Materiaalisuunnittelun vaikutus monoliittisten tulenkestävien materiaalien lämpöiskunkestävyyteen

Teollisissa sovelluksissa korkeissa lämpötiloissa, monoliittiset tulenkestävät materiaalit on tärkeä rooli. Tämän tyyppisen materiaalin ei tarvitse vain kestää äärimmäisen korkeita lämpötiloja, vaan sen on myös säilytettävä rakenteellinen eheys ja suorituskyvyn stabiilisuus rajujen lämpötilamuutosten aikana, erityisesti mitä tulee lämpöiskun kestävyyteen. Materiaalisuunnittelu on keskeinen lenkki muotoutumattomien tulenkestävien materiaalien lämpöiskunkestävyyden parantamisessa. Sen vaikutus on kauaskantoinen ja monimutkainen, ja se sisältää monia näkökohtia.

Ensinnäkin ainesosien valinta on materiaalisuunnittelun perusta ja vaikuttaa suoraan monomorfisten tulenkestävien materiaalien lämpöiskun kestävyyteen. Alumiinioksidista (Al2O3) on tullut yksi amorfisten tulenkestävien materiaalien pääkomponenteista sen korkean sulamispisteen, korkean kovuuden ja erinomaisen kemiallisen stabiiliuden ansiosta. Tutkimukset osoittavat, että Al2O3:n sisällön ja kidemuodon säätäminen voi vaikuttaa merkittävästi materiaalin lämpölaajenemiskertoimeen, lämmönjohtavuuteen ja kimmokerrokseen, mikä vaikuttaa suoraan sen lämpöiskun kestävyyteen. Lisäksi raaka-aineiden, kuten piin ja magnesiumoksidin, valinta on myös harkittava kokonaisvaltaisesti erityisten sovellusskenaarioiden perusteella parhaan lämpöiskun kestävyyden saavuttamiseksi.

Mikrorakenteen hallinta on yksi avaintekijöistä, jotka määräävät materiaalin ominaisuuksia. Muokkaamattomien tulenkestävän materiaalin mikrorakenteen ominaisuudet, kuten raekoko, huokoisuus ja huokosjakauma, vaikuttavat merkittävästi niiden lämpöiskun kestävyyteen. Optimoimalla sintrausprosessia, kuten säätämällä sintrauslämpötilaa, pitoaikaa ja ilmakehän olosuhteita, jyvien kasvua voidaan hallita tehokkaasti, jolloin muodostuu tasainen ja hienorakeinen rakenne, vähennetään sisäisiä vikoja ja parannetaan siten materiaalin sitkeyttä ja halkeamankestävyyttä. . Samalla sopiva määrä huokoisuutta voi lievittää lämpörasitusta, koska huokoset voivat toimia jännityksen vapautumisen kanavina ja vähentää lämpötilan muutoksista aiheutuvan lämpörasituksen keskittymistä.

Lisäaineiden lisääminen voi myös parantaa merkittävästi monoliittisten tulenkestävien materiaalien lämpöiskun kestävyyttä. Esimerkiksi nanohiukkaset voivat suuren ominaispinta-alansa ja aktiivisuutensa vuoksi muodostaa nanomittakaavan rajapintarakenteita materiaaleihin, mikä parantaa materiaalin kokonaislujuutta. Keraaminen kuitu voi parantaa materiaalin sitkeyttä ja vähentää materiaalille lämpörasituksen aiheuttamia vaurioita. Lisäksi jotkin erikoislisäaineet, kuten zirkoniumoksidi (ZrO2), voivat faasimuutosta sitkeyttävän vaikutuksensa vuoksi läpikäydä faasimuutoksen korkeissa lämpötiloissa ja absorboida lämpörasitusta, mikä parantaa materiaalin lämpöiskunkestävyyttä entisestään.

Komposiittimateriaalien suunnittelu on toinen tehokas tapa parantaa muotoutumattomien tulenkestävien materiaalien lämpöiskun kestävyyttä. Valitsemalla huolellisesti matriisin ja lujitteen materiaalit lämpölaajenemiskertoimien hyvän vastineen saavuttamiseksi, lämpörasitusta rajapinnassa voidaan vähentää tehokkaasti ja komposiittimateriaalin lämpöiskun kestävyyttä parantaa. Esimerkiksi alumiinioksidin ja zirkoniumoksidin yhdistäminen voi muodostaa komposiittimateriaalin, jolla on erinomainen lämpöiskun kestävyys. Samanaikaisesti kuituvahvistusteknologian käyttö, kuten teräskuitujen tai tulenkestävän kuidun lisääminen tulenkestävään valukappaleeseen, voi parantaa merkittävästi materiaalin sitkeyttä ja halkeamiskestävyyttä ja parantaa entisestään sen lämpöiskunkestävyyttä.