Påvirkning av materialdesign på termisk sjokkmotstand til monolitiske ildfaste materialer

I høytemperatur industrielle applikasjoner, monolittiske ildfaste materialer spille en viktig rolle. Denne typen materiale må ikke bare tåle ekstremt høye temperaturer, men må også opprettholde strukturell integritet og ytelsesstabilitet under drastiske temperaturendringer, spesielt når det gjelder motstand mot termisk støt. Materialdesign er et nøkkelledd for å forbedre den termiske støtmotstanden til uformede ildfaste materialer. Virkningen er vidtrekkende og kompleks, og involverer mange aspekter.

Først av alt er utvalget av ingredienser grunnlaget for materialdesign og påvirker direkte den termiske sjokkmotstanden til monomorfe ildfaste materialer. Aluminiumoksid (Al2O3) har blitt en av hovedkomponentene i amorfe ildfaste materialer på grunn av dets høye smeltepunkt, høye hardhet og utmerket kjemisk stabilitet. Forskning viser at justering av innholdet og krystallformen til Al2O3 kan påvirke den termiske ekspansjonskoeffisienten, varmeledningsevnen og elastisitetsmodulen til materialet betydelig, og dermed direkte påvirke dets termiske sjokkmotstand. I tillegg må utvalget av råmaterialer som silisium og magnesia også vurderes grundig basert på spesifikke bruksscenarier for å oppnå den beste termiske støtmotstandseffekten.

Kontroll av mikrostruktur er en av nøkkelfaktorene som bestemmer materialegenskaper. For uformede ildfaste materialer har mikrostrukturelle egenskaper som kornstørrelse, porøsitet og porefordeling en viktig innvirkning på deres termiske sjokkmotstand. Ved å optimalisere sintringsprosessen, for eksempel å justere sintringstemperaturen, holdetid og atmosfæreforhold, kan veksten av korn kontrolleres effektivt, danne en jevn og finkornstruktur, redusere indre defekter, og dermed forbedre seigheten og sprekkmotstanden til materialet. . Samtidig kan en passende porøsitet lindre termisk stress, fordi porene kan tjene som kanaler for spenningsfrigjøring og redusere konsentrasjonen av termisk stress forårsaket av temperaturendringer.

Innføringen av tilsetningsstoffer kan også forbedre den termiske sjokkmotstanden til monolitiske ildfaste materialer betydelig. For eksempel kan nanopartikler, på grunn av deres høye spesifikke overflateareal og aktivitet, danne grensesnittstrukturer i nanoskala i materialer, og dermed forbedre den totale styrken til materialet. Keramisk fiber kan forbedre materialets seighet og redusere skaden på materialet forårsaket av termisk stress. I tillegg kan noen spesielle tilsetningsstoffer, som zirkoniumoksid (ZrO2), på grunn av deres faseendringsherdende effekt, gjennomgå faseendring ved høye temperaturer og absorbere termisk stress, og dermed forbedre materialets termiske sjokkmotstand ytterligere.

Design av komposittmateriale er en annen effektiv måte å forbedre motstanden mot termisk støt til uformede ildfaste materialer. Ved nøye å velge materialene i matrisen og armeringen for å oppnå en god match av termiske ekspansjonskoeffisienter, kan den termiske spenningen ved grensesnittet effektivt reduseres og den termiske sjokkmotstanden til komposittmaterialet forbedres. For eksempel kan kombinasjon av aluminiumoksid med zirkonium danne et komposittmateriale med utmerket termisk støtmotstand. Samtidig kan bruken av fiberforsterkningsteknologi, for eksempel tilsetning av stålfibre eller ildfaste fibre til ildfaste støpegods, forbedre materialets seighet og sprekkmotstand betraktelig, og ytterligere forbedre dets termiske støtmotstand.