Pengaruh desain material terhadap ketahanan guncangan termal dari refraktori monolitik

Dalam aplikasi industri suhu tinggi, refraktori monolitik memainkan peran penting. Bahan jenis ini tidak hanya harus tahan terhadap suhu yang sangat tinggi, tetapi juga harus menjaga integritas struktural dan stabilitas kinerja selama perubahan suhu yang drastis, terutama dalam hal ketahanan terhadap guncangan termal. Desain material adalah penghubung utama dalam meningkatkan ketahanan guncangan termal dari material tahan api yang tidak berbentuk. Dampaknya luas dan kompleks serta melibatkan banyak aspek.

Pertama-tama, pemilihan bahan merupakan dasar desain material dan secara langsung mempengaruhi ketahanan guncangan termal dari bahan tahan api monomorf. Aluminium oksida (Al2O3) telah menjadi salah satu komponen utama bahan tahan api amorf karena titik lelehnya yang tinggi, kekerasannya yang tinggi, dan stabilitas kimia yang sangat baik. Penelitian menunjukkan bahwa penyesuaian kandungan dan bentuk kristal Al2O3 dapat secara signifikan mempengaruhi koefisien muai panas, konduktivitas termal, dan modulus elastisitas material, sehingga secara langsung mempengaruhi ketahanan guncangan termal. Selain itu, pemilihan bahan baku seperti silikon dan magnesia juga perlu dipertimbangkan secara komprehensif berdasarkan skenario aplikasi tertentu untuk mencapai efek ketahanan guncangan termal terbaik.

Pengendalian struktur mikro merupakan salah satu faktor kunci yang menentukan sifat material. Untuk bahan tahan api yang tidak berbentuk, karakteristik mikrostruktur seperti ukuran butir, porositas dan distribusi pori mempunyai pengaruh penting terhadap ketahanan guncangan termalnya. Dengan mengoptimalkan proses sintering, seperti mengatur suhu sintering, waktu penahanan dan kondisi atmosfer, pertumbuhan butiran dapat dikontrol secara efektif, membentuk struktur butiran yang seragam dan halus, mengurangi cacat internal, sehingga meningkatkan ketangguhan dan ketahanan retak material. . Pada saat yang sama, jumlah porositas yang tepat dapat mengurangi tekanan termal, karena pori-pori dapat berfungsi sebagai saluran pelepasan tegangan dan mengurangi konsentrasi tekanan termal yang disebabkan oleh perubahan suhu.

Pengenalan aditif juga dapat secara signifikan meningkatkan ketahanan guncangan termal dari bahan tahan api monolitik. Misalnya, nanopartikel, karena luas permukaan dan aktivitas spesifiknya yang tinggi, dapat membentuk struktur antarmuka berskala nano dalam material, sehingga meningkatkan kekuatan material secara keseluruhan. Serat keramik dapat meningkatkan ketangguhan material dan mengurangi kerusakan material akibat tekanan termal. Selain itu, beberapa aditif khusus, seperti zirkonium oksida (ZrO2), karena efek pengerasan perubahan fasa, dapat mengalami perubahan fasa pada suhu tinggi dan menyerap tekanan termal, sehingga semakin meningkatkan ketahanan guncangan termal material.

Desain material komposit adalah cara efektif lainnya untuk meningkatkan ketahanan guncangan termal dari material tahan api yang tidak berbentuk. Dengan memilih bahan matriks dan tulangan secara hati-hati untuk mencapai kecocokan koefisien ekspansi termal, tekanan termal pada antarmuka dapat dikurangi secara efektif dan ketahanan guncangan termal dari material komposit ditingkatkan. Misalnya, menggabungkan aluminium oksida dengan zirkonia dapat membentuk material komposit dengan ketahanan guncangan termal yang sangat baik. Pada saat yang sama, penggunaan teknologi penguatan serat, seperti menambahkan serat baja atau serat tahan api ke bahan tahan api, dapat secara signifikan meningkatkan ketangguhan dan ketahanan retak material, dan selanjutnya meningkatkan ketahanan guncangan termal.