Giáo trình Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 4: Vật liệu gốm cách nhiệt

bọt kỹ thuật nhưng không có cốt liệu rỗng... Sau đó được đưa đi sấy và nung để ổn định cấu trúc.  Vật liệu gốm cách nhiệt là loại vật liệu cách nhiệt ở nhiệt độ cao, nên chúng thường được sử dụng để cách nhiệt và bảo vệ lò nung, buồng đốt, các thiết bị làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao. II. Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:  1. Diatomite và trepen:  Trong chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt, loại nguyên liệu thường hay sử dụng đó là diatomite và trepen.  Diatomite chủ yếu được tạo thành từ xác của tảo diatomite và có lẫn các tạp chất từ khoáng sét hạt mịn, có nhiệt độ nóng chảy lên đến 1700oC và độ rỗng khoảng 80 ÷ 85%. II. Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:  Trepen có thể được tạo thành từ sự tích tụ xác của một phần tảo diatomite và phần còn lại là của các loại sinh vật khác sống trong nước biển hay từ các khoáng vật vô cơ như opal, chanxedon... Có công thức chung là mSiO2.nH2O. II. Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:  Thành phần hóa học của diatomite và trepen:  SiO2: 74,1 ÷ 92,5% Al2O3: 1,5 ÷ 11,3%  CaO: 0,52 ÷ 2,1% Fe2O3: 0,4 ÷ 5,5%  MgO: 0,2 ÷ 1,0% MKN: 4,3 ÷ 10%  Nhận xét: diatomite và trepen có lượng mất khi nung khá lớn, nhờ vật mà phối liệu có chứa diatomite và trepen sau khi nung có độ rỗng xốp khá cao. II. Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:  2. Đất sét:  Đất sét là một loại đá trầm tích cơ học hạt mịn, hợp thành từ các phần tử khoáng dẻo có kích thước 0,01 ÷ 1 μm. Theo thành phần khoáng vật, đất sét gồm các khoáng dẻo alumo silicat ngậm nước (công thức chung là mAl2O3.nSiO2.pH2O) và các tạp chất vô cơ, hữu cơ. II. Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:  Trong đất sét, các hạt sét thường có kích thước như trên (0,01 ÷ 1 μm), còn các hạt có kích thước lớn hơn, hạt thô hơn từ 2μm trở lên không phải là sét mà là các tạp chất.  Đất sét được phân thành 3 loại dựa vào nhiệt độ chịu lửa:  Đất sét dễ chảy: có nhiệt độ chịu lửa < 1250oC  Đất sét khó chảy: có nhiệt độ chịu lửa 1300 ÷ 1500oC  Đất sét chịu lửa: có nhiệt độ chịu lửa > 1500oC II. Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:  3. Phụ gia cháy:  Loại phụ gia cháy được sử dụng phổ biến nhất là than đá nghiền mịn (mạt than antraxit hay than cốc), mùn cưa hoặc đôi khi có thể sử dụng licnhin (phế thải của công nghiệp sản xuất giấy).  Lưu ý: trong quá trình sản xuất loại vật liệu cách nhiệt được tạo rỗng theo phương pháp dùng phụ gia cháy thì ở giai đoạn đầu của quá trình nung sản phẩm cần thực hiện trong môi trường oxi hóa. II. Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:  4. Sa mốt nghiền:  Trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt, sa mốt nghiền đóng vai trò là phụ gia gầy có tác dụng giảm độ co khi phơi sấy và nung.  Sa mốt nghiền khi sử dụng phải có độ nghiền mịn nằm trong khoảng 3400 ÷ 3900 cm2/g (xác định theo phương pháp đo tỷ diện tích bề mặt); khối lượng thể tích đổ đống khoảng 1150 ÷ 1200 kg/m3. II. Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:  5. Chất tạo bọt:  Trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt nếu sản phẩm được tạo rỗng theo phương pháp tạo bọt thì ta có thể dùng một số loại chất tạo bọt như sau: chất tạo bọt xà phòng – keo nhựa thông, nhựa saponin, huyết thủy phân... III. Một số phương pháp tạo rỗng có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:  Tùy theo phương pháp chuẩn bị phối liệu, thành hình sản phẩm (phương pháp ướt, phương pháp dẻo hay phương pháp bán khô) mà vật liệu gốm cách nhiệt có thể được tạo rỗng theo một trong các phương pháp dưới đây.  1. Phương pháp tách chất tạo rỗng:  2. Phương pháp tạo bọt: III. Một số phương pháp tạo rỗng có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:  1. Phương pháp tách chất tạo rỗng: trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt dùng phương pháp tách chất tạo rỗng bao gồm một số dạng như sau:  a. Phương pháp tăng lượng nước nhào trộn:  Theo phương pháp này độ rỗng được tạo ra do nước bay hơi để lại các lỗ rỗng. III. Một số phương pháp tạo rỗng có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:  Vật liệu gốm cách nhiệt tạo rỗng theo phương pháp này có độ rỗng rất thấp nên phương pháp này rất ít khi được sử dụng, tuy nhiên có thể dùng kết hợp phương pháp này với các phương pháp khác để làm tăng một phần độ rỗng của sản phẩm.  Ví dụ phối liệu thành hình khi chuẩn bị theo phương pháp ướt thường chứa một lượng nước rất lớn (w = 35 ÷ 40%). III. Một số phương pháp tạo rỗng có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:  b. Phương pháp dùng phụ gia cháy:  Trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt, đây là phương pháp tạo rỗng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, vì khi sử dụng phương pháp tạo rỗng này cho phép sử dụng được phương pháp tạo hình sản phẩm từ phối liệu có độ ẩm thấp, đó là phương pháp tạo hình dẻo hay phương pháp tạo hình ép bán khô. III. Một số phương pháp tạo rỗng có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:  2. Phương pháp tạo bọt:  Trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt ta cũng có thể sử dụng phương pháp tạo rỗng cho sản phẩm là phương pháp tạo bọt.  Theo phương pháp này phụ gia tạo bọt được đưa vào trộn trực tiếp với hỗn hợp tạo hình lỏng hay có thể trộn hỗn hợp tạo hình lỏng này với bọt đã được chuẩn bị trước tạo ra hỗn hợp xốp có độ rỗng xác định. III. Một số phương pháp tạo rỗng có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:  Nhận xét: hiệu quả tạo rỗng của phương pháp tạo bọt dùng trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt cũng không cao, tuy nhiên ta có thể dùng kết hợp phương pháp này với các phương pháp tạo rỗng khác để làm tăng một phần độ rỗng cho sản phẩm.  Ví dụ có thể dùng kết hợp phương pháp tạo bọt với phương pháp tăng lượng nước nhào trộn (hỗn hợp tạo hình được chuẩn bị theo phương pháp ướt có độ ẩm rất cao w = 35 ÷ 40%). IV. Các quá trình hóa lý diễn ra khi nung:  Khi nung khối ceramic thì quá trình nung diễn ra chủ yếu là quá trình thiêu kết, nhờ đó các thành phần nguyên vật liệu ban đầu quyện chặt với nhau và biến thành dạng đá.  (có thể xem lại phần “Quá trình hóa lý diễn ra khi nung” ở Chương 3 – môn Vật liệu xây dựng hoặc môn Công nghệ gốm xây dựng). V. Công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:  1. Công nghệ sản xuất sản phẩm cách nhiệt diatomite (D): Công nghệ sản xuất sản phẩm cách nhiệt diatomite nung sử dụng phụ gia cháy tạo rỗng được thực hiện theo trình tự dưới đây.  Diatomite sau khi sấy, được nghiền mịn và trộn với phụ gia cháy tạo rỗng (loại phụ gia cháy được sử dụng trong trường hợp này là mùn cưa) => trộn khô được hỗn hợp A. V. Công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:  Hỗn hợp A sau đó được làm ẩm, bằng cách cho nước vào và trộn ẩm => được hỗn hợp B.  Hỗn hợp B sau đó được cho vào máy ép lento để tạo hình sản phẩm => được bán thành phẩm C (hay sản phẩm mộc).  Bán thành phẩm C sau đó được sấy và nung tạo thành sản phẩm cách nhiệt diatomite nung D. V. Công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:  Trong quá trình nung, phụ gia cháy tạo rỗng là mùn cưa sẽ bị cháy tạo ra cấu trúc rỗng, đồng thời lượng mất khi nung (4,3 ÷ 10%) của diatomite cũng góp phần tạo ra cấu trúc rỗng cho sản phẩm, còn phần rắn của diatomite bị thiêu kết tạo cường độ cần thiết cho sản phẩm.  Tính chất của một số sản phẩm gốm cách nhiệt diatomite nung sử dụng phụ gia cháy tạo rỗng (mùn cưa) được trình bày trong bảng sau:  Ghi chú: D là kí hiệu cho sản phẩm gốm cách nhiệt diatomite nung. Mác sản phẩm (theo khối lượng thể tích) Khối lượng thể tích trung bình (kg/m3) Cường độ nén (Mpa) Độ dẫn nhiệt (w/m.oC) Đo ở 25oC Đo ở 350oC D – 500 420 ÷ 525 0,6 0,116 0,186 D – 600 525 ÷ 630 0,6 0,139 0,209 V. Công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:  2. Công nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa nhẹ sa mốt:  Thành phần phối liệu để sản xuất vật liệu chịu lửa nhẹ sa mốt theo phương pháp tạo bọt kết hợp phương pháp tăng lượng nước nhào trộn gồm có:  Đất sét chịu lửa: 15 ÷ 20%  Sa mốt nghiền: 80 ÷ 85%  Chất tạo bọt: 1,5 ÷ 1,7%  Độ ẩm của khối ceramic đã tạo bọt: 35 ÷ 37%  Độ nghiền mịn của phối liệu thành hình sản phẩm sa mốt nhẹ loại B khoảng 5500 ÷ 6000 cm2/g.  Tính chất của sản phẩm gốm cách nhiệt sa mốt nhẹ loại B được tạo rỗng theo phương pháp tạo bọt kết hợp phương pháp tăng lượng nước nhào trộn được trình bày trong bảng sau: Khối lượng thể tích trung bình (kg/m3) Cường độ nén (Mpa) Độ chịu lửa (oC) Độ dẫn nhiệt (w/m.oC) Độ bền nhiệt (số lần) Đo ở 350oC Đo ở 850oC 400 ÷ 600 2 ÷ 2,5 1680oC 0,545 2 ÷ 3 Theo độ chịu lửa, vật liệu chịu lửa nhẹ sa mốt được phân thành các loại như sau: Loại Độ chịu lửa (oC) Hàm lượng Al2O3 (%) O 1750 40 ÷ 45 A 1730 38 ÷ 42 B 1670 32 ÷ 38 C 1580 30 ÷ 34 CÂU HỎI LT CHƯƠNG 4: