不定形耐火物の耐熱衝撃性に対する材料設計の影響

高温産業用途では、 不定形耐火物 重要な役割を果たします。このタイプの材料は、極度の高温に耐える必要があるだけでなく、特に耐熱衝撃性の点で、急激な温度変化の間でも構造の完全性と性能の安定性を維持する必要があります。材料設計は、不定形耐火材料の耐熱衝撃性を向上させる上で重要な要素です。その影響は広範囲かつ複雑であり、多くの側面が関係しています。

まず第一に、成分の選択は材料設計の基礎であり、単形耐火物の耐熱衝撃性に直接影響します。酸化アルミニウム (Al2O3) は、その高い融点、高い硬度、優れた化学的安定性により、非晶質耐火物の主成分の 1 つとなっています。研究によると、Al2O3 の含有量と結晶形態を調整すると、材料の熱膨張係数、熱伝導率、弾性率に大きな影響を及ぼし、それによって耐熱衝撃性に直接影響を与えることができます。さらに、最高の耐熱衝撃効果を達成するには、シリコンやマグネシアなどの原材料の選択も、特定のアプリケーションシナリオに基づいて包括的に検討する必要があります。

微細構造の制御は、材料特性を決定する重要な要素の 1 つです。未成形耐火材料の場合、粒径、気孔率、細孔分布などの微細構造特性が耐熱衝撃性に重要な影響を与えます。焼結温度、保持時間、雰囲気条件を調整するなど、焼結プロセスを最適化することにより、粒子の成長を効果的に制御し、均一で微細な粒子構造を形成し、内部欠陥を減少させ、材料の靱性と耐クラック性を向上させることができます。 。同時に、適切な量の気孔率は、気孔が応力解放のためのチャネルとして機能し、温度変化によって引き起こされる熱応力の集中を軽減することができるため、熱応力を緩和することができます。

添加剤の導入により、不定形耐火物の耐熱衝撃性も大幅に向上する可能性があります。たとえば、ナノ粒子は、その高い比表面積と活性により、材料内にナノスケールの界面構造を形成することができ、それによって材料の全体的な強度が向上します。セラミックファイバーは材料の靭性を向上させ、熱応力による材料への損傷を軽減します。さらに、酸化ジルコニウム (ZrO2) などの一部の特殊な添加剤は、その相変化強化効果により、高温で相変化を起こし、熱応力を吸収することができ、それによって材料の耐熱衝撃性がさらに向上します。

複合材料の設計は、不定形耐火材料の耐熱衝撃性を向上させるもう 1 つの効果的な方法です。熱膨張係数を適切に一致させるためにマトリックスと強化材の材料を慎重に選択することにより、界面での熱応力を効果的に軽減し、複合材料の耐熱衝撃性を向上させることができます。例えば、酸化アルミニウムとジルコニアを組み合わせると、耐熱衝撃性に優れた複合材料を形成できます。同時に、耐火物キャスタブルに鋼繊維や耐火物繊維を添加するなどの繊維強化技術を使用すると、材料の靭性と耐亀裂性が大幅に向上し、耐熱衝撃性がさらに向上します。