Bài giảng Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 4: 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, 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:
74,1 ÷ 92,5% Al2O3:
1,5 ÷ 11,3%
 SiO2:
 CaO:
0,52 ÷ 2,1%
Fe2O3:
0,4 ÷ 5,5%
0,2 ÷ 1,0%
MKN:

4,3 ÷ 10%
 MgO:
 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
Khối
Độ dẫn nhiệt (w/m.oC)
phẩm
lượng thể

Cường độ
(theo khối tích trung
nén (Mpa)
lượng thể
bình
Đo ở
o
Đo ở 25 C
tích)
(kg/m3)
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
Cường độ
tích trung
nén (Mpa)
bình
(kg/m3)

400 ÷ 600

2 ÷ 2,5

Độ chịu
lửa (oC)

1680oC

Độ dẫn
nhiệt
(w/m.oC)

Độ bền
nhiệt (số
lần)

Đo ở
350oC

Đo ở
850oC

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: