Indflydelse af materialedesign på termisk stødmodstand af monolitiske ildfaste materialer

I højtemperatur industrielle applikationer, monolitiske ildfaste materialer spiller en afgørende rolle. Denne type materiale skal ikke kun modstå ekstremt høje temperaturer, men skal også opretholde strukturel integritet og ydeevnestabilitet under drastiske temperaturændringer, især med hensyn til termisk stødmodstand. Materialedesign er et nøgleled til at forbedre den termiske stødmodstand af uformede ildfaste materialer. Dens virkning er vidtrækkende og kompleks og involverer mange aspekter.

Først og fremmest er valget af ingredienser grundlaget for materialedesign og påvirker direkte den termiske stødmodstand af monomorfe ildfaste materialer. Aluminiumoxid (Al2O3) er blevet en af ​​hovedkomponenterne i amorfe ildfaste materialer på grund af dets høje smeltepunkt, høje hårdhed og fremragende kemiske stabilitet. Forskning viser, at justering af indholdet og krystalformen af ​​Al2O3 betydeligt kan påvirke materialets termiske udvidelseskoefficient, termiske ledningsevne og elasticitetsmodul og derved direkte påvirke dets termiske stødmodstand. Derudover skal udvælgelsen af ​​råmaterialer som silicium og magnesia også overvejes grundigt baseret på specifikke applikationsscenarier for at opnå den bedste termiske stødmodstandseffekt.

Kontrol af mikrostruktur er en af ​​de nøglefaktorer, der bestemmer materialeegenskaber. For uformede ildfaste materialer har mikrostrukturelle egenskaber såsom kornstørrelse, porøsitet og porefordeling en vigtig indflydelse på deres termiske stødmodstand. Ved at optimere sintringsprocessen, såsom justering af sintringstemperaturen, holdetid og atmosfæreforhold, kan væksten af ​​korn kontrolleres effektivt, danne en ensartet og finkornet struktur, reducere interne defekter og derved forbedre materialets sejhed og revnemodstand. . Samtidig kan en passende mængde porøsitet afhjælpe termisk stress, fordi porerne kan tjene som kanaler for stressfrigivelse og reducere koncentrationen af ​​termisk stress forårsaget af temperaturændringer.

Indførelsen af ​​additiver kan også forbedre den termiske stødmodstand af monolitiske ildfaste materialer betydeligt. For eksempel kan nanopartikler på grund af deres høje specifikke overfladeareal og aktivitet danne grænsefladestrukturer i nanoskala i materialer og derved øge materialets samlede styrke. Keramiske fibre kan forbedre materialets sejhed og reducere skader på materialet forårsaget af termisk stress. Derudover kan nogle specielle additiver, såsom zirconiumoxid (ZrO2), på grund af deres faseændringshærdende effekt, gennemgå faseændringer ved høje temperaturer og absorbere termisk belastning, og derved yderligere forbedre materialets termiske stødmodstand.

Kompositmaterialedesign er en anden effektiv måde at forbedre den termiske stødmodstand af uformede ildfaste materialer. Ved omhyggeligt at vælge materialerne i matrixen og forstærkningen for at opnå en god overensstemmelse mellem termiske udvidelseskoefficienter, kan den termiske spænding ved grænsefladen effektivt reduceres og den termiske stødmodstand for kompositmaterialet forbedres. For eksempel kan en kombination af aluminiumoxid med zirconia danne et kompositmateriale med fremragende termisk stødmodstand. Samtidig kan brugen af ​​fiberforstærkningsteknologi, såsom tilsætning af stålfibre eller ildfaste fibre til ildfaste støbegods, markant forbedre materialets sejhed og revnebestandighed og yderligere forbedre dets termiske stødmodstand.