Gốm sứ làm từ tro bay có hàm lượng nhôm cao: “Áo chống đạn” của các ngành công nghiệp nhiệt độ cao

Tro bay có hàm lượng nhôm cao là một loại tro bay mới có hàm lượng nhôm oxit vượt quá 37%. Thành phần chính của tro bay là nhôm oxit (38%–50%), silica và oxit sắt. Tổng hàm lượng các thành phần này vượt quá 80%.

Trong buồng đốt của động cơ hàng không vũ trụ, nhiệt độ khí có thể vượt quá 2.000 °C; trong lò cao của các nhà máy thép, sắt nóng chảy và xỉ liên tục làm mòn lớp lót chịu lửa. Trong môi trường khắc nghiệt như vậy, vật liệu gốm mới được chuyển đổi từ chất thải công nghiệp - hàm lượng nhôm cao tro bay—đang nổi lên như một “bộ đồ bảo hộ siêu cấp” nhờ khả năng chống chịu nhiệt độ cao vượt trội.

Tính chất vật liệu

Lõi của vật liệu này là mullite (Al₆Si₂O₁₃), chiếm hơn 85%. Nó tạo thành một khung chịu nhiệt vững chắc. Cấu trúc mạng lưới ba chiều độc đáo của tinh thể mullite hoạt động giống như một tổ ong tự nhiên. Nó ngăn chặn hiệu quả sự truyền nhiệt. Độ chịu lửa của nó đạt ≥ 1790 °C. Điều này giống như việc bạn đang tiếp xúc trực tiếp với một phần ba nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời. Cường độ nén đạt 250 MPa. Mỗi cm vuông có thể chịu được áp lực 2,5 tấn mà không bị biến dạng. Con số này thậm chí còn vượt trội hơn một số loại thép.

Chỉ số hiệu suất	Gạch chịu lửa truyền thống	Gốm sứ làm từ tro bay có hàm lượng nhôm cao	Vật liệu composite sợi carbon cấp hàng không vũ trụ
Độ chịu lửa (°C)	1650	≥ 1790	1500
Cường độ nén (MPa)	150	250	120
Độ dẫn nhiệt (W/m·K)	1.2	0.8	0.5

Quy trình sản xuất

Nhà sản xuất đầu tiên người mình thích và tinh chế tro bay có hàm lượng nhôm cao với hàm lượng Al₂O₃ trên 40%. Sau đó, chúng tạo thành các khối xanh bằng phương pháp đúc ép khô. Phương pháp này tương tự như tạo hình gốm truyền thống nhưng dưới áp suất 200 MPa. Áp suất này tương đương với trọng lượng 20 tấn trên một diện tích chỉ bằng móng tay.

Tiếp theo, họ thiêu kết vật liệu ở nhiệt độ 1400–1600 °C để tạo ra gốm xốp. Để cải thiện hiệu suất hơn nữa, họ sử dụng phương pháp thiêu kết ép nóng. Quá trình này làm tăng mật độ từ 90% lên 95%, giúp cấu trúc trở nên chặt chẽ hơn. Nó giống như việc nén cát rời thành đá granit. Bằng cách kiểm soát tốc độ gia nhiệt, họ tạo ra các tinh thể mullite phân bố đồng đều.

Các tình huống ứng dụng

Lớp lót lò cao trong các nhà máy thép: Gạch chịu lửa truyền thống có tuổi thọ khoảng hai năm. Gạch gốm mới kéo dài tuổi thọ lên đến 3,2 năm. Đây là cải tiến của 60%. Nhờ đó, thời gian ngừng hoạt động và chi phí bảo trì giảm. Một nhà máy thép lớn đã tiết kiệm được 20 triệu nhân dân tệ mỗi năm sau khi áp dụng vật liệu này.

Buồng đốt động cơ hàng không vũ trụ: Vật liệu này hoạt động như một lớp cách nhiệt. Độ dẫn nhiệt thấp (0,8 W/m·K) của nó có thể làm giảm nhiệt độ thành kim loại hơn 300 °C. Điều này tạo ra một lớp chắn “lửa và băng” giữa buồng đốt và thành kim loại.

Các khu vực chính của lò nung thủy tinh: Dưới tác động ăn mòn thủy tinh nóng chảy ở nhiệt độ 1600 °C, tuổi thọ tăng gấp đôi so với vật liệu truyền thống. Một nhà sản xuất thủy tinh đã giảm tần suất bảo trì lò nung xuống 40%.

Đột phá công nghệ

Bằng cách bổ sung nano-SiO₂ (kích thước hạt < 50 nm), các nhà nghiên cứu đã tăng khả năng chống sốc nhiệt lên gấp bốn lần. Sự thay đổi này giống như việc dệt “tơ nhện nano” bên trong gốm: khi tiếp xúc với sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, các hạt nano hấp thụ năng lượng thông qua quá trình chuyển đổi pha do ứng suất gây ra, ngăn ngừa sự lan truyền vết nứt. Đáng chú ý, các hạt nano này tạo thành cấu trúc “cầu nối nano” bên trong gốm, như thể đang khoác lên nó một “áo chống đạn”.

Bột Epic

Sự ra đời của gốm tro bay hàm lượng nhôm cao không chỉ giải quyết thách thức toàn cầu trong lĩnh vực tái chế chất thải công nghiệp mà còn đặt ra một chuẩn mực mới cho vật liệu bảo vệ nhiệt độ cao. Được chế tạo trên nền tảng mullite và được cải tiến thông qua công nghệ biến tính nano và thiêu kết tiên tiến, sản phẩm đạt được những đột phá toàn diện về khả năng chịu nhiệt, độ bền và khả năng chống sốc nhiệt.

Với chuyên môn về nghiền siêu mịn, phân loại và biến tính vật liệu, Epic Powder cung cấp công nghệ xử lý hạt chính xác, đảm bảo các pha mullite có độ tinh khiết cao và độ phân tán nano đồng đều cần thiết cho các loại gốm sứ tiên tiến này. Bằng cách tích hợp các giải pháp nghiền và phân loại của Epic Powder vào quy trình sản xuất, những "siêu áo giáp" này sẵn sàng thúc đẩy các ngành công nghiệp nhiệt độ cao xanh hơn, hiệu quả hơn, và hỗ trợ con người khám phá những môi trường khắc nghiệt hơn với độ tin cậy vượt trội.