Calcinabili refrattarispesso sperimentano una significativa diminuzione della resistenza a temperature intermedie (tipicamente 800 gradi -1000 gradi o superiori). Ciò è dovuto principalmente alla disidratazione, ricristallizzazione e ritiro fisico degli idrati nel legante, che portano ad una struttura porosa. Per migliorare la resistenza a temperatura intermedia dei materiali colabili refrattari, è possibile concentrarsi su diverse dimensioni fondamentali: dosaggio delle materie prime, ottimizzazione del sistema legante, utilizzo degli additivi e tecniche di costruzione. Di seguito sono riportate strategie di miglioramento specifiche:
I. Ottimizzazione delle materie prime e compensazione delle reazioni chimiche
Questo è il metodo più diretto ed efficace. Il nucleo deve utilizzare l'espansione del volume generata dalla reazione chimica per compensare il ritiro durante la sinterizzazione.
1. Aggiunta di polvere fine di Al₂O₃: L'aggiunta di una quantità adeguata di polvere fine di Al₂O₃ (alfa allumina) per alluminare i calcinabili refrattari è fondamentale. A temperature intermedie subisce una reazione chimica per effetto di espansione, compensando la diminuzione di resistenza causata dal ritiro volumetrico. Soprattutto quando il legante è un cemento ad alto contenuto di allumina CA-70-, l'aggiunta di questa polvere fine può addirittura aumentare la resistenza alla temperatura intermedia invece di diminuirla.
2. Introduzione di riempitivi attivi: il cemento alluminato puro è combinato con fumi di silice. A 800-1200 gradi, i fumi di silice reagiscono con l'ossido di calcio per formare una fase rinforzante di anortite, che può effettivamente aumentare la resistenza a temperatura intermedia di circa il 20%.
II. Aggiunta di agenti di sinterizzazione ed agenti espandenti
Introducendo materie prime minerali specifiche è possibile modificare il comportamento di sinterizzazione o la stabilità volumetrica del materiale a temperature intermedie.
1. Aggiunta di argilla morbida (agente di sinterizzazione): l'aggiunta del 3%-6% di argilla morbida può favorire la sinterizzazione del calcinabile a temperature più basse, modificando la microstruttura e aumentando così la resistenza alla temperatura intermedia-, superando anche la resistenza all'essiccazione in forno.
2. Utilizzo di andalusite (rinforzo ad alta-temperatura): sebbene l'andalusite funzioni principalmente a temperature elevate (oltre 1300 gradi), se la formulazione è progettata correttamente (aggiunta sotto forma di polvere fine), la mullite e l'eccesso di SiO₂ generati durante la sua decomposizione ad alte temperature possono formare mullitizzazione secondaria, che è molto utile per mantenere la resistenza dopo aver attraversato l'intervallo di temperature intermedie.
3. Utilizzo del carburo di boro: il carburo di boro si ammorbidisce alle alte temperature e aderisce alla superficie delle particelle, contribuendo alla densificazione. Il film di ossido B₂O₃ formato sulla sua superficie fornisce resistenza all'ossidazione, mentre i cristalli colonnari generati riducono la porosità e migliorano la resistenza alla temperatura intermedia.
III. Migliorare il sistema di incollaggio:
Il legante è lo “scheletro” dei calcinabili refrattari. La scelta di un legante adatto può modificare radicalmente la debolezza della resistenza alla temperatura intermedia.
1. Utilizzo di cemento ad alte-prestazioni: quando possibile, è necessario utilizzare cemento puro all'alluminato di calcio (CA-70 o grado superiore). Rispetto al cemento CA-50 ordinario, ha un tasso di ritenzione della resistenza migliore nella fase di temperatura intermedia.
2. Leganti compositi: il cemento è combinato con leganti chimici (come i fosfati) o vengono utilizzati leganti coesivi (come sol di silice e sol di allumina). Questi metodi di legame formano una struttura di rete stabile a temperature intermedie, a differenza dei leganti di idratazione puri che tendono a collassare a causa della disidratazione.
IV. Ottimizzazione della microstruttura e della dimensione delle particelle:
Vengono utilizzati metodi fisici per rendere più compatta la struttura interna del materiale e ridurre i difetti.
1. Ragionevole distribuzione delle dimensioni delle particelle: ottimizzare la distribuzione delle particelle degli aggregati (come corindone e mullite), seguendo il principio dell'impaccamento più vicino per ridurre la porosità interna.
2. Introduzione della tecnologia delle micropolveri: aggiungere quantità adeguate di micropolvere di allumina attivata o micropolvere di silice, utilizzando l'effetto di riempimento della micropolvere per ridurre la porosità apparente, aumentare la densità del materiale e quindi migliorare la resistenza.
V. Controllo della costruzione e della polimerizzazione:
Anche con la migliore formulazione dei materiali calcinabili refrattari, una costruzione impropria ridurrà significativamente la resistenza.
1. Controllo rigoroso dell'aggiunta di acqua: un'aggiunta eccessiva di acqua aumenterà significativamente la porosità e ridurrà la densità. La quantità di acqua aggiunta deve essere rigorosamente rispettata secondo la quantità consigliata dal produttore durante la miscelazione.
2. Standardizzare il processo di cottura: quando si riscalda a temperatura media (in particolare 900 gradi -1200 gradi), è necessario garantire un tempo di mantenimento sufficiente per consentire agli idrati di disidratarsi e ricristallizzarsi completamente, evitando crepe o strutture allentate dovute al riscaldamento eccessivo.
