反應(yīng)的科學(xué)創(chuàng)新和技術(shù)升級(jí)及變革，對(duì)于材料創(chuàng)制和高溫過(guò)程低碳化所具有的意義更加凸顯和緊迫。
耐火材料發(fā)展歷程自從人類開(kāi)始用火，就有了耐火材料。耐火材料的發(fā)展與人類文明是共同進(jìn)步的。早在公元前10000—公元前8000年，人類便開(kāi)始用黏土做耐火材料。原始陶器和瓷器等日用器具、青銅器生產(chǎn)、 兵器的鑄造促進(jìn)了耐火材料的生產(chǎn)和使用，但仍然局限于就地取材，或者說(shuō)大部分時(shí)候是就地取材。在中國(guó)考古發(fā)現(xiàn)的一些灶臺(tái)、青銅鑄造遺址發(fā)現(xiàn)的陶范等都是早期的耐火材料，這種耐火材料十分粗糙，從現(xiàn)代定義來(lái)看，很難稱為耐火材料，但事實(shí)上卻是耐火材料的肇始。雖然當(dāng)時(shí)并沒(méi)有耐火材料的概念，但是有經(jīng)驗(yàn)的人員（如煉丹道士、工匠）可能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出了冶煉爐子材料制備的三個(gè)必要條件：①耐高溫，不熔化；②不和礦石（如鐵礦石、銅礦石等）反應(yīng)；③有一定的力學(xué)強(qiáng)度，加壓時(shí)不易被破壞。雖然沒(méi)有科學(xué)理論支持，但已經(jīng)具有了樸素的熱化學(xué)反應(yīng)概念。
約在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，即公元前5世紀(jì)，出現(xiàn)了鐵器，隨著鐵器的逐漸普及，耐火材料的選擇和使用逐漸形成了一套經(jīng)驗(yàn)。河南鞏縣鐵生溝遺址出土的耐火磚氧化硅含量為61.16%~70.57%，氧化鋁 含量為 12.94%~15.81%，氧化鐵的含量為 4.35%~ 6.14%，耐火度在1240~1330℃之間，是我國(guó)經(jīng)考古發(fā)掘的最早含煤、黏土和石英砂的耐火材料。 河南南陽(yáng)瓦房莊也出土了成分類似且經(jīng)過(guò)燒制的耐火磚，說(shuō)明當(dāng)時(shí)耐火材料的生產(chǎn)已經(jīng)有了相當(dāng)高的水平，可能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化制造。在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)耐火材料以黏土質(zhì)和硅質(zhì)為主，采用高含量二氧化硅的酸性耐火材料和古代高爐渣偏酸性是相適應(yīng)的。值得注意的是，古代已經(jīng)出現(xiàn)了在現(xiàn)在所謂碳復(fù)合耐火材料的雛形，比如在河南滎陽(yáng)煉鐵遺址發(fā)現(xiàn)的耐火材料和洛陽(yáng)出土的坩堝中，發(fā)現(xiàn)碳 量比較高，這可能是有意識(shí)加入的木炭或煤，借此提高耐火材料的耐火度和化學(xué)穩(wěn)定性。總體而言，18世紀(jì)前耐火材料的研究和應(yīng)用仍然處于熱化學(xué)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用階段。
