Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất Gốm Bền Cơ Và Sốc Nhiệt Cho Lò Nung Siêu Cao Tần Nhiệt Độ Cao.docx

BỘCƠNGTHƯƠNG
VIỆNNCSÀNH SỨTHUỶTINH CƠNG NGHIỆP

BÁO CÁOTỔNGKẾTĐỀTÀICẤP BỘ
NGHIÊNCỨUCƠNGNGHỆSẢNXUẤT
GỐMBỀNCƠVÀSỐCNHIỆT CHO LỊ NUNG SIÊUCAO
TẦNNHIỆTĐỘNGCAO
Chủnhiệmđềtài:

NGUYỄNTIẾNĐIỆP

7292
15/4/2009

HÀNỘI-2009


MỞðẦU
Sảnphẩmg ốmb ềns ốcnhiệtsửdụngchol ị nungsiêucaotầnl à vậtl i ệugốmkỹ
thuậtcao.Khácvớicácvậtliệubềnsốcnhiệttheodạngbứcxạ,truyềndẫnnhiệtthơngt
hường,nóphảilàmviệctrongmơitrườnglịsiêucaot ầnnhiệtđộcaol à m v i ệctrongm
0

0

ơitrườngs ốcnhiệtrấtcaot ừ400 Clên1200 Ctrongvong10giây.Nênv ậtliệug ốmkỹ
thuậtsửdụngc h o lịcaot ầnucầuchấtlượngvàđộbềnđặcbiệt.
Việclựachọnhệvậtliệuphụthuộcvàotừngmụcđíchcụthểvànhiệtđ ộ làmviệ
0

ccủalị.ðốivớilịcaotầnnấuchảyhợpkimmầu,ởkhoảngnhiệtđ ộ 1250 Chệvậtliệut

hườngsửdụngtrênnềnhệgốcchứamullitecordierite,corund,quartz,spodumene,a l u m i n u m t i t a n a t e hoặczirconiaổnñ
ịnh.Ở nhữngứ ngdụngtạid ảinhiệtñ ộ caohơn,thơngthườngcách ệvậtl i ệunhưsilico
ncarbide,nitridereinforcedđượcsửdụnglàmhệvậtliệugốc.
D ặ ctínhsiêubềnc ơnhiệtc ủahệvậtl i ệunày,v i ệcnghiêncứulýthuyếthiệnv
ẫncịnđangrấtnhiềut r a n h cãi.Vềmặtc ơ n g nghệ,v i ệct r i ểnk h a i s ảnx u ấtvớisốl
ượnglớnđịihỏiquymơv à t r ì n h ñộphátt r i ểncôngn g h ệcao.Tạimộtsốtrungt â m c
ô n g nghệv ậtliệuViệtnam,h i ệncũngcómộtsốđềtàinghiêncứumangtínhhọcthuậtv
à cơngn g h ện g h i ê n cứuv ềmảngđềtàinày.Tuynhiên,kếtquảchỉdừnglạiởdạngvật
liệumàchưacónhiềuứngdụngvàocácsảnphẩmvàđiềukiệnlàmviệccụthể.Hiệnnay
,sảnp h ẩmvàc á c c hi tiếts ửdụngvậtliệudạngnàyvẫnphảinhậpngoạivớichip h í gi
áthànhrấtcaovàkhơngchủđộngvềthờigian.
Việctậptrungnghiêncứuhệvậtliệubềnsốcnhiệthiệnnaykhơngchỉlàvấnđ ề mangtín
hh ọct h u ậtvàcơngnghệmớihiệnđ angđươct h ếgiớiđ ặ cbiệtq u a n t â m màc ị n góp
phầnxâydựngcơngn g h ệsảnxuấtvớitrìnhđ ộ cao,đápứngnhucầusửdụngcácchitiế
tsảnphẩmgốmkỹthuậtchấtlượngcaoc ủacáccơsởsảnxuấttrongnước.

1


Nắmbắtnhucầucấpthiếttừthựctếsảnxuấtsảnphẩmhợpkimchếtáckimloạiqu
ýchếtácđồtrangsứcbằngvàngbạcvàcáckimloạimàukhác,s ảnxuấtchitiếtvàsản
phẩmrănggiảtrongy họctừhợpkimđặcbiệtbằngcơngnghệnungsiêucaotần,nhó
mthựchiệnđềtàiđãkhảosátnhucầuhiệnnayc ủac á c n h à s ảnx u ấttrongnướcv ềv i
ệcsảnxuấtnhằmthaythếmộtphần,tiếntớithaythếhồntồnsảnphẩmchénnunggốm
siêubềnsốcnhiệthiệnđangđượcsửdụng.
Cơngng h ệnấuc h ảyhợpk i m s ửdụnglịn u n g siêucaotầnthựct ếđ ãchứngmi
nhhiệuquảrấttolớnvềnăngsuất,chấtlượngsảnphẩm.Tuynhiênchénnung sửdụngt
rongqtrìnhnấuch ảyhợpkimlạiđịihỏimộth ệvậtl i ệuvớicácchỉsốcơlýđặcbiệtc
ao.Thờigiannấuchảykimloạithựctếchỉdiễnratrongvàiphút,thêmvàó,hệhợpk
imnóngchảynhiệtđộcaocịncóđ ặ ctínhănmịnv à t h ẩmthấurấtmạnh.Trongđiều

kiệnl à m v i ệck h ắcnghiệtđó,hệvậtliệulựachọnchếtạochénnungkhơngchỉđịihỏi
đặctínhsiêubềnsốcnhiệt,nócịnđịihỏichỉsốbềncơ,b ềnhóa,chốngănmịnvà t h ẩm
thấukimloạinóngchảyrấtcao.
ViệnNghiêncứus à n h s ứT h ủytinhCơngnghiệpđ ãđăngkývớiBộCơngThư
ơngđềtài:“Nghiêncứucơngnghệsảnxuấtgốmbềncơvàsốcnhiệtcholịnungsiê
ucaotầnnhiệtđộcao”
Hợpđồngthựchiệnđềtàikhoahọccơngnghệsố64-08/RD/HðKHKTKýgiữaBộCơngThươngvàViệnNghiêncứuSànhsứThủytinhCơng
nghiệpngày25tháng01năm2008.


Mụctiêucủềtài:
 Nghiêncứu,địnhhướngvàlựachọnhệvậtliệugốmchịulửabềnsốcnhiệtsửdụ
nglàmchénnungcholịsiêucaotầnvàcácứngdụngsốcnhiệtcao,làmv i ệctro
ngmơitrườngkimloạinóngc h ảyă nmịnv à t h ẩmthấumạnh.
 Xâyd ựngq u y t r ì n h cơngnghệhồnthiệnsảnx u ấts ảnphẩmc h é n nungb
ềnsốcnhiệt,làm việctạinhiệtđộcao.
 Sảnxuấtthửnghiệm1000chénnung,thửnghiệm tạithựctếsảnxuất.
Nộidungnghiêncứu:
 Nghiêncứusửdụngcácnguồnngunliệuvàphốitrộnchoviệctổnghợpvậtli
ệugốmbềnsốcnhiệt.
 Xácđịnhcấpphốitốiưu,đánhgiákhảnăngbềnnhiệt,vàtăngcườngt u ổithọvật
liệutrongmơitrườngsốcnhiệtkhắcnghiệt.
 Nghiêncứucơngnghệvàquyt r ì n h sảnxuấtp h ù hợpv ớiđiềukiệnthựctế.
 ðánhgiácácthơngsốvàđặctínhkỹthuậtcủavậtliệu.
 Tổchứcsảnxuấtthửnghiệm1000sảnphẩm.
 Thửnghiệmthựctếsảnxuấtvàsosánhvớisảnphẩmnhậpngoại.


PHẦNI:CƠSỞLÝTHUYẾT
Vậtliệugốmbềnnhiệtcóvaitrịđặcbiệtquantrọngkhơngdễgìth a y t h ếv à đư

ợcứngd ụngrộngr ã i trongmọin g à n h cơngnghiệpnhiệtđ ộ cao.V i ệcnghiêncứuv
àứngdụngđãđượctiếnhànhtrongnhiềunămvàthượcnhữngthànhtựutolớn.Tùyt
heomụcđíchvàucầucụthể,rấtnhiềuhệvậtl i ệugốmbềnnhiệtđãđượctậptrungngh
iêncứupháttriểncảtrongnướcvàtrênthếgiới.
Vềmặtl ý thuyết,h ệv ậtliệubềnnhiệtđ ư ợ ctổnghợpd ựatrêncơs ởthànhp h ần
chínhcủaphag ốmcóhệsốdãnnởnhiệtrấtthấp,cấutrúctinht h ếổnđịnhvàxếpchặt.
Qtrìnhchuyểnp h a thùhìnhvàbiếnđổithểtíchnếuc ó xảyrakhidaộngnhiệtđộk
hơngtạonê n ứngsuấtpháhủysựổ nđịnhcủatồnhệthống.Mộtkhíacạnhkháccũng
đượctậptrungnghiêncứuchunsâu,đólàhàmlượngvàđộnhớtphalỏngtrongcấutr
úcvậtliệubềns ốcnhiệtkhilàmviệctạinhiệtđộcaocũngảnhhưởngrấtlớnđếnkhảnă
ngchốnglạisựpháhủydosốcnhiệt.Cấutrúcvàliênkếtbiêntinhthếcủavậtl i ệucũng
làyếutốcóảnhhưởngđángkểđếntínhbềnnhiệtcủavậtliệu.

1. ðặcđiểmcủamộtsốhệvậtliệugốmbềnsốcnhiệt:
1.1. HệvậtliệubềnnhiệtcordieriteMg2Al4Si5O18:[1],[2]
Cordieritelà mộthệvậtliệubềnnhiệttruyềnt h ốngđ iểnhìnhvàđượcứngd ụngr
ộngrãihiệnnaytrongcơngnghiệpsảnxuấtg ốms ứv à cácứngdụngnhiệtđộcao.Thà
nhphầnphachủyếucủahệvậtliệunàylàcordierite c ó hệsốgiãnnởnhiệtrấtthấp,n
-60

ằmtrongkhoảng3.10 K
1

-

.Dohệsốdãnn ởnhiệtthấp,cườngđộkhángnéntươngđốicao,mứcđộổnđịnhvàant
0

ồntrongdảinhiệtđộlàmviệcdưới1360 Ckhátốtnênhệvậtliệunàượcứngdụngrấ
trộngrãitrongcơngnghiệpnhiệt,đặcbiệtcơngnghiệpsảnxuấtvậtl i ệugốmsứlà m t

ấmkê,trụđỡ,baonungsảnphẩm...Nhượcđiểmlớnnhấthạnchếkhảnăngtổnghợpvà
ứngdụnghệvậtliệunàylàđộchịulửakhơng


cao.Mặtkhác,qtrìnhtổnghợpvậtliệukhákhókhăndokhoảngkếtkhốic ủacordi
eriterấthẹp.
Rấtnhiềucơngtrìnhnghiêncứucơngph ư ợ ctiếnh à n h n h ằmt ăngcườngkh
ảnăngứngdụngcủacordieriteở nhiệtđộcao,cũngnhưtậptrungvàoviệcdãndàikhoả
ngkếtkhốicủavậtliệu.Nhữngcơngtrìnhnghiêncứ ạ tđượcthànhtựángkểnhấtđ
ềutậptrungvàoviệctổhợpcordieritevớithànhphầnphatinht h ểchịul ửacócườngđộ
c ơhọccaonhưmullitehoặccorund.
Vậtliệutổh ợpmullitecordieritethừahưởnghệsốdãnn ởnhiệtthấpc ủacordierite,kếthợpvớicườngđộcơh
ọcvàđộchịulửacaocủaphatinht h ểmullitãmởramộthướngứngdụngmớichovật
liệugốmbềnsốcnhiệttrêncơsởsửdụngcordierite.Sảnphẩmthươngphẩmhiệnnayt
rênthếgiớiđ asốđềudựatrêntổhợpnày.
Ngồira,ảnhhưởngcủaphụgiazirconcótrongthànhphầnp h a cũngc ó tácdụn
gtíchcựcnhằm dãndàikhoảngkếtkhốicủavậtliệu.
1.2. HệvậtliệubềnnhiệtaluminumtitanateAl2TiO5:[3],[4]
Aluminumtitanate(Alutit)đượ cbiếtđếnnhưhệvậtliệug ốmcấutrúcsiêubề
ncơvàsốcnhiệt.Hệvậtliệunàượcpháttriểnvàokhoảngnhữngnăm60thếkỷtrướ
cd o địih ỏithếhệvậtl i ệumớic h o ngànhcơngnghiệpkhơnggianvũtrụvàsảnxuấtđộ
ngcơđốttrong.Tu y nhiên,dovướngphảinhữngràocảngâyrabởicấutrúckhơngổnđị
nhcủakhốngtitanate,hệvậtl i ệunàynhanhchóngbịqnlãng.Vàonhữngnămđầu9
0thếkỷtrước,mộts ốnghiêncứucơbảntậptrungvàoviệcnghiêncứuvicấutrúcphati
nhthể.ðãchỉrặctínhdãnn ởdịhướngcủaalutitđãgợimởnhiềuhướngđiđầytriểnv
ọngchoviệcứngdụnghệvậtliệunày.
-60

Alutitcóhệsốdãnnởnhiệtkhánhỏ,nằmtrongkhoảng6,0.10 K
1

-

vàc ó cườngđộcơhọccaoổnđịnhởnhiệtđộthườngvớigiớihạnchịunéndaộngtừ1

550-2000kg/cm

2tùy

theohàmlượngvàtỷlệalutit-

mullitecótrongv ậtliệu.Ởnhiệtđộcao,dotínhdãnnởnhiệtbấtđẳnghướng,vậtliệa
pha


tinhthểalutitcóđặctínhtăngbềndohìnhthànhhiệuứngphátsinhứngsuấtnéndọctrụct
inhthể.ðặctínhnàymanglạichoalutitđộbềncơhọcđặcbiệtcaotrongdảinhiệtđộdướ
0

i1550 C.
0

Cónghiêncứuchỉrarằngởnhiệtđộtrên1550 C.Hiệntượngdãnnởdịhướngnàyl
ạigâynênsựbấtổnđịnhtrongcấutrúcvitinhthểcủaalutitvàkhiếnchocấutrúccủanó
0

khơngđượcxếpchặt.Mặcdù,độchịulửacủahệv ậtliệukhácaovànằmtrên1760 C,n
hưngvớitầnsuấtbiếnthiênnhiệtđộh ệvậtliệunàycóxuhướngsuygiảmnghiê mtr ọ
0

ngcườngđ ộ ,d ẫnt ớipháh ủyvậtliệutạikhuvựcnhiệtđộcaotrên1650 C.
Ngồiviệcalutitcóhệsốgiãnnởnhiệtthấp,khảnăngtăngbềncấutrúcv à làmviệ
0

cổnđịnhtrongdảinhiệtđộdưới1550 C,nócịnlàmộthệvậtliệ ặ cbiệt.Dặctínht
hấmướtrấtthấpkimloạilỏngkhơngchứasắtkhilàmviệcởnhiệtđộcao,cùngvớimodu
lebiếndạngdẻotươngđốithấp,alutitrấtthíchhợpchocácứngdụngtrongngànhcơngn
ghiệpluyệnkimmầu.

1.3. HệvậtliệuzirconiaổnđịnhZrO2.[5],[6]
0

Zirconiacónhiệtđộnóngchảyrấtcaotrên2700 Cvàđộdẫnnhiệtthấp.Tuynhiên
,docấutrúctinhthếcótínhb i ếnđổip h a thùhìnhk h i t h a y ñ ổ inhiệtñộ ,d ẫnñếngiới
hạnk h ảnăngứngdụngc ủahệvậtliệug ốmzirconiatrongcơngnghiệpg ốms ứv à nh
iệtđộcao.Zirconiacób a dạngthùhìnhchính:Dạngđơntàtồntạitrongkhoảngnhiệtđộ
0

dưới1170 C;trongkhoảng11700

0

2370 Cd ạngt h ù hìnhchínhổ nđịnhl à dạngtứphương;trên2 3 7 0 Czirconinachuy
ểnquacấutrúcphatinhthểlậpphươngcổnđịnh.
Trongq trìnhgianhiệt,zirconiat h a m giaq trìnhb i ếnđổiphat hù hình.Ở
0

nhiệtđộdưới1170 C,thànhphầnphacấutrúccủazirconialàdạngđơntà.Qtrìnhchu
yểnp h a t ừdạngđơntàsangd ạngtứphươngk h i gianhiệtbiếnñ ổ irấtnhanhkèmt h e
o t h a y ñổithểt í c h từ3 5 % gâyn ê n h i ệntượngpháhủộtngộtcấutrúctồnhệthốngcủavậtliệu.ðặctính

biếnđổi


thùhìnhn à y l à m c h o v ậtliệug ốmtrênc ơsởh ệthuầnzirconiakhơngc ị n
ứngdụngthựctiễn.
ðểổ nđịnhcấutrúctinhthểtrongqtrìnhlàmnguội,mộtsốphụgi ư ợ csửdụn
gnhằmhạnchếsựchuyểnphơntà–
tứphương.Cácphụgiaổ nđịnhhiệuquảthơngthườngđượ csửdụngbaogồmMgO,
CaOvàY2O3.Vớilượngphụgiathíchhợp,cấutrúcphaổnđịnhlậpphươngvàtứphươ
ngđ ư ợ cduytrìtronghệvậtliệukhiđốtnónghoặclàmnguội.Vềcơngnghệ,hệv ậtliệ
uzirconiacóthểđượcđiềukhiểnổnđịnhđịnhhướngtheohaiphươngpháp:ổnđịnhtừn
gphầnhoặcổnđịnhtồnphần.
Zirconiaổnđịnhtừngphần(PSZ)cócấutrúctổhợpđaphatinhthểthùhìnhzircon
ia.Vớilượngp h ụgiaổ nđịnhđ ư avàothànhphầnphacấutrúcc ủazirconiachuyểnph
0

adạngtứphươngởnhiệtđộtrên1170 Ckếthợpvớip h a tinhthểdạnglậpphương.Th
ơngthường,lượngphụgiaổnđịnhsửdụngkhoảng8%molMgO,8%molCaO,34%molY2O3tạon ê n h ệvậtliệuổ nđịnh.PSZđượcsửdụngrộngrãitrongcácngànhc
ơngnhiệpnhiệt,đặ cbiệttrongnhữngkhu vựcđịih ỏinhiệtđộcao,kh ắcnghiệt.Vớih
ệsốdẫnnhiệtnhỏ,nhiệtđộnóngchảycao,hệvậtliệuchuyểnphatăngbềnổnđịnhzircon
0

iac ó thểlàmviệcliêntụctrongmơitrườngtrungtínhhoặcoxyhóatới2200 C.Zirconi
acókhảnăngthấmướtrấtítđốivớinhiềukim
loạinóngchảy,độbềnh ó a v à b ềnx ỉcao,dó,nól à mộttrongnhữngh ệv ậtliệul ý t
ưởngứngdụngtrongcơngnghiệpluyệnkim.
Vớitỷlệphụgiaổnđịnhchuyểnphathùhìnhchiếmtrên16%molMgO,16%mol
CaO,8%molY2O3cấutrúcphatinhthểzirconiachuyểnsangdungdịchrắndạnglậpph
ươngổnđịnhtồnphần.Ở cấutrúcnày,qtrìnhtha ổ inhiệtđ ộ h o à n tồnkhơng
0

dẫntớisựb i ếnđổiđ aphathùh ì n h chotới2500 Cvàđượcứ ngdụngrộngrãitrongc ơ
ng nghiệpsảnxu ấtvậtliệusiêudẫn,sensorvàpinnănglượng.


1.4. HệthủytinhbềnnhiệtthạchanhSiO2.[7],[8]
Thủyt i n h thạchanhñ ư ợ csảnx u ấtt ừcát,quartztinhthểh o ặcsilica(SiO2)nấ
0

uchảytronglịđiệnhồquangởnhiệtđộtrên1900 C.Tùytheoucầuvềđộsạch,thủyt
inhthạchanhđượcphânloạitheomụcđíchsửdụng:
Phânloại

SiO2[%]

Ứngdụng

FusedSilicaF

>99,99

Sensor,bándẫn,Si,…

usedQuartz

>99,50

Vậtliệuchịulửa,dụngcụbềnnhiệt,chấtđộn,...

Fusedquartz(FQ)cócấutrúcthủytinhvơđịnhhìnhđiểnhình.CấutrúcFQbaogồ

mliênkếtchéobachiềuởmứcđộrấtcaolàmchonócókhảnăngl à m việcổnđịnhở nhi
ệtđộcaovớiđộnhớtrấtcaovà ítthaổitrongdảinhiệtđộr ấtrộng.Ngồira,h ệs ốdãn
-60

n ởnhiệtr ấtthấp,nằmtrongkhoảng0,55.10 K
1

-

,FQlàmộttrongnhữngvậtliệubềnsốcnhiệtlýtưởng.Làmộtv ậtliệubềnhóa,FQhầu

nhưkhơngbịănmịnbởiacidvàcáchóachấtkhấtkhác.Cácchỉt i ê u tổnhaovàhằngs
ốđiệnmơicủaFQcũngrấtnhỏ.ðóchínhlàlýdotạisaoFQlàmộttrongnhữngvậtliệư
ợcứngdụngrộngrãitrongcơngnghiệpnấuchảykimloạibằngxungsiêucaotần.
Mặcdùởnhiệtđộthường,độcứngcủaFQkhácaovàcóxuhướngpháh ủy
giịnnhưcácvậtliệugốmhoặcthủytinhkhác.Tuynhiênởnhiệtđộcao,s ựhìnhthànhp
halỏng(biếnmềm)v ớiđ ộ nhớtcao,FQc ó x u hướngcảithiệnđángkểkhảnăngổnđịn
hvàtăngbềnsốcnhiệtcủavậtliệu.
Fusedquartzl à mộthệt h ủytinhñ ặ cbiệt,v ớiñ ộ tinhkhiếtcao,h à m lượngSiO
2> 99,5%FQlàmộttrongnhữngvậtliệuchịulửacóhệsốgiãnnởnhiệtthấpnhấttrongcá

chệvậtliệugốmvàthủytinh.Ởnhiệtđộthường,FQc ó đ ộ cứngk h á l ớntuynhiên,ở
nhiệtđ ộ c a o FQc ó đặctínhtươngt ựp h a t h ủytinhvớiñộnhớtcao.


0

0

SựbiếndạngcủaFQbắtđầuở1075 C(T g= 1075 C)vớiđộnhớt10

14,5PZ

hầunhưk

0

hơngnhỏhơnvậtliệutrạngtháirắn.Nhiệtđộbiếnmềmbắtđầut ừ1180 Cvớiđộnhớtsu
ygiảmkhơngđángkểxuống10

13,5PZ.

Theonhiềunghiêncứutuykhơngthốngnhấtvớ

iđiểmchảymềmcủaFQ,kéodàitrongkhoảng15000

1650 Cvớiđộ nhớttươngứngtrongkhoảng10

7,6PZ.

ðộnhớtnàytươngđươngvớiđộn
0

hớtcủathủytinhbềnnhiệtcaocấpkhinungnóngđến750 C.
Trongtồndảinhiệtđộtừ250

1730 Ccấutrúc FQkhơngxuấthi ệnbấtkỳs ựbiếnđổichuyểnp h a thùhình.ðộnhớtp
h a lỏngcaocũngl à ngunn h â n chínhkìmhãmsựpháttriểntinhthểvàchuyểnphat
0

hùhìnhcristobaliteở nhiệtđộtrên1000 C.Dó,FQlncócấutrúcvơđịnhhìnhổnđ
ịnhvớimỗichukỳđốtnóngvàlàmnguộikhắcnghiệt.
BiểồphacủaSiO2.


Bảng1:TínhchấtcơbảncủaFusedquartz

ðơnvị
Tínhchấtnhiệt
NhiệtđộchảyNhiệt

0

C

độbiếnmềmNhiệtđ

0

C

0

C

ộbiếndạngHệsốdãn
nởnhiệt

0

1730
1075
15505,5.10

-7

K-1

Tínhchấtcơhọc
ðộcứng

Mohr

Tỷtrọng

g/cm

2,203

ðộxốp

%

0

3

ðộbềnnén
ðộbềnuốn
cm

5,5-6,5

kg/

1,13.10

2kg/

500

4

cm2
Tínhchấtđiện
ðộb ềnđiệnHằngs

kv/

ốđiệnmơi

cmM
Hz

10

250-400
3,70

2. ðịnhhướngnghiên cứu:
Trêncơsởphântíchcácthơngsốkỹthuậtchénnungbềnnhiệtsửdụngcholịnung
chảyhợpkimsiêucaotần,thamkhảocácthơngsốkỹthuậtcủacáchãngsảnxuấtnư
ớcngồi,kếthợpvớithựctếsảnxuấtvàsửdụngchénnungtrongnước,nhómthựchiệnđ
ềtạirútramộtsốkếtluậnsơbộsau:
Quytrìnhlàmviệcđặctrưngcảulịnung,nấukimloạicaotầnlàđ ề ucóchu



kỳlàmviệcrấtnhanh,tốcđộnângvàhạnhiệtrấtnhanhlàmchovậtliệusửdụ
ngtronglịrấtdễbịpháhủydomứcđộsốcnhiệtkhắcnghiệt.ðườngcongnhi
etjlàmviệccảulịnungcaotầnc ủatrungtâmLABFOURDENTALnhưsa
u:
1400
1250

Nhietdo(C)

1200

1000

800
700
600

400

400

200

00
0

200

400

600

800

1000

1200

1400

t (s)



ðộxốpdaộngtrongkhoảng17-25%



Cườngđộcơhọccủavậtliệu≥70kg/cm



ðộbềnchịusốcnhiệtcảuchénnấutốithiểu:6chukỳsảnnấuchảykimloại



Nhiệtđộlàmviệccaonhất1100-1250 C.

0

2


Bảng2:Thànhphầnhóatiêubiểucủachénnungnhậpngoại:
SiO2

Al2O3 Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

ZrO2

TiO2

81,2

11,63

0,05

0,10

0,30

0,080

5,24

0,09

0,26

Sốliệuphântíchthànhphầnphịnhtínhx r a y mẫuc h é n n u n g nhậpngoạichothấy,t h à n h phầnphac h ủyếuc ủasảnphẩmlà
p h a v ơ địnhhình,cacphatinhthểxuấthiệnít.
Phântíchđịnhlượngthànhphầnhóachothấy,sảnphẩmchứachủyếuSiO2,mộ
tlượngđángkểAl2O3vàZrO2thamgiatrongthànhphầnvớimụcđíchtổnghợpđịnhhướn
gphatinhthểmullitetáikếttinh.
Biểồnhiễuxạxray,xuấthiệnrấtítdấuvếtcủaphatinhthể,điềóc ó t h ểk ếtluậnmộtc á c h s ơbộrằng
:hệv ậtliệusửdụngñ ể s ảnxuấtc h é n nungcholịnungsiêucaotầnđượcđitừngunli
ệuchínhlàthủytinhthạchanh,liênkếtg ốmgốcaluminasilicate.Dotỷl ệhàml ượngg
ốcaluminasilicatc ó trongthànhp h ầnvậtl i ệuk h á thấp,cộngt h ê m đ ộ nhớtp h a lỏ
ngt h ủytinhthạchanhrấtcaãhạnchếsựhìnhthànhtinhthểmullite,silimalie;hoặcn
ếucónóchỉtồntạidướidạngtếvi.
Nhưvậy,trongđiềukiềnlàmviệctạinhiệtđộcao,hệvậtliệutổnghợpchénnung
siêubềnsốcnhiệttrêncơsởthủytinhthạchanh(FQ)liênkếtgốma l u m i n u m silicat

ethừahưởnghệsốgiãnnởnhiệtrấtthấpcủaFQ.
Tạinhiệtđộlàmviệc,cấutrúchệvậtliệucóxuhướngbiếnmềmvớiđộnhớtcao,có
tácdụngchốnglạisựpháhủyvậtliệudosốcnhiệtvàdaộngxungcaotần.
Tậndụngnhữngư iểmqc ủaFQtrongviệcứ ngdụngh ệvậtliệunàytổnghợ
pvậtliệuchịubềnsốcnhiệtcholịnungsiwucaotần.Nhómthựchiệnđềtàitínht i á n sửd
ụngở mứctốiđ ah à m luợngFQtronghệv ậtliệu.G i ảmñ ế nmứctốithiểuluợngphụg
i a liênk ếtp h a g ốmt i n h t h ểthứsinhtrongqtrìnhtổnghợptáikếttinh.Nhằmmục
đíchnhậnđuợcmộthệvậtl i ệumớithừahuởngtốiđacácđặctínhcơnhiệtqbáucủa
FQ.


ðâyc ũngl à hướngt i ếpcậncủacáchãngcôngnghệtiêntiếnt r ê n thếgiớikhil ựa
chọnh ệv ậtliệut r ê n nềnFQc h o c á c ứngd ụngn h i ệtsửdụngxungcaotần.
SongsongvớiđịnhhướngnghiêncứusửdụngFQlàngunliệuchínhn h ằmph
áttriểnhệvậtliệusiêubềnsốcnhiệt.Nhómthựchiệnđềtàitiếptụcmởrộnghướngnghi
êncứốivớihệvậtliệucordieritevàalutit.Trongđó,cordieritev ốnl à hệv ậtliệub ền
s ốcnhiệtv ớih ệsốgiãnn ởnhiệtthấp,ổ nñịnhtrongd ảinhiệtñ ộ từ12000

1350 C.Ở v ù n g nhiệtñộcaohơntừ14000

1500 C,việcsửdụngalutitvớihệsốgiãnnởnhiệtthấpvàñộbềncơhọccao
làphùhợp.


PHẦNII:PHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU
1. Nộidungnghiêncứu:
 Nghiêncứusửdụngcácnguồnngunliệuvàphốitrộnchoviệctổnghợpvậtli
ệugốmbềnsốcnhiệt.
 Xácđịnhcấpphối,đánhgiákhản ăngtăngb ềnc ơnhiệt,t ăngcườngt u ổithọvật
liệutrongmơitrườngsốcnhiệtkhắcnghiệt.

 Nghiêncứucơngnghệvàquytrìnhsảnxuất.
 ðánhgiácácthơngsốvàđặctínhkỹthuậtcủavậtliệu.
 Tổchứcsảnxuấtthửnghiệm1000sảnphẩm.
 Thửnghiệmthựctếsảnxuấtvàsosánhvớisảnphẩmnhậpngoại.
2. Phươngphápnghiêncứu:
Từmụctiêặtranghiêncứặtracủềtài,nhómthựchiệnđềtàitrênc ơsởnghi
êncứánhgiáthựctrạngnhucầuthựctếsảnxuất,thamkhảocáct à i liệunghiêncứuc
ơngnghệv à kỹt h u ậtc ủacách ã n g s ảnx u ấtv ậtl i ệuchunngành,kếthợpvớivi
ệckếthừacácthànhtựunghiêncứukhoahọcvàcơngn g h ệnhữngnămg ầnđâyn h ó m
đềt à i chọnphươngphápnghiêncứuthựcnghiệmđốichứng:


ChọnmẫốichứnglàsảnphẩmcảuhãngBeGangđuợccáccơsởsảnxuấ
ttạiViệtNam sửdụng.



Phântíchvàđánhgiá,lựachọnnguồnngunliệuchính,kếthợpvớiv i ệctha
mkhảocácthơngsốcơngnghệđãđượccáchãngnướcngồisửdụngtrongviệ
ctổnghợpthànhcơngsảnphẩmgốmsiêubềnsốcnhiệtsửdụngtronglịnungs
iêucaotần.



Trênc ơs ởnghiêncứut h ựcn g h i ệmphịngthínghiệmvớic á c mẫunhỏ,ki
ểmnghiệmcácthơngsốkỹthuật,xácđịnhcácthơngsốcơngn g h ệphốiliệu
.



Xâydựngquy trìnhcơngngh ệsảnxu ấtv ậtliệug ốmbềns ốcnhiệt.
Thửnghiệmsảnphẩmtrongđiềukiệnthựctếsảnxuất.ðánhgiácác


thơngsốcơngnghệ,tiếnhànhsảnxuấtthửnghiệmquymơnhỏsảnxuấtsảnp
hẩm.
Thiếtbịthựcnghiệm:
- Thiếtbịtạohìnhvàgiacơngmẫu.
- Thiếtbịsấyvànungmẫuthửnghiệmnhiệtđộcao.
- Thiếtbịkiểmđịnhcườngđộkhánguốn,khángnénvạnnăng.
- Thiếtbịphântíchthànhphầnhóatheophươngphápquangphổ.
- Thiếtbịphântíchthànhphầnhạttheophươngphápsàngtiêuchuẩn.
- Thiếtbịphântíchthànhphầnphatheophươngphápnhiễuxạx-ray.
- Vàcácthiếtbịkhuấy,trộnvàthiếtbịphụtrợ.


PHẦNIII:THỰCNGHIỆM
1. Ngunliệu
Ngunliệuchoqtrìnhtổnghợpvậtliệuchịulửasiêubềnsốcnhiệtđ ư ợ clự
achọntrêncơs ởđápứngđầ ủc á c c h ỉtiêucơ,lý,hóa,nhiệtcủas ảnphẩmtươngđươ
ngnhậpngoại,xétđếncảkhảnăngcungcấpổnđịnhvàlâudàicủatừngnhàcungcấpcù
ngvớigiáthànhcủangunliệuvàcướcphívậnchuyểnc ũngnhưbiểuthu ếnhậpkhẩu.
M ặcdùnhóm nghiêncứ ãcốgắngt ì m h i ểu,phânloại,lựachọnc á c nguồnngu
yênl i ệut r o n g nước,tuynhiêndochấtlượngngunliệutrongnướchiệntạihầunhư
khơngthểđảmbảochochấtlượngsảnphẩm
tạoracũngnhưđápứngnhucầuổnđịnhvàlâud à i vềc ảsốlượngcũngnhưch ấtlượng.
G i ảiphápmangtínhk h ảthitrongthờiđiểmhiệntạichonguồnngunliệulànhậpkhẩ
utừcácnhàphânphốilớntạiTrungQuốcởmộtsốnuớckhác
Nhómthựchiệnđềtàiquyếtđịnhlựachọncácloạingunliệuphụcvụnghiêncứ
uvàthửnghiệmvớicácucầukỹthuậtnhưsau:

- SạncấpphốicordieritehàmlượngAl2O3≥ 35%,MgO≥6,5%,cỡhạt≤
0,5mmGMICo.,Ltd.Foshan,Guangzhou.
- FusedQuartz,hàmlượngSiO 2≥99,5%:XuzhouFengbaoMiningCo.
- Aluminahoạttínhsiêumịn,hàml ượng99.5%,kíchthước≤ 2µm:ShanghaiYu
ejiangTitaniumChemicalManufacturerCo.,Ltd.
- Titaniasiêumịn,hàmlượng99,5%,kíchthước≤2µm:ShanghaiYuejiangTita
niumChemicalManufacturerCo.,Ltd.
- ZirconiumSilicat,hàmlượng99,5%:SouthAfrica.
- MagnesiumCarbonate,hàmlượng90%,HóachấtTânBình,Việtnam.
- SétTrúcthơn,thơngsốkỹthuậtcơbản:.
Bảng3:ThànhphầnhóacủấtsétTrúcThơn
Chỉtiêu

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

K2O

Na2O

TiO2

%

57,00

28,43

0,94

-

-

-

-

1,09


2. Nghiêncứuthựcnghiệm:
2.1. Tổnghợpvậtliệuhệcordierite:
Hệvậtliệucordieritượcbiếtđếnnhưmộthệvậtliệubềnsốcnhiệtđiểnhìnhvớik
h ản ăngl à m v i ệtổ nđịnhtronggiảinhiệtđ ộ từ12500

1350 C.Ngunliệuchínhsửdụngtrongcơngnghiệpđểpháttriểnhệvậtliệunàycót
hểsửdụngtrựctiếptừngunliệutựnhiênchứaMgOkếthợpvớicaolanhh o ặcđấtsé
tchịulửachấtlượngcao.Ngồinhượcđiểmvốncócủacordieritel à đ ộ chịulửakhơng
0

cao(dưới1360 C)v ậtl i ệun à y c ò n b ịg i ớih ạnbởikhoảngkếtkhốikháhẹptừ200

30 C.Dokhoảngkếtkhốihẹp,việctổnghợpcordieritegặprấtnhiềukhókhăn.
ðểgiảikhắcphụchiệntượngnày,cácnghiêncứucơbảnvàcơngnghệđãđ ư ợ ctiến
hànhn h ằmmụcđíchđánhg i á khảnăngs ửdụngphụg i a dã n d à i khoảngkếtkhốicủa
vậtliệu.Hầuhếtcácnghiêncứềuchỉrarằng,việcsửdụngzirconsilicate(ZrSiO4)v
ớitỷlệtừ24,5%trongthànhphầnphốiliệucót á c dụngtíchcựcđ ố icordierite.Hệv ậtl i ệutổngh
ợptrởnênổnđịnhhơn,khoảngk ếtk h ốiđ ủ r ộngmàkhơnggâyras ựsuygiảmc á c đ ặ c
tínhc ơlýnhiệtvốncócủacordierite.
Trongkhnkhổvàmụctiêunghiêncứucủềtài,việctổnghợpcordieritetừnguy
ênliệầukhơngcịnmangýnghĩahọcthuậtthờisựcũngn h ưýnghĩathựctiễn.Doco
rdieritelàmộtsảnphẩmđãđượccảthếgiớivàtrongn ướcđầutưnghiêncứunhiềunăm
v à thươngp h ẩmh óa . Nhómt h ựchiệnñềtàiquyếtñịnhlựachọnsạncordieritebổxu
nghàmlượnghợplýcácnguyênliệusẵncó,tổnghợphệvậtliệubềnsốcnhiệttrêncơsởn
ềncordierite.
2.1.1.

Chuẩnbịphốiliệucordierite:

SạncordieriteAl2O3≥ 35%,MgO≥6,5%,ñộxốpdưới4,5%,cỡhạt≤0,5mmcủahã
ngGMICo.,Ltd.Foshan,Guangzhou.


CácngunliệucịnlạiđượcsửdụngtrongthửnghiệmbaogồmMgCO3(Việtnam)
,Al2O3h o ạttính(Yuejiang),ZirconiumSilicate(SouthAfrica),SétTrúcthơn(Việtna
m)đượcchuẩnbịtheocácđơnphốiliệudướiđây:
Bảng4:Thànhphầnphốiliệugốmbềnsốcnhiệtcordierite:
Ngunliệu[%]

C-C70

C-C75

C-C80

Sạncordierite

70

75

80

MgCO3

4

4

2

Al2O3

12

7

6

SétTrúcthơn

12

12

10

ZirconiumSilicate

2

2

2

Phốiliệượcnhiềnướttrongmáynghiềnbiđạtcácthơngsốkỹthuật:D =1.75g/
ml
V=25giây(Vicosimetfourcup)R45=0
Hồphốiliệuv ớic ác thơngsốtrênđượclưu2 4 h , saókhuấytrộnđ ề u
tạohìnhsảnp h ẩmchénnunggốmt h e o phươngp h á p đ ổ róttrongkhnthachcao
.
Cácthơngsốkỹthuậtkhiđổrót:
Thờigianlưuhồtrongkhn:
12phútðộdầytrungbìnhcủamộ:
3mmKhốilượngtrungbìnhcủamộc: 80g
Mộcsaukhitáchkhnđượcsấykhơđếntrọnglượngkhơngđổivànungthửnghi
0

ệmtronglịđiệnSiC,tốcđộnângnhiệt100 C/h,lưu1htạinhiệtđột ừ12800

1320 C.Sảnphẩmmẫusaunungđượclàmnguộitựnhiênđếnnhiệtđ ộ phịngvàđánh
giákếtquả.

2.1.2.

Kếtquảvànhậnxétđánhgiá:

ðểđánhgiámứcđộkếtkhốicủahệvậtliệu,mẫuthửnghiệmđượctiếnh à n h nu
0

ngthửcácchukỳnungvớinhiệtđộnungcaonhất1280và1320 C.
0

Vớichukỳnungcónhiệtđ ơnungcaonhất1280 C,c á c mẫukếtkhốik h á tốt.Vậ
tliệucóđộxốpdaộngtừ18%vớiC-C70đến26%vớiC-C80.
0

Ởc h u kỳcón h i ệtđ ộ nungcaonhất1320 C,mứcđộkếtkhốicủavậtl i ệutăngm
ạnh.
ðốivớimẫuC-C75,dohàmlượngnhơmcótrongphốiliệukếtdínhthấphơnCC70,nênxuhướngxuấthiệnphalỏngtrongtồnbộmẫusớmrõrệthơn.
SosánhvớiCC80,thànhphầnhóatínhtốnđịnhhướngtổnghợpvớitỷl ệcordierite/
mullitet h ứsinh1:1.2d o đó,mẫuc ó ñ ộ chịulửac a o hơnñ ángkể.ðộxốptạinhiệtñ ộ n
ung1280Ccủamẫuk h á c a o v à n ằmtrongkhoảng22%,ñộxốpnàygiảmxuống19%
0

khinungmẫutại1320 C.Tuynhiên,vớitỷlệvà hà m lượngkếtdínhbổxung,khảnăn
gkếtkhốitáikếttinhliên kếttinhthểcordieritechưượctốiưu.MẫuCC80cóx u hướngsuygiảmcườngđộkhisosánhvớiC-C70hoặcC-C75.
0

Bảng5:Cườngđộkhángnéntại1280và1320 C
0

Nhiệtđộnung[ C]

C-C70

C-C75

C-C80

1280

76,30

50,00

56,70

1320

85,10

55,40

57,30