Influência do design do material na resistência ao choque térmico de refratários monolíticos

Em aplicações industriais de alta temperatura, refratários monolíticos desempenhar um papel vital. Este tipo de material não só tem de suportar temperaturas extremamente elevadas, mas também deve manter a integridade estrutural e a estabilidade de desempenho durante mudanças drásticas de temperatura, especialmente em termos de resistência ao choque térmico. O design do material é um elo fundamental na melhoria da resistência ao choque térmico de materiais refratários não moldados. O seu impacto é abrangente e complexo, envolvendo muitos aspectos.

Em primeiro lugar, a seleção dos ingredientes é a base do design do material e afeta diretamente a resistência ao choque térmico dos materiais refratários monomorfos. O óxido de alumínio (Al2O3) tornou-se um dos principais componentes dos materiais refratários amorfos devido ao seu alto ponto de fusão, alta dureza e excelente estabilidade química. A pesquisa mostra que o ajuste do conteúdo e da forma cristalina do Al2O3 pode afetar significativamente o coeficiente de expansão térmica, a condutividade térmica e o módulo de elasticidade do material, afetando diretamente sua resistência ao choque térmico. Além disso, a seleção de matérias-primas como silício e magnésia também precisa ser considerada de forma abrangente com base em cenários de aplicação específicos para obter o melhor efeito de resistência ao choque térmico.

O controle da microestrutura é um dos principais fatores que determinam as propriedades do material. Para materiais refratários não moldados, características microestruturais como tamanho de grão, porosidade e distribuição de poros têm um impacto importante na sua resistência ao choque térmico. Ao otimizar o processo de sinterização, como ajustar a temperatura de sinterização, tempo de retenção e condições atmosféricas, o crescimento dos grãos pode ser efetivamente controlado, formando uma estrutura de grão uniforme e fina, reduzindo defeitos internos, melhorando assim a tenacidade e a resistência à trinca do material . Ao mesmo tempo, uma quantidade adequada de porosidade pode aliviar o estresse térmico, porque os poros podem servir como canais para liberação de estresse e reduzir a concentração do estresse térmico causado pelas mudanças de temperatura.

A introdução de aditivos também pode melhorar significativamente a resistência ao choque térmico de materiais refratários monolíticos. Por exemplo, as nanopartículas, devido à sua elevada área superficial específica e atividade, podem formar estruturas de interface em nanoescala nos materiais, aumentando assim a resistência geral do material. A fibra cerâmica pode melhorar a tenacidade do material e reduzir os danos ao material causados ​​pelo estresse térmico. Além disso, alguns aditivos especiais, como o óxido de zircônio (ZrO2), devido ao seu efeito de tenacidade por mudança de fase, podem sofrer mudança de fase em altas temperaturas e absorver o estresse térmico, melhorando ainda mais a resistência ao choque térmico do material.

O projeto de materiais compósitos é outra maneira eficaz de melhorar a resistência ao choque térmico de materiais refratários não moldados. Ao selecionar cuidadosamente os materiais da matriz e do reforço para obter uma boa combinação de coeficientes de expansão térmica, o estresse térmico na interface pode ser efetivamente reduzido e a resistência ao choque térmico do material compósito aumentada. Por exemplo, a combinação de óxido de alumínio com zircônia pode formar um material compósito com excelente resistência ao choque térmico. Ao mesmo tempo, o uso de tecnologia de reforço de fibra, como a adição de fibras de aço ou fibras refratárias a concretos refratários, pode melhorar significativamente a tenacidade e a resistência à trinca do material e aumentar ainda mais sua resistência ao choque térmico.