Bài giảng Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 4: Vật liệu gốm cách nhiệt

Bài giảng Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 4: Vật liệu gốm cách nhiệt tìm hiểu về nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt; một số phương pháp tạo rỗng có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt; các quá trình hóa lý diễn ra khi nung; công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt.

Chương 4: Vật liệu gốm cách nhiệt

I Giới thiệu chung:

II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu GCN:

III Một số phương pháp tạo rỗng có thể sử

dụng trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:

IV Các quá trình hóa lý diễn ra khi nung:

V Công nghệ sản xuất vật liệu GCN:

I Giới thiệu chung:

 Vật liệu gốm cách nhiệt là loại vật liệu được tạo thành từ khối ceramic có chứa phụ gia cháy (than nghiền, mùn cưa), cốt liệu rỗng (peclit – có thể có hoặc không) hay từ khối ceramic đã được tạo rỗng bởi 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, loạinguyên liệu thường hay sử dụng đó làdiatomite và trepen

 Diatomite chủ yếu được tạo thành từ xác củatảo diatomite và có lẫn các tạp chất từ khoángsét 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 xáccủa một phần tảo diatomite và phần còn lại làcủa các loại sinh vật khác sống trong nướcbiển hay từ các khoáng vật vô cơ như opal,chanxedon Có công thức chung làmSiO2.nH2O

II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm

II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm

cách nhiệt:

 2 Đất sét:

 Đất sét là một loại đá trầm tích cơ học hạtmịn, hợp thành từ các phần tử khoáng dẻo cókích thước 0,01 ÷ 1 μm

 Theo thành phần khoáng vật, đất sét gồm các khoáng dẻo alumo silicat ngậm

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 mốtnghiền đóng vai trò là phụ gia gầy có tác dụnggiảm độ co khi phơi sấy và nung

 Sa mốt nghiền khi sử dụng phải có độ nghiềnmịn nằm trong khoảng 3400 ÷ 3900 cm2/g (xácđịnh 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 sảnphẩm được tạo rỗng theo phương pháp tạo bọtthì ta có thể dùng một số loại chất tạo bọt nhưsau: 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 cácthành phần nguyên vật liệu ban đầu quyện chặtvới 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 nhiệtdiatomite (D): Công nghệ sản xuất sản phẩmcách nhiệt diatomite nung sử dụng phụ gia cháytạo rỗng được thực hiện theo trình tự dưới đây

 Diatomite sau khi sấy, được nghiền mịn và trộnvới phụ gia cháy tạo rỗng (loại phụ gia cháyđược sử dụng trong trường hợp này là mùn cưa)

=> trộn khô được hỗn hợp A

V Công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách

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.

Cường độ nén (Mpa)

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%

 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:

Độ chịu lửa ( o C)

Độ dẫn nhiệt (w/m. o C)

Độ bền nhiệt (số lần)

Theo độ chịu lửa, vật liệu chịu lửa nhẹ sa mốt đượcphân thành các loại như sau:

CÂU HỎI LT CHƯƠNG 4:

