Materialdesignens inverkan på värmechockbeständigheten hos monolitiska eldfasta material

I industriella tillämpningar med hög temperatur, monolitiska eldfasta material spelar en avgörande roll. Denna typ av material måste inte bara tåla extremt höga temperaturer, utan måste också bibehålla strukturell integritet och prestandastabilitet under drastiska temperaturförändringar, särskilt när det gäller termisk chockbeständighet. Materialdesign är en nyckellänk för att förbättra motståndskraften mot termisk chock hos oformade eldfasta material. Dess inverkan är långtgående och komplex och involverar många aspekter.

Först och främst är valet av ingredienser grunden för materialdesign och påverkar direkt värmechockbeständigheten hos monomorfa eldfasta material. Aluminiumoxid (Al2O3) har blivit en av huvudkomponenterna i amorfa eldfasta material på grund av dess höga smältpunkt, höga hårdhet och utmärkta kemiska stabilitet. Forskning visar att justering av innehållet och kristallformen av Al2O3 avsevärt kan påverka materialets värmeutvidgningskoefficient, värmeledningsförmåga och elasticitetsmodul, och därigenom direkt påverka dess värmechockbeständighet. Dessutom måste valet av råmaterial som kisel och magnesia också övervägas helt och hållet baserat på specifika tillämpningsscenarier för att uppnå bästa effekt mot värmechock.

Kontroll av mikrostruktur är en av nyckelfaktorerna som bestämmer materialegenskaper. För oformade eldfasta material har mikrostrukturella egenskaper såsom kornstorlek, porositet och porfördelning en viktig inverkan på deras värmechockbeständighet. Genom att optimera sintringsprocessen, såsom justering av sintringstemperaturen, hålltid och atmosfärsförhållanden, kan tillväxten av korn kontrolleras effektivt, bilda en enhetlig och finkornig struktur, minska inre defekter, och därigenom förbättra segheten och sprickbeständigheten hos materialet . Samtidigt kan en lämplig mängd porositet lindra termisk stress, eftersom porerna kan fungera som kanaler för frigöring av stress och minska koncentrationen av termisk stress orsakad av temperaturförändringar.

Införandet av tillsatser kan också avsevärt förbättra värmechockbeständigheten hos monolitiska eldfasta material. Till exempel kan nanopartiklar, på grund av sin höga specifika yta och aktivitet, bilda gränssnittsstrukturer i nanoskala i material, och därigenom förbättra materialets totala styrka. Keramiska fibrer kan förbättra materialets seghet och minska skadorna på materialet som orsakas av termisk stress. Dessutom kan vissa speciella tillsatser, såsom zirkoniumoxid (ZrO2), på grund av sin fasförändringshärdande effekt, genomgå fasförändringar vid höga temperaturer och absorbera termisk stress, vilket ytterligare förbättrar materialets termiska stötbeständighet.

Kompositmaterialdesign är ett annat effektivt sätt att förbättra motståndskraften mot termisk chock hos oförformade eldfasta material. Genom att noggrant välja material i matrisen och förstärkningen för att uppnå en bra matchning av termiska expansionskoefficienter, kan den termiska spänningen vid gränsytan effektivt reduceras och den termiska chockbeständigheten hos kompositmaterialet förbättras. Till exempel kan en kombination av aluminiumoxid med zirkoniumoxid bilda ett kompositmaterial med utmärkt motståndskraft mot värmechock. Samtidigt kan användningen av fiberförstärkningsteknik, såsom tillsats av stålfibrer eller eldfasta fibrer till eldfasta gjutgods, avsevärt förbättra materialets seghet och sprickbeständighet och ytterligare förbättra dess motståndskraft mot termiska stötar.