Керамика на основе высокоглиноземистой летучей золы: «бронежилет» для высокотемпературных производств

Летучая зола с высоким содержанием глинозема — это новый тип летучей золы с содержанием глинозема более 37%. Она состоит в основном из глинозема (38%–50%), кремнезема и оксида железа. В совокупности эти компоненты составляют более 80%.

В камерах сгорания авиакосмических двигателей температура газов может превышать 2000 °C; в доменных печах сталелитейных заводов расплавленный чугун и шлак непрерывно разрушают огнеупорную футеровку. В таких экстремальных условиях новые керамические материалы, получаемые из промышленных отходов, – высокоглиноземистые летучая зола— становятся «суперзащитными костюмами» благодаря своей исключительной стойкости к высоким температурам.

Свойства материала

Основу этого материала составляет муллит (Al₆Si₂O₁₃), содержание которого в нём превышает 851 т/т. Он образует прочный каркас, обеспечивающий термостойкость. Уникальная трёхмерная сетчатая структура кристаллов муллита действует подобно природным сотам. Он эффективно блокирует теплопередачу. Его огнеупорность достигает ≥ 1790 °C. Это всё равно, что носить на себе треть температуры поверхности Солнца. Прочность на сжатие достигает 250 МПа. Каждый квадратный сантиметр материала выдерживает давление в 2,5 тонны без деформации. Это даже превосходит прочность некоторых сталей.

Индекс производительности	Традиционный огнеупорный кирпич	Керамика на основе высокоглиноземистой летучей золы	Композитный углеродный материал аэрокосмического класса
Огнеупорность (°С)	1650	≥ 1790	1500
Прочность на сжатие (МПа)	150	250	120
Теплопроводность (Вт/м·К)	1.2	0.8	0.5

Производственный процесс

Производители в первую очередь раздавить и очищают высокоглиноземистую летучую золу с содержанием Al₂O₃ выше 40%. Затем из них формируют сырые изделия методом сухого прессования. Это похоже на традиционное формование керамики, но под давлением 200 МПа. Это эквивалентно весу 20 тонн на площади размером с ноготь.

Затем материал спекают при температуре 1400–1600 °C для получения пористой керамики. Для дальнейшего повышения характеристик используют спекание в горячем прессе. Этот процесс увеличивает плотность с 90% до 95%, делая структуру более компактной. Это похоже на прессование сыпучего песка в гранит. Контролируя скорость нагрева, они создают равномерно распределенные кристаллы муллита.

Сценарии применения

Футеровка доменных печей на сталелитейных заводах: Срок службы традиционного огнеупорного кирпича составляет около двух лет. Новый керамический материал продлевает срок службы до 3,2 лет. Это соответствует стандарту 60%. В результате сокращаются простои и расходы на техническое обслуживание. Крупный сталелитейный завод сэкономил 20 миллионов юаней в год после внедрения этого материала.

Камеры сгорания аэрокосмических двигателей: Материал действует как изолирующий слой. Его низкая теплопроводность (0,8 Вт/м·К) позволяет снизить температуру металлической стенки более чем на 300 °C. Это создаёт «огне-лёдовый» экран между камерой сгорания и металлической стенкой.

Основные области применения стекловаренных печей: Под воздействием расплавленного стекла при температуре 1600 °C срок службы увеличивается вдвое по сравнению с традиционными материалами. Один производитель стекла сократил частоту технического обслуживания печи на 40%.

Технологический прорыв

Добавление нано-SiO₂ (размер частиц < 50 нм) позволило исследователям повысить термостойкость в четыре раза. Эта модификация подобна плетению «нано-паучьего шёлка» внутри керамики: при резких перепадах температуры наночастицы поглощают энергию за счёт фазового перехода, вызванного напряжением, предотвращая распространение трещин. Примечательно, что эти наночастицы образуют внутри керамики «наномостиковую» структуру, словно создавая «бронежилет».

Эпический порошок

Появление высокоглиноземистой керамики на основе летучей золы не только решает глобальную задачу переработки промышленных отходов, но и устанавливает новый стандарт в области высокотемпературных защитных материалов. Созданная на основе муллита и усовершенствованная за счёт наномодификации и передового спекания, она обеспечивает существенный прорыв в области огнеупорности, прочности и термостойкости.

Обладая опытом в области сверхтонкого измельчения, классификации и модификации материалов, компания Epic Powder предлагает технологию прецизионной обработки частиц, обеспечивающую получение высокочистых муллитовых фаз и равномерное нанодисперсное распределение, необходимое для производства такой передовой керамики. Благодаря интеграции решений Epic Powder для измельчения и классификации в производственный процесс, эта «суперброня» готова способствовать развитию более экологичных и эффективных высокотемпературных производств и способствовать освоению человечеством ещё более суровых условий, гарантируя непревзойдённую надёжность.