Огнеупоры

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

@Gudvin, Вообще, оксид титана классический пигмент, были попытки замены на оксид алюминия, но кроющая способность вне конкуренции. Еще были цинковые белили (оксид цинка), Вроде больше ничего не придумали из пигментов.

 

Продолжение.
Вернемся однако к нашим алюмосиликатам. Мы приводили ранее реакцию превращения каолинита в муллит, давайте ее повторим, но добавим к нему еще порошок алюминия 3 (Al2O3 x 2SiO2) + 4AL +(t) = (Мы рассматривали, что каолинит переходит в муллит и кристобалит при нагреве) = (3Al203 x 2SiO2)+2Al2O3 +SiO2+3Si + почти 2300 КДж (правда без пересчета на температуру прохождения реакции). Оксид алюминия и Оксид кремния при таких температурах вновь соединятся в муллит. Желающие могут уровнять коэффициенты с получением сразу муллита и пересчитать тепловой эффект реакции. Количества тепла тоже можно посчитать точно, если взять энтальпии образования всех веществ, взять интеграл от молярной теплоемкости, потратить туда нужные килоджоули и в остатке получим температуру до которой нагреется реакционная смесь. Ну а зная температуру по диаграмме увидим в какой форме (твердой, жидкой или газообразной у нас получится продукт). В этом и "прелести " технологии, что если не посчитаем, то можем получить продукт именно в газообразном состоянии с эффектом описанном выше (типа черный порох). Срок жизни муфельных печей, в которых проводят подобные эксперименты, аналогичен сроку жизни танков на поле под Прохоровкой на Курской дуге в 1943 году, если экспериментатор всецело полагается на свой опыт, игнорируя расчеты. Вернемся к нашей системе: Чтоб началась эта реакция, наши компоненты надо нагреть, и собственно ее запустить. Дальше по аналогии с названием она становится "Самораспространяющейся". Так вот в качестве спускового крючка, часто служит "грязь", которая есть в любом природном материале. Действительно, Оксиды железа есть везде, а тепловой эффект от взаимодействия с алюминием гораздо больший чем от оксида кремния., причем металлическое железо соединяется с металлическим кремнием давая силицид., а это уже достаточно инертное соединение. Таким образом мы еще и грязь удаляем. Что имеем в итоге. Взяли каолин, а получили почти чистый муллит, а отнюдь не шамот, да еще и железо связали и при этом все эти реакции прошли в нашем изделии, которое сохранило первоначальную форму, но полностью изменило свой состав. Продолжение следует...

 

Продолжение...
Конечно, все что было написано выше это, так сказать описательная возможность и сложность технологии, на самом деле все еще более сложно и интересно. Структура материала, получаемая после СВ-синтеза: Если с химией и термодинамикой все более менее понятно то вот с результатом...
Представим себе, что мы наблюдаем за реакцией в сильный микроскоп, чтоб рассмотреть физические явления сопровождающие прохождение хим. реакции. Вот капелька, а вернее шарик расплавленного алюминия (процесс начала СВС лежит где-то в районе 900-1000 градусов), в какой то момент времени металлический Al прорывает свою оксидную пленку и вступает во взаимодействие с окружающим материалом. Химическая реакция сопровождается большим тепловыделением и в какой-то момент времени Алюминий закипает (2470 градусов). Пары алюминия продолжают взаимодействие с веществом, только теперь помимо температуры, появляется еще и давление, которое направлено из центра алюминиевого шарика к его периферии. Оксид алюминия при такой температуре является маловязкой жидкостью, которая как "сварка" запечатывает поверхности раздела фаз, причем сплавляясь с материалом бывшей поверхности. Температурный фронт, как и давление направлены от центра к периферии и вызывает ближе к центру зону сплошного плавления окружающего материала, далее сильного оплавления, частичного и т. д. Все, реакция прошла и температура начала падать. Что мы увидем в "микроскоп". На месте алюминия дырка-кратер с расплавленными "остекленевшими" краями и налетом сконденсировавшегося из газа вещества (чаще всего нитрид или оксинитрид алюминия) дальше монолит из "стекла" с зачатками кристаллизации, еще дальше монолит, но с остатками кристаллов вещества не успевшего расплавится, еще дальше все этапы характерные для спекания. Образующееся стекло естественно не бутылочное или оконное, по сути это тот же муллит, который просто не успел им стать, т. е. химический состав его, а кристалла муллита еще нет. Стоит сказать, что образуются и такие вещества, как кианит, на диаграмме состояния его нет ибо в обычных условиях он не образуется (только при высоких давлениях и в нашем случае). Стекло конечно потом кристаллизуется в процессе эксплуатации при высоких температурах вместе с букетом физических явлений, но может остаться и "замороженным". Что же мы получили в макроструктуре и с какими свойствами? Постараемся тоже посмотреть. Продолжение следует...

 

Даже если температуры в 1000 градусов нет, то ее следует достигнуть, лучше испытывать на разгон до 1200 с сохранением окислительной атмосферы, именно такие температуры в в котлах ТЭЦ. Зола в зависимости от угля идет в виде остеклованных частиц с фазой альбит -геленит, вплоть до муллитизированной. Насчет огнеупорности райзера, тоже думаю, что поплавить его вряд ли возможно, но циклическая работа ограничит ресурс количеством теплосмен. Чем больше алюминия в составе тем меньше кварца и соответственно выше термостойкость.

 

Золоунос с ТЭЦ тип F по ихней классификации рекомендован как ингредиент для геополимерной керамики.

 

Продолжение. Макроструктура объекта: Как мы уже рассматривали, на месте алюминия образовалась замкнутая пора, окруженная застывшим расплавом, который может быть частично или полностью кристаллизованным, а также "ввареными" остатками исходного материала, за ней следующая пора от следующей частицы алюминия и т. д. Если состав изделия был правильно подобран то получим мелкопористую однородную периодическую структуру, за огнеупорность которой отвечает химический состав, механическую прочность - отсутствие поверхности раздела фаз, кроме пор (Для примера посмотрите ситаллы или ситалловые стекла и их механические характеристики), низкий КТР за счет структуры стеклофазы, высокая термостойкость (КТР низкий, трещина летит максимум до соседней поры). Ну и еще один плюс, при классическом обжиге, сколько надо держать изделие "под температурой", пока пройдет процесс спекания. Здесь нагрели печь до старта реакции и выключили, ибо температура дальше сама полезла за счет реакции. Печька остыла, готовое изделие вытащили. Все. Можно и сразу, после реакции, как только температура начнет падать, но тогда все реакции могут до конца не дойти+ кристаллизация не успеет пройти, но это уже от задач изделия зависит.
В общем главное не переборщить с тепловыделением, если энергоносителей будет мало СВС просто не запустится, если много придется менять оборудование, если очень много... (поэтому пусть приблеженный но тепловой баланс посчитать. Форум все таки связан с горением, поэтому участники имеют об этом представление. Горение дров это тоже СВС кстати)
Отдельно о спецэффектах. Взаимодействие алюминия с солями кальция дает тот самый алюминат, который называют высокоглиноземистым цементом. Изделие при хранении натягивает паров воды и рассыпается в мельчайшую пыль за пару дней. Примесь сульфатов в сырье, и изделие будет озонировать сероводородом какое то время окрестности своего пребывания. Неизвестные примеси вызывают неизвестные, но хорошо наблюдаемые последствия. Так в процессе обжига с помощью чего то (хотя по бумагам это был заполнитель корундовый ЗК-90), удалось испарить кварц прям из изделия и осадить его в виде кристобалита высочайшей чистоты на стенках лаборатории (и это при 1000 градусах). Понятно, что заполнитель тут не причем, но причину не нашли. Огнеупорные плиты очень футуристично смотрелись со сквозными оплавленными дырами, занимавшими до половины площади изделия. Продолжение следует...

 

Продолжение...
Ну вот краткий обзор сделали, теперь давайте по-рассуждаем, как сделать то, что надо из того, что есть. Здесь начинаются личные мнения поэтому относимся с пониманием и уважением к чужому опыту, а также знанием/незнанием предмета обсуждения. Начну со своего: Как уже описывал в концепции, что на пой взгляд огнеупорный материал, должен содержать поверхность, работающую в предельных эксплуатационных условиях (с запасом), далее материал сильно ослабляющий тепловой поток, материал устраняющий конвективный теплообмен. Мы получили трехслойную конструкцию типа керамика - газо/пенобетон - минеральное волокно. По первому слою особых идей нет, поскольку материал должен быть термостойким (выдерживать циклическую тепловую нагрузку), выдерживать температуру, "держать" форму, быть инертным и обеспечивать несущую способность, хотя бы для самого себя. В этом случае похоже подходит только предварительно термообработанный (обожженный) материал. В моем случае - распиленный на плиты кирпич, в дальнейшем СВС керамика собственного посола.
В качестве второго слоя использовал шамот ультралегковес, выпиливая из него ножовочным полотном любые конфигурации. Вот давайте обсудим возможность получения из "местных материалов" получение подобного. огнеупорность можно скинуть на пару сотен градусов, но учесть мощный излучающий ИФК поток от первого слоя. Можно организовать в наиболее горячем месте небольшой воздушный поток межу первой стенкой, для снятия избытков Джоулей, повышающих температуру и соответственно снять эти пару сотен градусов огнеупорности. Тепло воздушного потока можно попробовать перенаправить в топку печи в качестве вторички... У кого есть мнения... Прошу поделиться.

 

В качестве теплоизолирующего слоя использую МКРФ-100, пропитанный АБФС, исполюзую также перлит, замешанный на том же АБФС, связка образует вокруг зерен перлита высокотемпературный каркас, что позволяет работать ему не до 800-900 градусов, а до 1400-1500, при добавлении глины плотность, но и прочность полученной массы увеличивается.

 

Применительно к ракетному котлу, то толщиной слоя изоляции мы регулируем максимальную температуру райзера. Газы идущие вниз вдоль райзера охлаждаются ТО и также снижают температуру через изоляцию. Места для циркуляции воздуха в самой изоляции просто нет. Иначе площадь ТО будет слишком большой и изоляции нужно будет меньше априори. Видится скрученный на болванке пропитанный ЖС МКРФ до нужной толщины и потом обмазанный изнутри защищающий слой, который ещё должен иметь некоторую теплоёмкость для поддержания "микроклимата" в райзере.
ПыСы Пока писал почти тоже ответили. Мысли то сходятся.

 

Мне почему-то пропитка МКР волокна связкой не понравилась, в процессе эксплуатации в пыль превращается, Перлит вспученный я пробовал как заполнитель теплоизолятор в керамическом блоке, он в объеме сильно уменьшается при высоких температурах, постоянно досыпать приходилось однако уже мнения есть, причем совпадающие, и материал используется с меньшей огнеупорностью, даже без дополнительных мер по перегреву. Давайте посмотрим у кого еще какие идеи, потом перейдем к попытке улучшения используемых системы, раз мнения совпали.

 

Составы на основе перлита и вермикулита, наравне с золой, активно используются ракетчиками как имеющимися в доступе в виде агро, особенно в Америке, мировом лидере по производству этих материалов. Также их используют в огнеупорных бетонах и геополимерах. Вроде с доставаемостью по регионам проблем больших нет и у нас. Например, тот же перлит используется как "кошачий туалет". У ракетчиков также актуальная тема шаровые и другие мельницы для измельчения ингредиентов для связующего.
ПыСы Вот статейка, может кто чего интересного увидит. https://www.researchgate.net/publication/274386335_Use_of_Perlite_to_Produce_Geopolymers

 

Вот во втором посте
https://www.chipmaker.ru/topic/3333/page__st__560
товарищ трубу сделал.
И вот еще книга про неорганические клеи.

 

Если это мне, то спасибо, конечно! Но книгу я эту читал, как и некоторые другие по теме, да и на чипмейкере я бываю.
По поводу фосфатной связки - предпочитаю алюмоборфосфатную, потому как она самая дешевая и к тому же обладает ценным свойством - смеси на ее основе твердеют при комнатной температуре и их не требуется запекать, можно пропитывать ею древесину, ткань и пр. для придания им специальных свойств...

 

Готовую используете или сами делаете?

 

Не нашел АБФС в продаже на Украине. Где берете, если не секрет?