Malzeme tasarımının monolitik refrakterlerin termal şok direncine etkisi

Yüksek sıcaklıktaki endüstriyel uygulamalarda, monolitik refrakterler hayati bir rol oynuyor. Bu tür malzemenin yalnızca aşırı yüksek sıcaklıklara dayanması gerekmez, aynı zamanda özellikle termal şok direnci açısından ciddi sıcaklık değişiklikleri sırasında yapısal bütünlüğü ve performans stabilitesini de koruması gerekir. Malzeme tasarımı, şekillendirilmemiş refrakter malzemelerin termal şok direncini arttırmada önemli bir bağlantıdır. Etkisi geniş kapsamlı ve karmaşık olup pek çok yönü içermektedir.

Öncelikle içerik seçimi malzeme tasarımının temelini oluşturur ve monomorf refrakter malzemelerin termal şok direncini doğrudan etkiler. Alüminyum oksit (Al2O3), yüksek erime noktası, yüksek sertliği ve mükemmel kimyasal stabilitesi nedeniyle amorf refrakter malzemelerin ana bileşenlerinden biri haline gelmiştir. Araştırmalar, Al2O3 içeriğinin ve kristal formunun ayarlanmasının, malzemenin termal genleşme katsayısını, termal iletkenliğini ve elastik modülünü önemli ölçüde etkileyebileceğini ve dolayısıyla termal şok direncini doğrudan etkileyebileceğini göstermektedir. Ek olarak, en iyi termal şok direnci etkisini elde etmek için silikon ve magnezya gibi hammaddelerin seçiminin de özel uygulama senaryolarına dayalı olarak kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi gerekir.

Mikroyapının kontrolü malzeme özelliklerini belirleyen temel faktörlerden biridir. Şekillendirilmemiş refrakter malzemeler için tane boyutu, gözeneklilik ve gözenek dağılımı gibi mikroyapısal özellikler termal şok direnci üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Sinterleme sıcaklığının, tutma süresinin ve atmosfer koşullarının ayarlanması gibi sinterleme prosesinin optimize edilmesiyle, tanelerin büyümesi etkili bir şekilde kontrol edilebilir, düzgün ve ince taneli bir yapı oluşturularak iç kusurlar azaltılabilir, böylece malzemenin tokluğu ve çatlama direnci arttırılabilir. . Aynı zamanda, uygun miktarda gözeneklilik termal stresi hafifletebilir, çünkü gözenekler stresin ortadan kaldırılması için kanal görevi görebilir ve sıcaklık değişimlerinin neden olduğu termal stres konsantrasyonunu azaltabilir.

Katkı maddelerinin eklenmesi, monolitik refrakter malzemelerin termal şok direncini de önemli ölçüde artırabilir. Örneğin nanopartiküller, yüksek spesifik yüzey alanları ve aktiviteleri nedeniyle malzemelerde nano ölçekli arayüz yapıları oluşturabilir ve böylece malzemenin genel mukavemetini artırabilir. Seramik elyaf malzemenin dayanıklılığını artırabilir ve termal stresin malzemeye verdiği zararı azaltabilir. Ayrıca zirkonyum oksit (ZrO2) gibi bazı özel katkı maddeleri, faz değişimini sertleştirme etkisinden dolayı, yüksek sıcaklıklarda faz değişimine uğrayabilir ve termal gerilimi absorbe edebilir, böylece malzemenin termal şok direncini daha da artırır.

Kompozit malzeme tasarımı, şekillendirilmemiş refrakter malzemelerin termal şok direncini arttırmanın bir başka etkili yoludur. İyi bir termal genleşme katsayıları eşleşmesi elde etmek için matris ve takviye malzemelerinin dikkatli bir şekilde seçilmesiyle, arayüzdeki termal gerilim etkili bir şekilde azaltılabilir ve kompozit malzemenin termal şok direnci arttırılabilir. Örneğin, alüminyum oksidin zirkonya ile birleştirilmesi, mükemmel termal şok direncine sahip bir kompozit malzeme oluşturabilir. Aynı zamanda, refrakter dökülebilir malzemelere çelik fiberler veya refrakter fiberler eklemek gibi fiber takviye teknolojisinin kullanılması, malzemenin tokluğunu ve çatlama direncini önemli ölçüde artırabilir ve termal şok direncini daha da artırabilir.