Vliv materiálového provedení na tepelnou odolnost monolitických žáruvzdorných materiálů

Ve vysokoteplotních průmyslových aplikacích, monolitické žáruvzdorné materiály hrát zásadní roli. Tento typ materiálu musí nejen odolat extrémně vysokým teplotám, ale také musí zachovat strukturální integritu a výkonnostní stabilitu během drastických teplotních změn, zejména pokud jde o odolnost proti tepelným šokům. Materiálové provedení je klíčovým článkem pro zlepšení odolnosti netvarovaných žáruvzdorných materiálů proti tepelným šokům. Jeho dopad je dalekosáhlý a komplexní, zahrnuje mnoho aspektů.

Za prvé, výběr přísad je základem materiálového provedení a přímo ovlivňuje odolnost monomorfních žáruvzdorných materiálů proti tepelnému šoku. Oxid hlinitý (Al2O3) se stal jednou z hlavních složek amorfních žáruvzdorných materiálů díky svému vysokému bodu tání, vysoké tvrdosti a vynikající chemické stabilitě. Výzkumy ukazují, že úpravou obsahu a krystalické formy Al2O3 lze významně ovlivnit koeficient tepelné roztažnosti, tepelnou vodivost a modul pružnosti materiálu, a tím přímo ovlivnit jeho odolnost proti tepelným šokům. Kromě toho je třeba komplexně zvážit výběr surovin, jako je křemík a hořčík, na základě konkrétních scénářů použití, aby se dosáhlo nejlepšího účinku odolnosti proti tepelným šokům.

Kontrola mikrostruktury je jedním z klíčových faktorů, které určují vlastnosti materiálu. U netvarovaných žáruvzdorných materiálů mají mikrostrukturální charakteristiky, jako je velikost zrna, pórovitost a distribuce pórů, důležitý vliv na jejich odolnost vůči teplotním šokům. Optimalizací procesu slinování, jako je nastavení teploty slinování, doby zdržení a podmínek atmosféry, lze účinně řídit růst zrn, vytvářet stejnoměrnou a jemnozrnnou strukturu, redukovat vnitřní defekty, čímž se zlepšuje houževnatost a odolnost materiálu proti praskání. . Zároveň může vhodné množství pórovitosti zmírnit tepelné namáhání, protože póry mohou sloužit jako kanály pro uvolnění napětí a snížit koncentraci tepelného napětí způsobeného změnami teploty.

Zavedení přísad může také výrazně zlepšit odolnost monolitických žáruvzdorných materiálů proti tepelnému šoku. Například nanočástice mohou díky svému vysokému specifickému povrchu a aktivitě vytvářet v materiálech struktury rozhraní nanoměřítek, čímž se zvyšuje celková pevnost materiálu. Keramické vlákno může zlepšit houževnatost materiálu a snížit poškození materiálu způsobené tepelným namáháním. Navíc některé speciální přísady, jako je oxid zirkoničitý (ZrO2), mohou díky svému houževnatému efektu při změně fáze podléhat fázovým změnám při vysokých teplotách a absorbovat tepelné namáhání, čímž se dále zlepšuje odolnost materiálu proti tepelným šokům.

Design kompozitních materiálů je dalším účinným způsobem, jak zlepšit odolnost netvarovaných žáruvzdorných materiálů proti tepelnému šoku. Pečlivým výběrem materiálů matrice a výztuže pro dosažení dobré shody koeficientů tepelné roztažnosti lze účinně snížit tepelné namáhání na rozhraní a zvýšit odolnost kompozitního materiálu proti tepelným šokům. Například kombinace oxidu hlinitého se zirkonem může vytvořit kompozitní materiál s vynikající odolností proti tepelným šokům. Zároveň použití technologie vyztužení vlákny, jako je přidání ocelových vláken nebo žáruvzdorných vláken do žáruvzdorných žárobetonů, může výrazně zlepšit houževnatost a odolnost materiálu proti praskání a dále zvýšit jeho odolnost proti tepelným šokům.