Ảnh hưởng của thiết kế vật liệu đến khả năng chống sốc nhiệt của vật liệu chịu lửa nguyên khối

Trong các ứng dụng công nghiệp nhiệt độ cao, vật liệu chịu lửa nguyên khối đóng một vai trò quan trọng. Loại vật liệu này không chỉ phải chịu được nhiệt độ cực cao mà còn phải duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc và độ ổn định hiệu suất khi nhiệt độ thay đổi mạnh, đặc biệt là về khả năng chống sốc nhiệt. Thiết kế vật liệu là mắt xích quan trọng trong việc cải thiện khả năng chống sốc nhiệt của vật liệu chịu lửa không định hình. Tác động của nó rất sâu rộng và phức tạp, liên quan đến nhiều khía cạnh.

Trước hết, việc lựa chọn thành phần là cơ sở của thiết kế vật liệu và ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống sốc nhiệt của vật liệu chịu lửa đơn hình. Nhôm oxit (Al2O3) đã trở thành một trong những thành phần chính của vật liệu chịu lửa vô định hình do nhiệt độ nóng chảy cao, độ cứng cao và độ ổn định hóa học tuyệt vời. Nghiên cứu cho thấy việc điều chỉnh hàm lượng và dạng tinh thể của Al2O3 có thể ảnh hưởng đáng kể đến hệ số giãn nở nhiệt, độ dẫn nhiệt và mô đun đàn hồi của vật liệu, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống sốc nhiệt của vật liệu. Ngoài ra, việc lựa chọn nguyên liệu thô như silicon và magie cũng cần được cân nhắc toàn diện dựa trên các kịch bản ứng dụng cụ thể để đạt được hiệu quả chống sốc nhiệt tốt nhất.

Việc kiểm soát cấu trúc vi mô là một trong những yếu tố chính quyết định tính chất vật liệu. Đối với vật liệu chịu lửa không định hình, các đặc tính cấu trúc vi mô như kích thước hạt, độ xốp và sự phân bố lỗ rỗng có tác động quan trọng đến khả năng chống sốc nhiệt của chúng. Bằng cách tối ưu hóa quá trình thiêu kết, chẳng hạn như điều chỉnh nhiệt độ thiêu kết, thời gian giữ và điều kiện không khí, sự phát triển của hạt có thể được kiểm soát một cách hiệu quả, tạo thành cấu trúc hạt đồng nhất và mịn, giảm các khuyết tật bên trong, từ đó cải thiện độ dẻo dai và khả năng chống nứt của vật liệu. . Đồng thời, một lượng độ xốp thích hợp có thể làm giảm bớt ứng suất nhiệt, bởi vì các lỗ rỗng có thể đóng vai trò là kênh giải phóng ứng suất và giảm sự tập trung ứng suất nhiệt do thay đổi nhiệt độ.

Sự ra đời của các chất phụ gia cũng có thể cải thiện đáng kể khả năng chống sốc nhiệt của vật liệu chịu lửa nguyên khối. Ví dụ, các hạt nano, do diện tích bề mặt riêng và hoạt tính cao, có thể hình thành các cấu trúc bề mặt có kích thước nano trong vật liệu, từ đó nâng cao độ bền tổng thể của vật liệu. Sợi gốm có thể cải thiện độ dẻo dai của vật liệu và giảm thiệt hại cho vật liệu do ứng suất nhiệt. Ngoài ra, một số chất phụ gia đặc biệt, chẳng hạn như oxit zirconi (ZrO2), do tác dụng làm cứng thay đổi pha của chúng, có thể trải qua quá trình thay đổi pha ở nhiệt độ cao và hấp thụ ứng suất nhiệt, từ đó cải thiện hơn nữa khả năng chống sốc nhiệt của vật liệu.

Thiết kế vật liệu composite là một cách hiệu quả khác để cải thiện khả năng chống sốc nhiệt của vật liệu chịu lửa không định hình. Bằng cách lựa chọn cẩn thận vật liệu của nền và cốt thép để đạt được hệ số giãn nở nhiệt phù hợp, ứng suất nhiệt tại bề mặt có thể được giảm một cách hiệu quả và khả năng chống sốc nhiệt của vật liệu composite được tăng cường. Ví dụ, kết hợp oxit nhôm với zirconia có thể tạo thành vật liệu composite có khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời. Đồng thời, việc sử dụng công nghệ gia cố sợi, chẳng hạn như thêm sợi thép hoặc sợi chịu lửa vào vật liệu đúc chịu lửa, có thể cải thiện đáng kể độ dẻo dai và khả năng chống nứt của vật liệu, đồng thời tăng cường hơn nữa khả năng chống sốc nhiệt của nó.