Invloed van materiaalontwerp op thermische schokbestendigheid van monolithische vuurvaste materialen

Bij industriële toepassingen bij hoge temperaturen monolithische vuurvaste materialen spelen een cruciale rol. Dit type materiaal moet niet alleen bestand zijn tegen extreem hoge temperaturen, maar moet ook de structurele integriteit en prestatiestabiliteit behouden tijdens drastische temperatuurveranderingen, vooral in termen van thermische schokbestendigheid. Materiaalontwerp is een belangrijke schakel bij het verbeteren van de thermische schokbestendigheid van ongevormde vuurvaste materialen. De impact ervan is verstrekkend en complex en omvat vele aspecten.

Allereerst vormt de selectie van ingrediënten de basis van het materiaalontwerp en heeft deze rechtstreeks invloed op de thermische schokbestendigheid van monomorfe vuurvaste materialen. Aluminiumoxide (Al2O3) is een van de belangrijkste componenten van amorfe vuurvaste materialen geworden vanwege het hoge smeltpunt, de hoge hardheid en de uitstekende chemische stabiliteit. Onderzoek toont aan dat het aanpassen van het gehalte en de kristalvorm van Al2O3 de thermische uitzettingscoëfficiënt, de thermische geleidbaarheid en de elastische modulus van het materiaal aanzienlijk kan beïnvloeden, waardoor de thermische schokbestendigheid ervan rechtstreeks wordt beïnvloed. Bovendien moet de selectie van grondstoffen zoals silicium en magnesiumoxide uitgebreid worden overwogen op basis van specifieke toepassingsscenario's om het beste thermische schokbestendigheidseffect te bereiken.

De controle van de microstructuur is een van de belangrijkste factoren die de materiaaleigenschappen bepalen. Voor ongevormde vuurvaste materialen hebben microstructurele kenmerken zoals korrelgrootte, porositeit en porieverdeling een belangrijke invloed op hun thermische schokbestendigheid. Door het sinterproces te optimaliseren, zoals het aanpassen van de sintertemperatuur, de houdtijd en de atmosfeeromstandigheden, kan de groei van korrels effectief worden gecontroleerd, waardoor een uniforme en fijne korrelstructuur ontstaat, waardoor interne defecten worden verminderd, waardoor de taaiheid en scheurweerstand van het materiaal worden verbeterd. . Tegelijkertijd kan een geschikte hoeveelheid porositeit de thermische spanning verlichten, omdat de poriën kunnen dienen als kanalen voor het loslaten van spanning en de concentratie van thermische spanning veroorzaakt door temperatuurveranderingen kunnen verminderen.

De introductie van additieven kan ook de thermische schokbestendigheid van monolithische vuurvaste materialen aanzienlijk verbeteren. Nanodeeltjes kunnen bijvoorbeeld, vanwege hun hoge specifieke oppervlak en activiteit, grensvlakstructuren op nanoschaal in materialen vormen, waardoor de algehele sterkte van het materiaal wordt vergroot. Keramische vezels kunnen de taaiheid van het materiaal verbeteren en de schade aan het materiaal als gevolg van thermische spanning verminderen. Bovendien kunnen sommige speciale additieven, zoals zirkoniumoxide (ZrO2), vanwege hun faseveranderingsversterkende effect, faseverandering ondergaan bij hoge temperaturen en thermische spanningen absorberen, waardoor de thermische schokbestendigheid van het materiaal verder wordt verbeterd.

Het ontwerp van composietmaterialen is een andere effectieve manier om de thermische schokbestendigheid van ongevormde vuurvaste materialen te verbeteren. Door de materialen van de matrix en de versterking zorgvuldig te selecteren om een ​​goede afstemming van de thermische uitzettingscoëfficiënten te bereiken, kan de thermische spanning op het grensvlak effectief worden verminderd en de thermische schokbestendigheid van het composietmateriaal worden verbeterd. Het combineren van aluminiumoxide met zirkoniumoxide kan bijvoorbeeld een composietmateriaal vormen met uitstekende thermische schokbestendigheid. Tegelijkertijd kan het gebruik van vezelversterkingstechnologie, zoals het toevoegen van staalvezels of vuurvaste vezels aan vuurvaste gietstukken, de taaiheid en scheurweerstand van het materiaal aanzienlijk verbeteren, en de weerstand tegen thermische schokken verder verbeteren.