Thảo luận hóa vô cơ: Vật liệu chịu nhiệt

KHOA HÓA LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
*******

  
  THẢO LUẬN HÓA VÔ CƠ
    

Chủ đề: Vật Liệu Chịu 

                

Nhiệt


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
1. VẬT LIỆU CHỊU NHIỆT: VLCN


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Nhiệt độ chịu lửa của một số VLCN
Bảng 2: Nhiệt độ biến biến dạng dưới tải trọng 2kg/cm2của VLCN



5

MỞ ĐẦU

Vật liệu là các chất liệu để làm ra hoặc tạo nên một vật. Từ khi nền văn  
minh của loài người xuất hiện, con người sử dụng các vật liệu theo cùng với 
năng lượng để nâng cao chất lượng cuộc sống của mình. Vật liệu ở khắp nơi  
bao quanh chúng ta bởi các sản phẩm đều được làm từ các vật liệu. Một vài 
vật liệu thông dụng như: gỗ  xây dựng, bê tông, gạch, thép, chất dẻo, thủy 
tinh, cao su, nhôm, đồng và giấy. Ngoài ra còn rất nhiều vật liệu khác, chỉ cần 
chúng ta nhìn xung quanh chúng ta là thấy. Do vậy các vật liệu mới được 
nghiên cứu và phát triển không ngừng.
Sự  phát triển khoa học công nghệ  VLCN, bắt đầu từ  thế  kỷ  XIV, khi 
xuất hiện các lò cao, nhưng ngành công nghiệp sản xuất VLCN dưới dạng  
gạch samôt thương phẩm mới có ở Đức lần đầu tiên vào năm 1810, ở Anh vào 
năm l822,  ở Nga vào năm l 856. Một số VLCN ta thường gặp như gạch chịu  
nhiệt, xi măng chịu nhiệt... do đóng vai trò đặc biệt đối với nền công nghiệp  
nên VLCN có lịch sử  phát triển khá lâu dài gắn liền với sự  phát triển khoa 
học kỹ thuật và nền công nghiệp thế giới. Ví dụ như tại châu Âu, cuối thế kỷ 
XIV gạch samot đóng thành viên từ  đất sét chịu lửa bắt đầu được sản xuất 
nhưng đến năm 1856 mới xây dựng nhà máy sản xuất đầu tiên  ở  Nga đến 
năm 1997,  ở  nước ta mới có 3 nhà máy sản xuất VLCN nhưng chỉ  sản xuất  
gạch chịu lửa samot.
Nhìn chung trên thế giới chỉ có khoảng 35 nước phát triển ngành
công nghiệp VLCN, trong đó hơn một nửa sản lượng của thế giới tập
trung ở Mỹ và Liên Xô cũ. Vào giữa thế kỷ XX do đòi hỏi của công
nghiệp chiến tranh và sự phát triển của ngành khoa học kỹ thuật vũ trụ,
các VLCN mới càng phát triển mạnh mẽ theo hướng các oxyt, cacbua,


6

silixua, borua, nitrua, các kim loại hiếm và đất hiếm cũng như các kim
loại và hợp kim chịu lửa. Ở Nhật Bản và sau đó là Mỹ người ta đã sản

xuất thử nghiệm thành công loại động cơ diezel đoạn nhiệt bằng vật liệu
gốm chịu lửa ZrO2 ổn định bằng Y2O3. Động cơ này làm việc ở nhiệt độ
trên 1000oC có hệ số tác dụng hữu ích 48%. Các động cơ đoạn nhiệt và
các loại tuabin khí bằng vật liệu chịu lửa composit gốm.


7

CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ
BẢN CỦA VẬT LIỆU CHỊU NHIỆT
1.1 Khái niệm

     VLCN là vật liệu làm việc  ở  nhiệt độ  cao,  ở  điều kiện khắc nghiệt  
mà không thay đổi tính chất hóa lý.
VLCN là vật liệu dùng để xây dựng các lò công nghiệp , các ghi đốt, các 
thiết bị làm việc  ở nhiệt độ  cao (>10000), ở đấy chúng chịu đựng lâu dài đối 
với các tác dụng khác nhau về  mặt cơ học và hóa lí. Chúng khác với các vật 
liệu xây dựng khác về những yêu cầu sau:
Nhiệt độ đốt nóng trong các ghi đốt và lò công nghiệp hiện đại dao động 
trong khoảng 1000­18000C . Vì vậy VLCN phải có độ chịu nhiệt nghĩa là khả 
Thường đa số  VLCN nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn 1650­1750 0C nhưng 
ở  nhiệt độ  thấp hơn nhiều các VLCN bắt đầu mềm và mất cường độ  xây 
dựng. Vì thế  tác dụng của nhiệt độ  cao lên VLCN không phải giới hạn  ở 
nhiệt độ nóng chảy của chúng mà chất lượng của VLCN được đánh giá bằng 
khả năng chống lại các tác dụng của tải trong xây dựng ở nhiệt độ xác định.
Khi chịu tác dụng bởi nhiệt độ  cao, phần lớn các VLCN đều giảm thể 
tích do hiện tượng kết khối phụ. Một số khác lại tăng thể tích như Dinat. Sự 

8

biến đổi thể tích của VLCN có thể gây nên hư hỏng và phá hủy vỏ lò. Vì vậy  
VNCN phải có thể tích ổn định ở nhiệt độ dùng của chúng.
Sự thay đổi nhiệt độ của lò khi đốt nóng và làm nguội cũng như khi đốt 
nóng vỏ  lò không đều cũng gây nên nứt vỡ  VLCN. Do vậy cần phải có độ 
bền nhiệt.
Lớp gạch lót trong lò công nghiệp hay các ghi đốt dễ bị hủy hoại do tác  
động hóa học với tro xỉ nhiên liệu hay với các vật liệu nấu hay nung trong đó,  
vì vậy một yêu cầu nữa là cần có độ bền hóa.

Hiện nay vẫn chưa có loại VLCN nào tập hợp đầy đủ  các tính chất làm  
việc cần thiết để  sử  dụng một cách chắc chắn trong các điều kiện bất kì. 
Mỗi dạng VLCN được đặc trưng bởi những tính chất nào đó của nó, trên cơ 
sở  đó người ta xác định phạm vi sử dụng thích hợp.  Ví dụ: Dinat  ở nhiệt độ 
cao có cường độ xây dựng lớn, có thể dùng rất tốt để xây vòm lò làm việc ở 
nhiệt độ cao. Trong khi đó gạch manhêdi thường có độ chịu lửa cao và bền xỉ 
nhưng độ  bền nhiệt thấp, nhiệt độ  biến dạng dưới tải trọng thấp không thể 
dùng ở vòm lò có lực xiên ngang.
1.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại
1.2.1 Theo bản chất hoá lí của nguyên vật liệu ban đầu
Theo bản chất hoá lí của nguyên vật liệu ban đầu có thể chia VLCN làm  
8 nhóm chính:
 Nhóm silic: Gồm 2 nhóm nhỏ là dinat và thạch anh 


9

a) Dinat là loại VLCN chứa >= 93% SiO 2, sản xuất từ  quặng của quắc  
và chất liên kết là vôi hoặc chất khác, nung  ở  nhiệt độ  đảm bảo quắc biến  
đổi đa hình thành tridimit và cristobalit. Dinat là loại VLCN axit, nó rất bền 
đối với xỉ axit, tro nhiên liệu. Ôxyt kim loại ăn mòn dinat tạo thành hợp chất  
silicat dễ nóng chảy. 
Nguyên liệu chủ  yếu để  sản xuất dinat là các quặng của quắc có thành 
phần chủ yếu là SiO2 ở các dạng tinh thể và vô định hình. Sự biến đổi đa hình 
của chúng quyết định quá trình kỹ thuật và tính chất của sản phẩm.
   b) Thạch anh nóng chảy  ở  1600 ­ 1670 0C. Nhiệt độ  nóng chảy của nó 
không thể  xác định chính xác được vì có sự  biến hóa một phần sang những  
dạng đa hình khác với tỉ lệ khác nhau tùy theo điều kiện bên ngoài.
Thạch anh tinh khiết nhất gặp trong thiên nhiên gồm những tinh thể 
trong suốt và không màu được gọi là pha lê thiên nhiên. Khi có lẫn tạp chất, 
thạch anh có các màu khác nhau: hồng, tím, nâu, lục. Những dạng này được 
coi là đá quý.
Thạch anh là chất có hoạt tính quang học. Dựa vào hoạt tính này người 
ta   chia   thạch   anh   làm   hai   dạng:   thạch   anh   quay   phải   và   thạch   anh   quay  
trái.Ngoài đặc tính quang học thạch anh còn có tính áp điện.
Người ta dùng những tinh thể lớn của thạch anh vào trong các máy phát 
siêu âm còn những tinh thể nhỏ thạch anh dùng trong các đầu đọc của máy thu 
nhanh và máy quay đĩa.
Thạch anh thuộc loại khoáng vật hết sức phổ  biến.Tinh thể  thạch anh  
tinh khiết dùng để làm thấu kính và lăng kính. Đá quaczit và cát là loại thạch 
anh kém tinh khiết hơn. Trong phòng thí nghiệm, ngoài những dụng cụ bằng 
thủy tinh người ta còn dùng những dụng cụ như chén, bát,ống thử..làm bằng 


10

thạch anh(hay còn gọi là thủy tinh thạch anh). Ưu điểm nổi bật của thủy tinh  

thạch anh có hệ số dãn nở rất bé và hầu như không thay đổi theo nhiệt độ nên 
chịu được sự  thay đổi nhiệt độ  rất đột ngột. Loại thủy tinh này không ngăn  
giữa tia tử ngoại nên được dùng trong các máy tia tử ngoại.
 Nhóm Alumôsilicat: Gồm 3 nhóm nhỏ: Bán axit, sămôt, cao alumin
­ Bán axit chứa Al2O3 ≤30% (15­30%) 
­Sămôt chứa Al2O3   = 30­45% sản xuất từ  đất sét và cao lanh chịu lửa  
cộng với phụ gia gầy Sămôt (tức đất sét đã nung đến kết khối) hoặc đất sét  
không dẻo cộng chất kết dính là đất sét và cao lanh. 
­ Cao Alumin chứa Al2O3>45% loại này có chất lượng cao, đáp ứng được  
yêu cầu tăng cường quá trình nhiệt trong các lò công nghiệp, đảm bảo độ 
bền, chịu tải trọng và chịu tác dụng của môi trường khí  ở  nhiệt độ  cao. Nó 
được sử dụng trong tất cả những điều kiện làm việc rất nặng nề  mà Sămôt 
không thể chịu đựng nổi. Tùy hàm lượng Al2O3 có trong sản phẩm chia 3 loại:
+ Loại A: chứa từ 45­60% Al 2O3
+ Loại B: chứa từ 60­75% Al2O3
+ Loại C: chứa > 75% 
Tùy theo thành phần khoáng chia sản phẩm ra làm 4 loại: 
+ Loại silimanit: 45­70% Al2O3
+ Loại mullit: 70­78% Al2O3
+ Loại mullit corun 78­95% Al2O3
+ Loại corun: > 95% Al2O3 


11

Hàm lượng Al2O3  không chỉ  là dấu hiệu để  chia loại sản phẩm mà nó  
còn quyết định những tính chất cơ  bản của sản phẩm cao alumin cũng như 
qua đó để lựa chọn nguyên liệu và kỹ thuật thích hợp.
VLCN thuộc nhóm alumosilicat có cấu tạo chủ  yếu từ  SiO 2  và Al2O3  . 
Các oxit khác có trong sản phẩm là các tạp chất. Thành phần và hàm lượng  

của tạp chất này phụ  thuộc vào độ  tinh khiết của nguyên liệu ban đầu. Hàm 
lượng Al2O3 dao động trong khoảng lớn từ 10­15%  ở sản phẩm bán axit đến 
99­100%  ở  sản phẩm cao alumin. Sự  thay đổi thành phần hóa học của sản 
phẩm alumosilicat tương  ứng với sự thay đổi thành phần pha của chúng. Từ 
thành phần pha ta có thể phán đoán được tính chất của sản phẩm. 
 Nhóm Manhêdi: Gồm 4 nhóm nhỏ: Đôlômit, Forsterit, Spinen, manhêdi 
VLCN manhêdi là loại VLCN kiềm tính điển hình, chứa 80­85% periclaz  
(MgO) đôi khi nhiều hơn , nhiệt độ  chịu lửa >2000oC ( nhiệt độ  nóng chảy 
của MgO nguyên chất 2800oC ). Tạp chất chủ yếu trong sản phẩm manhêdi 
SiO2, CaO,         Al 2O3 và Fe2O3 . Ở nhiệt độ cao chúng tạo ra một số khoáng 
có độ chịu lửa cao , một số có độ chịu lửa thấp . Có hai loại VLCN manhêdi :  
Loại viên và loại bột. Loại viên để xây tường lò , loại bột dùng để đầm lò .
 Nhóm crômit: Gồm 2 nhóm nhỏ: Crômit, crôm manhêdi 
VLCN Crôm manhêdi (Cr­Mg) là sản phẩm sản xuất từ  2 nguyên liệu 
crômit và manhêdi kết khối. Khoáng chủ  yếu trong sản phẩm này thuộc loại 
nhóm khoáng Spinen với công thức chung R2+O, R3+2O3. (R2+ là Mg2+, Fe2+; R3+ 
là Cr3+, Fe3+, Al3+...)
Crômit   là   quặng   mà   thành   phần   khoáng   (Fe,Mg).(Cr,Al)2O4   chiếm   ~ 
80%. Khoáng nguyên chất của crômit là FeO.Cr2O3  nhưng hiếm gặp trong 


12

thiên nhiên.  Trong quặng crômit ngoài crômspinen ra còn có lẫn 20% khoáng 
tạp như Serpentin (M3S2H2) clorit, một ít canxit.
Thành phần hoá của quặng crômit dao động trong một khoảng rộng: 
Cr2O3  18­62%, Fe2O3  0­3%, FeO 0­20%, MgO 6­16%, Al 2O3  0­33%. Ngoài ra 
còn có: 2% TiO2, 0,2% V2O5, 1% MnO, 0,1% NiO, 0,01% CoO và đến 2% CaO.
 Tuỳ theo hàm lượng Cr2O3 chia quặng crômit làm 4 loại :
+ Quặng nghèo: Cr2O3 <40%

+ Quặng trung bình ­­­­­­­ 40­45% 
+ Quặng giàu ­­­­­­­ 45­50% 
+ Quặng rất giàu ­­­­­­­ >50%  
Crômit   để   sản   xuất   VLCN   yêu   cầu:   Cr2O3=35­40%,   phần   phi   quặng 
<20% ( là Serpentin thì tốt hơn là clorit vì clorit chịu lửa kém hơn, khó biến đổi  
khi nung hơn )
 Nhóm   Zircôn:   Gồm   2   nhóm   nhỏ:   Silicat   Zircôn   (ZrSiO4)   và   Zircôn  
(ZrO2) 
Silicat Zircon chứa   ZrO2: 67,1% ; SiO2: 32,9%    được sử  dụng rộng rãi 
trong các đồ gốm khác nhau xây dựng, sứ vệ sinh, gốm sứ, sản xuất gốm sứ 
và hàng thủ công khác trong gốm sứ men chế biến, sử dụng một loạt các khối  
lượng ứng dụng. Lý do tại sao các silicat zirconi được sử dụng rộng rãi trong 
sản xuất gốm sứ, mà còn vì sự ổn định hóa học của họ, và do đó không bị ảnh 
hưởng bởi không khí bắn gốm sứ, và có thể cải thiện đáng kể tính chất ràng 
buộc của men sứ, cải thiện độ cứng của gốm tráng men. 
 Silicat Zircon cũng là một hình  ảnh màu sắc ngành công nghiệp truyền  
hình ống, ngành công nghiệp thủy tinh nhũ tương kính, sản xuất men men đã 


13

được áp dụng tiếp. Nhiệt độ nóng chảy cao của zircon silicat: 2500 oC, vì vậy 
trong vật liệu chịu lửa, thủy tinh lò, các hợp chất, sơn cũng đã được sử dụng 
rộng rãi.
 Nhóm cácbon: Gồm 2 nhóm nhỏ: Cốc và Grafit 
­ Than cốc là sản phẩm tạo thành từ  than đá, là loại than chứa ít lưu  
huỳnh và ít tro nhờ  quy trình luyện than đá thành than cốc  ở  điều kiện yếm  
khí trên 1000°С. Các thành phần dễ bay hơi như nước, khí than và tro than đã  
bị  loại bỏ  gần như hoàn toàn. Cacbon và các phần tro còn lại bị  hòa tan lẫn  
vào nhau. Một phần cacbon bị  chuyển sang dạng giống như  than chì (hay  

graphít). 
Than cốc được sử  dụng để  nung chảy gang (cốc lò cao) cũng như  làm 
nhiên liệu không khói chất lượng cao, làm chất khử  trong các công nghệ 
luyện kim từ quặng sắt, các chất làm tơi trong phối liệu. Than cốc cũng được  
sử dụng như là nhiên liệu trong sản xuất gang đúc hay các mục đích sử dụng 
thông thường, trong các công nghiệp hóa chất và luyện các hợp kim của sắt 
(các dạng cốc đặc biệt). Cốc lò cao cần phải có kích thước các cục không 
nhỏ  hơn 25­40 mm với số lượng các cục cốc nhỏ hơn 25 mm và lớn hơn 80 
mm không vượt  quá 3%. Than cốc sử  dụng  để   đúc gang theo kích thước 
không được nhỏ  hơn than cốc lò cao, các cục cốc trong trường hợp này có 
kích thước không nhỏ  hơn 60­80 mm. Sự khác biệt chính giữa cốc lò cao và  
cốc đúc là hàm lượng lưu huỳnh nhỏ hơn, nó không được vượt quá 1% (trong 
cốc lò cao có thể  tới 2%). Trong công nghiệp luyện các hợp kim của sắt  
người ta sử dụng các cục than cốc nhỏ (ví dụ, các cục kích thước 10­25 mm), 
trong trường hợp này thì người ta cần tốc độ phản ứng nhanh chứ không phải 
hàm lượng các tạp chất có trong than cốc. Các yêu cầu đối với độ  bền vững 


14

của than cốc thông thường là không quá nghiêm ngặt so với cốc lò cao hay 
cốc đúc. Trong mọi loại hình sản xuất than cốc thì loại nguyên liệu được ưa  
chuộng là các loại than có độ  xốp cao, ít tro và chứa ít lưu huỳnh và chứa 
không nhiều các thành phần tạo cốc cục nhỏ. Sản lượng than cốc sản xuất  
trên thế giới khoảng 400 triệu tấn/năm. 
­ Grafit là một biến dạng của cacbon có cấu trúc tinh thể  nhất  định,  
Grafit kết tinh trong hệ  sáu phương. Các  tinh thể  có dạng bản hay tấm sáu 
góc; tập hợp vảy mỏng, grafit có màu đen sắt đến xám thép, vết vạch đen  
ánh. Ánh của grafit có dạng đen sắt đến xám thép, vết vạch đen ánh. Ánh của  
grafit có dạng kim loại mạnh, tập hợp  ẩn tinh mờ, độ  cứng là 1  ở  dạng từ 

mỏng, grafit giòn, sờ nhờn tay, quệt làm bẩn tay và bẩn giấy.
Grafit được dùng trong nhiều ngành kinh tế  quốc dân. Nó được dùng 
trong công nghiệp kỹ  thuật điện ( pin,  ắc quy kiềm, các điện cực, than phát  
sáng, than để  hàn điện, tiếp xúc trượt.v.v…). Trong ngành đúc và trong công 
nghiệp đồ  góm ( nồi nấu, khuôn đúc v.v..) khi sản xuất các sản phẩm chịu  
hóa chất ( bể điện phân, nồi nấu giấy v.v…), trong ngành năng lượng nguyên  
tử hạt nhân ( các chi tiết của lò phản ứng nguyên tử ­ hạt nhân) để  sản xuất 
bút chì, sơn, vật liệu mài, vật liệu chống xỉ bọt (đúc). 
Trong công nghiệp luyện kim, VLCN được sử  dụng nhiều nhất: các lò 
cao, lò luyện thép (lò Mactanh, lò thép thổi), lò nấu luyện các kim loại màu, lò  
điều chế  các kim loại sạch và siêu sạch,... Nhu cầu VLCN của công nghiệp  
luyện kim chiếm gần một nửa khốí lượng VLCN sản xuất ra trên thế  giới. 
Có thể  hình dung lượng VLCN tiêu tốn cho gang thép bằng 10% sản lượng 
gang thép sản xuất ra. Ngoài ra VLCN còn được sử dụng cho công nghiệp hóa 
chất, chế tạo máy, công nghiệp năng lượng để lót các lò nung xi măng, lò nấu  


15

thủy tinh, lò khí hóa than, các nồi hơi, lò điện... Ngày nay với sự  phát triển 
của khoa học vật liệu, người ta còn dùng VLCN mới để chế tạo các động cơ 
đốt trong đoạn nhiệt (adiabatic) làm việc  ở  nhiệt độ  cao hơn 1000oC không 
cần hệ  thống làm nguội để  tăng hệ  số  tác dụng hữu ích (theo nguyên lý 
Carno), chế tạo các tuabin khí làm việc lâu dài ở nhiệt độ rất cao, chế tạo các 
buồng đốt nhiên liệu và đầu phun khí đốt của các động cơ phản lực, chế tạo  
vỏ  tên lửa, vỏ vệ tinh. Lò phản ứng của các nhà máy điện nguyên tử đòi hỏi  
VLCN vừa có tác dụng hấp thụ nơtron tốt vừa chịu được nhiệt độ cao. Công 
nghệ  chế  biến các hợp chất siêu sạch cũng đòi hỏi VLCN bền với các chất 
hóa học liên quan để làm bình phản ứng, nồi lò, chén nung...
 Nhóm Cacbua Nitrua: Gồm 2 nhóm nhỏ: Cacborun và các loại khác

Cacborun là hợp chất của silic với cacbon ( SiC ): là vật liệu rát cứng sử 
dụng để xây dựng buồng hồi nhiệt.  
 Nhóm oxyt: Các oxyt tinh khiết
1.2.2 Theo độ chịu lửa
Chia làm 3 loại:
­ Loại chịu lửa thường: Độ chịu lửa từ 1580­1770oC 
­ Loại cao lửa: Độ chịu lửa 1770­2000oC 
    ­ Loại rất cao lửa : độ chịu lửa >2000oC
1.2.3 Theo đặc tính gia công nghiệt:
    Chia làm 3 loại:
 ­ Loại không nung
 ­ Loại nung
 ­ Loại đúc từ chất nóng chảy


16

1.2.4 Theo phương pháp sản xuất:
     Chia làm 3 loại:
 ­ Sản phẩm nén dẻo, nén bán khô hoặc nén dập từ  phối liệu dạng bột  
không dẻo
­ Sản phẩm đúc từ hồ và chất nóng chảy
­ Sản phẩm cưa từ quặng 
1.2.5 Theo độ xốp:
Chia làm 3 loại: 
­ Loại kết khối : Có độ xốp nhỏ hơn 1 %
 ­ Loại đặc: Có độ xốp từ 10­30 %
 ­ Loại kết khối :Có độ xốp lớn hơn 50 % 
1.3 Các tính chất cơ bản
1.3.1 Độ chịu lửa: 

Khái niệm: Là khả  năng chống lại tác dụng của nhiệt độ  cao không bị 
nóng chảy
 Độ  chịu lửa là một hằng số  kỹ  thuật, nó khác với nhiệt độ  nóng chảy 
của vật liệu là một hằng số  lí học. Nhiệt độ  nóng chảy là nhiệt độ  ứng với 
trạng thái cân bằng giữa pha tinh thể  và pha lỏng. Điểm nóng chảy cũng là  
nhiệt độ  kết tinh của vật chất bị nóng chảy, vì ở  nhiệt độ  đó trạng thái cân 
bằng của quá trình nóng chảy và kết tinh là thuận nghịch. Để xác định độ chịu 
lửa của vật liệu người ta dùng côn để đo.
  Độ  chịu lửa của vật liệu thí nghiệm phụ  thuộc vào tính chất của vật  
liệu và điều kiện thí nghiệm như: Thành phần hoá, thành phần khoáng, thành  
phần hạt, tốc  độ  nâng nhiệt, hình dạng kích thước mẫu thí  nghiệm, môi 


17

trường thí nghiệm... Các vật liệu có thành phần hoá và thành phần khoáng  
khác nhau sẽ có nhiệt độ chịu lửa khác nhau. 

        Bảng 1: Nhiệt độ chịu lửa của một số VLCN
Loại vật liệu
Quắc
Dinat
Đất sét chịu lửa
Cao lanh 
Sămôt 
Bán axit

Độ chịu lửa (oC) Loại vật liệu 
Độ chịu lửa (oC)
1730 ­ 1750

Cao alumin
1780 ­ 2000
1710 ­ 1720
Manhedi
>2300
1580 ­ 1750
Crom ­ manhedi
>2000
1740 ­ 1770
Đôlomit
>2000
1610 ­ 1750
Forsterit 
1800 – 1850
( 2MgO.SiO2 85% + 
MgO.Fe2O3 15% )
1610 ­ 1710

1.3.2 Cường độ xây dựng ở nhiệt độ cao
 Là khả năng chống lại đồng thời tác dụng của nhiệt độ  và tải trọng cơ 
học. Tính chất này được đặc trưng bởi nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng tĩnh  
2 kg/cm2, biểu thị khoảng mềm khi đó sản phẩm sẽ bị biến dạng dẻo. 
Tải trọng thực tế  thường nhỏ  hơn tải trọng kiểm tra nhiều lần. Cao  
nhất 0,5­1kg/cm2. 
Để  xác định nhiệt độ  biến dạng dưói tải trọng tĩnh 2kg/cm2  theo tiêu 
chuẩn Liên Xô (GOST 4070­48) ngưòi ta cắt sản phẩm ra thành hình trụ  có 


18

đường kính 36mm, cao 50mm. Mẫu này đặt trong lò điện và luôn chịu một tải 
trọng không đổi 2kg/cm2. Cạnh lò có một hệ thống cơ học ghi sự biến dạng  
của sản phẩm.
 Tốc độ nâng nhịêt: đến 800oC không qúa 10oC /phút. >800oC 4­5oC/phút. 
Quá trình xác định sẽ tìm ra 3 nhiệt độ:
­ Nhiệt độ bắt đầu biến dạng: Ứng với độ lún của mẫu 0,3mm 
­ Nhiệt độ biến dạng 4%: Ứng với độ lún của mẫu 2mm 
­ Nhiệt độ  kết thúc biến dạng hay là nhiệt độ  phá huỷ: Ứng với độ  lún  
của mẫu 40% chiều cao ban đầu.
Bảng 2: Nhiệt độ biến biến dạng dưới tải trọng 2kg./cm2 của 
VLCN
Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng 2 kg/cm2 (oC)
VLCN

BD

4%

40%

Dinat

1650

Bán axit

1400

1430

1500

Sămot B

1250

1320

1500

Sămot A( Al2O3 40%) 1400

1470

1600

Cao lanh (Al2O3 42%) 1450

1550

1650

Mullit kết khối 

1600

1660

1800

1870

1900

1670

(Al2O3 70%)
Côrun (Al2O3 99%)

Manhedi ( 99% MgO) 1550

1580

Crom ­ Manhedi

1450 ­ 1550

1480 ­ 1600

Forsterit

1550 – 1650 

1650 ­ 1710

Đôlomit

1550 ­ 1610

1630 ­ 1680 1650 ­ 1690

19

Nhiệt   độ   biến   dạng   của   VLCN   chủ   yếu   phụ   thuộc   vào   thành   phần 
khoáng hoá, vào đặc tính cấu trúc, vào tỉ lệ giữa pha tinh thể và pha thuỷ tinh, 
vào độ  nhớt của pha lỏng tạo ra khi nóng chảy pha thuỷ  tinh và tinh thể  dễ 
chảy. 
Nhiệt độ  biến dạng dưới tải trọng của VLCN đi từ  các oxyt tinh khiết  
thường gần với nhiệt độ  nóng chảy của nó, vì trong thành phần pha của sản  
phẩm lượng pha thuỷ  tinh hầu như không có hoặc có chỉ  rất ít. Khi các pha 
tinh thể chủ yếu bắt đầu hoá mềm và biến dạng dẻo (sắp nóng chảy) thì sản 
phẩm mới bắt đầu bị  biến dạng. Nhưng VLCN thường chứa một lượng tạp  
chất nên ở nhiệt độ cao chúng tạo một lượng pha lỏng làm hạ thấp nhiệt độ 
biến dạng của sản phẩm so với độ  chịu lửa càng lớn. Lúc này đặc tính cấu 
trúc phần tinh thể  có giá trị  lớn. Các tinh thể  chủ  yếu đủ  lớn tạo được một  
khung xương vững chắc, khắc phục được ảnh hưởng có hại của pha lỏng sẽ 
làm tăng nhiệt độ biến dạng . Thể hiện rõ nhất ở Dinat.
 Dinat: có cấu trúc mạng lưói tinh thể trydimit rối loạn xen kẽ nhau chặt  
chẽ  làm cho nhiệt độ  mềm của dinat cao so với độ  chịu lửa và đạt tới 1650­
1670oC. Khoảng cách giữa độ chịu lửa và độ  biến dạng gần 50­70 oC mặc dù 
dinat ngoài SiO2 còn có 4­6% tạp chất tạo 10­15% pha lỏng. Độ nhớt của pha  
thuỷ tinh nóng chảy cao. Các tinh thể trong dinat là liên kết bền vững, nó hoà  
tan trong pha lỏng không đáng kể.Vì thế  dinat chỉ  bị  phá huỷ  khi tridimit bắt 
đầu nóng chảy  ở 1650­1670oC. Ở nhiệt độ  này tốc độ phá huỷ sản phẩm rất 
nhanh (hiệu nhiệt độ giữa bắt đầu biến dạng và kết thúc biến dạng chỉ có 10­
20oC) đường cong biến dạng gần như dốc thẳng đứng. 
Sản phẩm manhêdi: Chứa 91% MgO, gồm 90% tinh thể  periclaz, 10%  
còn lại gồm MgO+ các tinh thể  dễ  chảy chủ  yếu là silicat và pha thuỷ  tinh.  

20

Tinh thể  periclaz khi tái kết tinh và lớn lên có dạng hạt không phải que hay 
trụ nên không tạo một mạng tinh thể chặt chẽ trong sản phẩm. Các hạt tinh 
thể  liên kết nhau bằng một lớp chất dễ  chảy mỏng. Nếu lớp này mềm ra, 
chảy ra sẽ làm sản phẩm mềm và biến dạng. Vì vậy nhiệt độ biến dạng của  
manhêdi xấp xỉ 1550oC tức chính là nhiệt độ nóng chảy chất liên kết. Khoảng  
cách giữa nhiệt độ  biến dạng và nhiệt độ  chịu lửa khoảng 700 oC. Độ  nhớt 
pha liên kết giảm khá nhanh khi tăng nhiệt độ  nên sản phẩm manhêdi có 
khoảng biến dạng ngắn (20­50oC), đường cong biến dạng  ở  giai đoạn cuối 
dốc gần như thẳng đứng.
 Sămốt: Sản phẩm này bị  biến dạng hơi khác khi tăng nhiệt độ. Sămốt 
chứa gần 50% mullit ( A3S2) chịu lửa cao nhưng tinh thể hình kim nhỏ không 
tạo thành liên tinh thể bền vững. Phần còn lại là pha thuỷ tinh silic có độ nhớt  
cao. Vì thế  khi tăng nhiệt độ  khối thuỷ  tinh mềm ra, độ  nhớt giảm dần, pha 
lỏng tăng lên làm Sămốt biến dạng từ từ. Mẫu thí nghiệm không bị  phá huỷ 
ngay   mà   bị   phình   ra   theo   hình   tang   trống.   Khoảng   biến   dạng   dài   150­
200oC.λλλλλ
1.3.3 Độ bền nhiệt (bền xung nhiệt)
Sự thay đổi nhiệt độ ở các lò nung và thiết bị làm việc gián đoạn hay sự 
dao động nhiệt độ   ở  các lò và thiết bị  làm việc liên tục có thể  gây nứt vỡ 
gạch xây dựng. Tính chất của VLC chống lại sự dao động nhiệt độ  không bị 
phá huỷ gọi là độ bền nhiệt.
 Nguyên nhân làm vỡ  gạch vì dao động nhiệt là do khi đốt nóng và làm 
nguội sản phẩm sẽ  có sự  chênh lệch nhiệt độ  dẫn đến xuất hiện  ứng xuất 
trong sản phẩm. Sự chênh lệch nhiệt độ  giữa các lớp song song với bề  mặt  
đốt nóng và làm nguội sản phẩm phụ  thuộc vào điều kiện đốt nóng và làm 

21

nguội, vào hệ  số  dẫn nhiệt độ  . Hệ  số  dẫn nhiệt độ  đặc trưng tốc độ  phân  
phối nhiệt độ trong vật liệu và nó phụ thuộc vào các đại lượng vật lí sau: hệ 
số dẫn nhiệt, tỉ nhiệt, trọng lượng thể tích của vật liệu.
Như vậy nếu điều kiện đốt nóng và làm nguội như nhau thì vật liệu sẽ 
có hệ số dẫn nhiệt lớn, gradien nhiệt độ trong vật liệu càng nhỏ.
 Khi có sự chênh lệch nhiệt độ trong sản phẩm sẽ xuất hiện ứng suất do  
giãn nỡ  nhiệt không đều. Như  vậy muốn cho sản phẩm bền vững thì sự 
chênh lệch nhiệt độ  giữa các lớp phải nhỏ, nghĩa là hệ  số  dẫn nhiệt lớn hệ 
số giãn nõ nhiệt nhỏ.
 Ngoài ra người ta còn thấy rằng:
 ­Sản phẩm càng bền nhiệt nếu tính chất đàn hồi của vật liệu càng cao.
 ­ Kích thước và hình dạng sản phẩm cũng ảnh hưởng đến độ bền nhiệt.  
sản phẩm có hình dạng nhiều góc cạnh, nhiều điểm uốn lượn thì kém bền  
nhiệt hơn so với sản phẩm dạng đơn giản.
 ­ Thực tế  đã chỉ  ra rằng bằng cách làm tăng kích thước hạt trong phối 
liệu (gạch Sămốt, manhêdi, corun) sẽ làm tăng độ bền nhiệt của vật liệu.
 Nguyên nhân: với thành phần hạt như vậy cấu trúc của sản phẩm sẽ có 
những vết nứt li ti, các mối đứt gần quanh các hạt lớn làm tính linh động của  
các hạt tăng lên làm tăng độ bền nhiệt.
 ­ Phương pháp gia công phôi liệu và đóng khuôn sản phẩm cũng có thể 
thay đổi độ bền nhiệt.


22

CHƯƠNG 2
CÁC ỨNG DỤNG
   Vật liệu chịu nhiệt có nhiều  ứng dụng trong công nghiệp, nghiên cứu  

khoa học và đời sống.
CHƯƠNG 2: CÁC ỨNG DỤNG
2.1. Trong đời sống sinh hoạt
Rất nhiều đồ dùng sinh hoạt trong gia đình đc làm từ VLCN như: 
­ Tô thủy tinh có thể sử dụng được trong lò vi sóng.
­ Xoong nồi
­ Bếp gas : Kiềng bếp, giá đỡ , đầu đốt 
­ Bếp điện, bếp hồng ngoại: mặt kính và mâm nhiệt
­ Bóng đèn sợi đốt
­  Sơn 
­ ...
2.2. Trong công nghiệp


23

Công nghiệp VLCN là ngành công nghiệp sản xuất vật liệu sử dụng  ở 
nhiệt độ cao, dùng để xây các loại lò nung như lò nung gốm sứ, vật liệu chịu  
nhiệt, xi măng, lò nấu thuỷ  tinh, luyện kim, xây dựng các buồng hồi nhiệt,  
buồng đốt nhiên liệu và các thiết bị làm việc ở nhiệt độ lớn hơn 10000C.
VLCN được sử dụng cho công nghiệp hóa chất, chế tạo máy, công
nghiệp năng lượng để lót các lò nung xi măng, lò nấu thủy tinh, lò khí
hóa than, các nồi hơi, lò điện...
Trong công nghiệp luyện kim, VLCN được sử dụng nhiều nhất: các
lò cao, lò luyện thép (lò Mactanh, lò thép thổi), lò nấu luyện các kim loại
màu, lò điều chế các kim loại sạch và siêu sạch,... Nhu cầu VLCN của
công nghiệp luyện kim chiếm gần một nửa khốí lượng VLCN sản xuất ra
trên thế giới. Có thể hình dung lượng VLCN tiêu tốn cho gang thép bằng
10% sản lượng gang thép sản xuất ra. Ngoài ra VLCN còn được sử
dụng cho công nghiệp hóa chất, chế tạo máy, công nghiệp năng lượng

để lót các lò nung xi măng, lò nấu thủy tinh, lò khí hóa than, các nồi hơi,
lò điện... Ngày nay với sự phát triển của khoa học vật liệu, người ta còn
dùng VLCN mới để chế tạo các động cơ đốt trong đoạn nhiệt (adiabatic)
làm việc ở nhiệt độ cao hơn 1000 oC không cần hệ thống làm nguội để
tăng hệ số tác dụng hữu ích (theo nguyên lý Carno), chế tạo các tuabin
khí làm việc lâu dài ở nhiệt độ rất cao, chế tạo các buồng đốt nhiên liệu
và đầu phun khí đốt của các động cơ phản lực, chế tạo vỏ tên lửa, vỏ vệ
tinh. Lò phản ứng của các nhà máy điện nguyên tử đòi hỏi VLCN vừa có
tác dụng hấp thụ nơtron tốt vừa chịu được nhiệt độ cao. Công nghệ chế
biến các hợp chất siêu sạch cũng đòi hỏi VLCN bền với các chất hóa
học liên quan để làm bình phản ứng, nồi lò, chén nung...


24

Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng VLCN đã có từ  lâu, nhưng mãi tới khi 
miền Bắc được giải phóng chúng ta mới bắt đầu xây dựng được một số nhà  
máy sản xuất vật liệu chịu lửa có quy mô nhỏ, công suất nhỏ,nhiều máy móc 
và thiết bị gia, điển hình như các nhà máy :
+ Nhà máy VLCN Cầu Đuống (nay là công ty cổ  phần VLCL Viglacera  
Cầu Đuống)
+ Nhà máy VLCN Thái Nguyên.
+ Nhà máy VLCN Tuyên Quang.
2.3. Cơ hội việc làm 
Có thể làm việc tại:
­ Công  ty  sản xuất   phụ   tùng thay  thế   cho các  thiết  bị   nông lâm  ngư 
nghiệp.
­ Các công ty cấu kiện, vật liệu xây dựng, vật liệu trang trí nội thất.
­ Các cơ quan đào tạo và nghiên cứu khoa học.
­ Viện nghiên cứu thiết bị và cải tiến công nghệ. ...

25