Influența proiectării materialelor asupra rezistenței la șoc termic a refractarelor monolitice

În aplicații industriale la temperaturi înalte, refractare monolitice joacă un rol vital. Acest tip de material nu numai că trebuie să reziste la temperaturi extrem de ridicate, dar trebuie și să mențină integritatea structurală și stabilitatea performanței în timpul schimbărilor drastice de temperatură, în special în ceea ce privește rezistența la șoc termic. Designul materialului este o verigă cheie în îmbunătățirea rezistenței la șocuri termice a materialelor refractare neformate. Impactul său este de anvergură și complex, implicând multe aspecte.

În primul rând, selecția ingredientelor stă la baza designului materialului și afectează direct rezistența la șoc termic a materialelor refractare monomorfe. Oxidul de aluminiu (Al2O3) a devenit una dintre componentele principale ale materialelor refractare amorfe datorită punctului său de topire ridicat, durității ridicate și stabilității chimice excelente. Cercetările arată că ajustarea conținutului și a formei cristaline a Al2O3 poate afecta semnificativ coeficientul de dilatare termică, conductibilitatea termică și modulul elastic al materialului, afectând astfel în mod direct rezistența acestuia la șoc termic. În plus, selecția materiilor prime, cum ar fi siliciul și magnezia, trebuie, de asemenea, luată în considerare în mod cuprinzător, pe baza scenariilor de aplicare specifice, pentru a obține cel mai bun efect de rezistență la șoc termic.

Controlul microstructurii este unul dintre factorii cheie care determină proprietățile materialului. Pentru materialele refractare neformate, caracteristicile microstructurale precum mărimea granulelor, porozitatea și distribuția porilor au un impact important asupra rezistenței lor la șocuri termice. Prin optimizarea procesului de sinterizare, cum ar fi reglarea temperaturii de sinterizare, timpul de menținere și condițiile atmosferice, creșterea boabelor poate fi controlată eficient, formând o structură uniformă și fină a granulelor, reducând defectele interne, îmbunătățind astfel duritatea și rezistența la fisurare a materialului. . În același timp, o cantitate adecvată de porozitate poate atenua stresul termic, deoarece porii pot servi drept canale pentru eliberarea stresului și pot reduce concentrația stresului termic cauzat de schimbările de temperatură.

Introducerea aditivilor poate, de asemenea, îmbunătăți semnificativ rezistența la șoc termic a materialelor refractare monolitice. De exemplu, nanoparticulele, datorită suprafeței și activității lor specifice ridicate, pot forma structuri de interfață la scară nanometrică în materiale, sporind astfel rezistența generală a materialului. Fibra ceramică poate îmbunătăți duritatea materialului și poate reduce deteriorarea materialului cauzată de stresul termic. În plus, unii aditivi speciali, cum ar fi oxidul de zirconiu (ZrO2), datorită efectului lor de întărire prin schimbarea de fază, pot suferi schimbări de fază la temperaturi ridicate și pot absorbi stresul termic, îmbunătățind astfel și mai mult rezistența materialului la șocuri termice.

Designul materialului compozit este o altă modalitate eficientă de îmbunătățire a rezistenței la șocuri termice a materialelor refractare neformate. Selectând cu atenție materialele matricei și armăturii pentru a obține o potrivire bună a coeficienților de dilatare termică, stresul termic la interfață poate fi redus în mod eficient și rezistența la șocul termic a materialului compozit poate fi îmbunătățită. De exemplu, combinarea oxidului de aluminiu cu zirconiu poate forma un material compozit cu rezistență excelentă la șocuri termice. În același timp, utilizarea tehnologiei de întărire cu fibre, cum ar fi adăugarea de fibre de oțel sau fibre refractare la corpurile refractare, poate îmbunătăți semnificativ duritatea și rezistența la fisurare a materialului și poate spori și mai mult rezistența la șocuri termice.