Žiaruvzdorné materiály s nízkym obsahom cementu sa porovnávajú s tradičnými žiaruvzdornými materiálmi z hlinitanového cementu. Množstvo pridaného cementu v tradičných žiaruvzdorných materiáloch z hlinitanového cementu je zvyčajne 12 – 20 % a množstvo pridanej vody je vo všeobecnosti 9 – 13 %. V dôsledku vysokého množstva pridanej vody má odliatok veľa pórov, nie je hustý a má nízku pevnosť; v dôsledku veľkého množstva pridaného cementu, hoci je možné dosiahnuť vyššie normálne a nízkoteplotné pevnosti, pevnosť klesá v dôsledku kryštalickej premeny hlinitanu vápenatého pri stredných teplotách. Je zrejmé, že zavedený CaO reaguje so SiO2 a Al2O3 v odliatku za vzniku látok s nízkou teplotou topenia, čo vedie k zhoršeniu vlastností materiálu pri vysokých teplotách.
Keď sa použije technológia ultrajemného prášku, vysokoúčinné prísady a vedecká gradácia častíc, obsah cementu v odlievanom materiáli sa zníži na menej ako 8 % a obsah vody sa zníži na ≤ 7 %, čím sa môže pripraviť a spracovať žiaruvzdorný odliatok s nízkym obsahom cementu. Obsah CaO je ≤ 2,5 % a jeho výkonnostné ukazovatele vo všeobecnosti prevyšujú ukazovatele žiaruvzdorných odliatkov z hlinitanového cementu. Tento typ žiaruvzdorného odliatku má dobrú tixotropiu, to znamená, že zmiešaný materiál má určitý tvar a pri malom pôsobení vonkajšej sily začne tiecť. Po odstránení vonkajšej sily si zachová získaný tvar. Preto sa nazýva aj tixotropný žiaruvzdorný odliatok. Samotečúci žiaruvzdorný odliatok sa nazýva aj tixotropný žiaruvzdorný odliatok. Patrí do tejto kategórie. Presný význam žiaruvzdorných odliatkov s nízkym obsahom cementu ešte nebol definovaný. Americká spoločnosť pre testovanie a materiály (ASTM) definuje a klasifikuje žiaruvzdorné odliatky na základe ich obsahu CaO.
Hustota a vysoká pevnosť sú vynikajúcimi vlastnosťami žiaruvzdorných telies s nízkym obsahom cementu. To je dobré pre zlepšenie životnosti a výkonnosti výrobku, ale tiež to spôsobuje problémy s pečením pred použitím, to znamená, že pri neopatrnom pečení môže ľahko dôjsť k odlievaniu. Fenomén prasknutia telesa môže vyžadovať minimálne opätovné odlievanie alebo môže v závažných prípadoch ohroziť osobnú bezpečnosť okolitých pracovníkov. Preto rôzne krajiny vykonali aj rôzne štúdie o pečení žiaruvzdorných telies s nízkym obsahom cementu. Hlavné technické opatrenia sú: formulovanie primeraných kriviek pece a zavedenie vynikajúcich protivýbušných prostriedkov atď. môže zabezpečiť, aby sa voda zo žiaruvzdorných telies hladko odstraňovala bez toho, aby to spôsobovalo iné vedľajšie účinky.
Technológia ultrajemných práškov je kľúčovou technológiou pre žiaruvzdorné odliatky s nízkym obsahom cementu (v súčasnosti má väčšina ultrajemných práškov používaných v keramike a žiaruvzdorných materiáloch veľkosť medzi 0,1 a 10 μm a fungujú hlavne ako urýchľovače disperzie a štrukturálne zahusťovadlá). Prvá z nich spôsobuje, že častice cementu sú vysoko dispergované bez flokulácie, zatiaľ čo druhá spôsobuje, že mikropóry v odlievanom telese sú úplne vyplnené a zlepšujú pevnosť).
Medzi bežne používané typy ultrajemných práškov patria SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 atď. Špecifický povrch mikroprášku SiO2 je približne 20 m2/g a veľkosť jeho častíc je približne 1/100 veľkosti častíc cementu, takže má dobré plniace vlastnosti. Okrem toho môžu mikroprášky SiO2, Al2O3, Cr2O3 atď. vo vode tvoriť aj koloidné častice. Ak je prítomné dispergačné činidlo, na povrchu častíc sa vytvorí prekrývajúca sa elektrická dvojitá vrstva, ktorá generuje elektrostatické odpudzovanie, ktoré prekonáva van der Waalsovu silu medzi časticami a znižuje energiu na rozhraní. Zabraňuje adsorpcii a flokulácii medzi časticami; zároveň sa dispergačné činidlo adsorbuje okolo častíc a vytvára vrstvu rozpúšťadla, čo tiež zvyšuje tekutosť odlievaného materiálu. Toto je tiež jeden z mechanizmov ultrajemného prášku, to znamená, že pridanie ultrajemného prášku a vhodných dispergačných činidiel môže znížiť spotrebu vody v žiaruvzdorných odlievaných materiáloch a zlepšiť tekutosť.
Tuhnutie a tvrdnutie žiaruvzdorných telies s nízkym obsahom cementu je výsledkom kombinovaného pôsobenia hydratačného spájania a kohézneho spájania. Hydratácia a tvrdnutie hlinitanového cementu vápenatého sú hlavne hydratáciou hydraulických fáz CA a CA2 a procesom rastu kryštálov ich hydrátov, to znamená, že reagujú s vodou za vzniku šesťuholníkových vločiek alebo ihličkovitých CAH10, C2AH8. Hydratačné produkty, ako sú kubické kryštály C3AH6 a gély Al2O3аq, potom počas procesov vytvrdzovania a zahrievania tvoria prepojenú kondenzačno-kryštalizačnú sieťovú štruktúru. Aglomerácia a spájanie je spôsobené tým, že aktívny ultrajemný prášok SiO2 pri stretnutí s vodou tvorí koloidné častice a pri stretnutí s iónmi sa pomaly disociuje z pridanej prísady (t. j. elektrolytovej látky). Pretože povrchové náboje oboch sú opačné, to znamená, že koloidný povrch adsorboval protiióny, čo spôsobuje pokles potenciálu £2 a kondenzácia nastáva, keď adsorpcia dosiahne „izoelektrický bod“. Inými slovami, keď je elektrostatické odpudzovanie na povrchu koloidných častíc menšie ako ich príťažlivosť, dochádza ku kohéznemu spojeniu pomocou van der Waalsovej sily. Po kondenzácii žiaruvzdornej zmesi s práškovým oxidom kremičitým sa skupiny Si-OH vytvorené na povrchu SiO2 vysušia a dehydratujú, čím sa vytvorí sieťová štruktúra siloxánu (Si-O-Si), čím sa vytvrdí. V sieťovej štruktúre siloxánu sa väzby medzi kremíkom a kyslíkom so zvyšujúcou sa teplotou neznižujú, takže pevnosť sa tiež neustále zvyšuje. Zároveň pri vysokých teplotách sieťová štruktúra SiO2 reaguje s Al2O3, ktorý je v nej obalený, za vzniku mullitu, čo môže zlepšiť pevnosť pri stredných a vysokých teplotách.
Čas uverejnenia: 28. februára 2024
