Vplyv materiálového vyhotovenia na odolnosť monolitických žiaruvzdorných materiálov proti tepelnému šoku

Vo vysokoteplotných priemyselných aplikáciách, monolitické žiaruvzdorné materiály hrať dôležitú úlohu. Tento typ materiálu nielenže musí odolávať extrémne vysokým teplotám, ale musí si tiež zachovať štrukturálnu integritu a stabilitu výkonu počas drastických zmien teploty, najmä pokiaľ ide o odolnosť proti tepelným šokom. Materiálové prevedenie je kľúčovým článkom pri zlepšovaní odolnosti netvarovaných žiaruvzdorných materiálov voči tepelným šokom. Jeho vplyv je ďalekosiahly a zložitý a zahŕňa mnoho aspektov.

Po prvé, výber prísad je základom materiálového dizajnu a priamo ovplyvňuje odolnosť monomorfných žiaruvzdorných materiálov proti tepelnému šoku. Oxid hlinitý (Al2O3) sa stal jednou z hlavných zložiek amorfných žiaruvzdorných materiálov vďaka svojmu vysokému bodu topenia, vysokej tvrdosti a vynikajúcej chemickej stabilite. Výskum ukazuje, že úprava obsahu a kryštálovej formy Al2O3 môže výrazne ovplyvniť koeficient tepelnej rozťažnosti, tepelnú vodivosť a modul pružnosti materiálu, čím priamo ovplyvní jeho odolnosť voči tepelným šokom. Okrem toho je potrebné komplexne zvážiť výber surovín, ako je kremík a magnézia, na základe konkrétnych aplikačných scenárov, aby sa dosiahol najlepší účinok odolnosti voči tepelným šokom.

Kontrola mikroštruktúry je jedným z kľúčových faktorov, ktoré určujú vlastnosti materiálu. Pre netvarované žiaruvzdorné materiály majú mikroštrukturálne charakteristiky, ako je veľkosť zŕn, pórovitosť a distribúcia pórov, dôležitý vplyv na ich odolnosť voči teplotným šokom. Optimalizáciou procesu spekania, ako je nastavenie teploty spekania, času zdržania a atmosférických podmienok, možno efektívne kontrolovať rast zŕn, vytvárať rovnomernú a jemnú štruktúru zŕn, znižovať vnútorné defekty, čím sa zlepšuje húževnatosť a odolnosť materiálu voči praskaniu. . Zároveň môže vhodné množstvo pórovitosti zmierniť tepelné napätie, pretože póry môžu slúžiť ako kanály na uvoľnenie napätia a znížiť koncentráciu tepelného napätia spôsobeného teplotnými zmenami.

Zavedenie prísad môže tiež výrazne zlepšiť odolnosť monolitických žiaruvzdorných materiálov proti tepelnému šoku. Napríklad nanočastice vďaka svojmu vysokému špecifickému povrchu a aktivite môžu v materiáloch vytvárať štruktúry rozhrania nanometrov, čím sa zvyšuje celková pevnosť materiálu. Keramické vlákno môže zlepšiť húževnatosť materiálu a znížiť poškodenie materiálu spôsobené tepelným namáhaním. Okrem toho môžu niektoré špeciálne prísady, ako je oxid zirkoničitý (ZrO2), v dôsledku ich spevnenia pri zmene fázy pri vysokých teplotách podstúpiť fázovú zmenu a absorbovať tepelné namáhanie, čím sa ďalej zlepšuje odolnosť materiálu voči tepelným šokom.

Dizajn kompozitných materiálov je ďalším efektívnym spôsobom, ako zlepšiť odolnosť netvarovaných žiaruvzdorných materiálov voči tepelným šokom. Starostlivým výberom materiálov matrice a výstuže na dosiahnutie dobrej zhody koeficientov tepelnej rozťažnosti možno účinne znížiť tepelné napätie na rozhraní a zvýšiť odolnosť kompozitného materiálu voči tepelným šokom. Napríklad kombináciou oxidu hlinitého so zirkónom možno vytvoriť kompozitný materiál s vynikajúcou odolnosťou voči tepelným šokom. Súčasne použitie technológie vystužovania vláknami, ako je pridávanie oceľových vlákien alebo žiaruvzdorných vlákien do žiaruvzdorných žiaruvzdorných materiálov, môže výrazne zlepšiť húževnatosť a odolnosť materiálu voči praskaniu a ešte viac zvýšiť jeho odolnosť voči tepelným šokom.