BỎ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA HÀ N Ộ I T R Ư Ờ N G Đ Ạ I HỌC K H O A HỌC T ự N H IÊ N Người là m lu ậ n văn: ỵPỉiait 'Jj / ù TỔNG QUAN VỂ VẬT LIÊU CHỊU LỬA VÀ BƯỚC ĐẦU THẢM DÒ ĐIỂU CHÊ SAMOT CAO NHÔM L U Ậ N VÃN T H Ạ C s ĩ K H O A H Ọ C HÀ NÒI -NĂM 2000 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LÒ I M Ở ĐẦU Bước sang thố ký 21- Thế kỷ cùa công nghệ sinh học - thỏnu tin, và công nchệ vạt liệu. Tro nu cỏnsz nuhệ vật liệu thì vật liệu chịu lửa (VLCL) dỏnsi m ột vai tro ụuan trọnn. Nói thế ký 21 là thế ký của VLCL hời vì thô ký 21 là kỷ imuyèn mà các ngành khoa học phát triển mạnh do đó các nỵành cỏ nu nghiệp đều phat triển không ngừng. Các nước trèn thế giới đều hướne tới mục liêu còng nghiệp hoa - hiện đại hoá đất nước.
Mục tiêu nàv càng cấp bach hưn đối với các nước còn chưa phát triển và đang phái triển. Các nước càng phát triển ihì nhu cầu về dời sông vật chất và linh thần ngày m ột cao. Đế đáp ứng nhu cáu cao của con người, đế thực hiện được mục tiêu còng nghiệp hoá - hiện đai hoa đất nước, nhất thiết phái có ngành công nshiệp VLCL phái trien bởi vi một đất nước phát trien ihãv rõ nhài là các thành phò. thị trán làng què sẽ không ntiừng có nhữntĩ công trình được xàv đựntì fió là: Các Jônu trình ihuý lợi các toà nhà cao tầng, các siòu thị.
nhữnu cày cầu. nhữnu con đườnụ ui ao ihòng đáp ứnti được sô lượng, phương, tiện tham gia mao thó nu ngày một nhiều và hiên đại. Như vặv đi đôi với nó là các ncành côniĩ nuhiẽp \àv dựnii. cỏnụ nghiệp sán xuất xi mãng, còng nghiệp luyện kim.
còng nghiệp chế tạo máv. công nghiệp hoá chất, còng nghiệp điện tử. phát triển mạnh mẽ, mà các cõne nghiệp đó đều có nhu cầu về VLCL đặc biệt là công nghiệp luyện kim và sàn xuất xi mãng. Nước Việt Nam ta cũng nằm trong xu hướng chung dó của thố giới.
Đại hội Đảnu lán thứ VIII đã xác định mục tiêu "Từ nay đến núm 2020 ra sức phùn dấu dưa nước ỉa trờ thành một nước COHỊỊ nghiệp", vì vậy trnnu nhừnc năm tới cỏ nu nghiệp VLCL Việt Nam sẽ phái trien mạnh là đưtrrm nhièn. Đii chuán bị ticm năng cho sự phát trien đó nũoài nhu cầu về VLCL cúa cac ngành còng nghiệp, nguồn nguyên liệu đê sán xuất ihì Idiỏng the thiêu nhừnt; con người có hiểu biết về VLCL để tạo ra những công nghệ sản xuất VLCL 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHẨN 1 TỔNG QUAN VỂ VẬT LIỆU CHỊU LỬA 1. M ó ĐẤU - KHÁI N IỆM VỂ VẬT LIỆU C H Ị l LỨA (V L C L) [3.8 1 VLCL là vật liệu mà ứng đụn*: chủ yêu cua chúng là báo vệ mỏi trườn«: hên nnoài và các bộ phận không chịu ỉứa cúa kếi cấu khỏi tác dụnn của nhiệt độ. của các khối nóng chảy và các khí bị đốt nóng.
Như vậy VLCL là các vật liệu có thể làm việc láu dài ở nhiệt độ cao. tronji mỏi trườn £ khác nghiêt khác nhau. Khái niệm về VLCL do đó hao gồm lĩnh vực rộng các lớp vật liệu và có thê được phán loại một cách tổng quát Ihco loại hợp chất hoá học tạo nên chúng. Đó là các oxit và các tổ hợp 2.
của chúng, các cacbua. nitrua và các tổ hợp của chúng, các kim loại, hợp kim. Cuối cùng đế kẽì hợp các ưu điểm và khác phuc các nhược điểm của từng chát nsười la dime vật liệu chịu lứa tổ hợp. Khôrụ: nén nghi rằnu lấy hâi kv chát nào có nhiêt đỏ nổny chảv rất cao la được • xem như một » loai • VLCL.
Đc làm VLCL cẩn đòi hỏi cỏ nhiêi độ nónt:c chả\ cao và nhiều đặc tính khác nữa. Nó cần phải bền với nhiệt, không hay íi bị biến dạrm dưới lác dụng của lải trọng ớ nhiệt độ cao. vì l(’rp lót lò chăng những phải chịu tác dung của nhiệt độ cao mà còn phải chịu tải trong cơ học lớn. Nó cần phải có độ bền nhiệt, không nứt vỡ khi nhiệt độ giao động đột niỉộl.
molipđen chảng hạn, mặc dù có độ nỏne chảy cao 2520°c nhurni: khỏns phải là VLCL tốt do ở nhiệt độ cao molipđen giòn. Vật liệu chịu lửa cần phải bền với xi. chịu được lác dụng của các môi trườn»: ãn mòn khác ớ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhiệt độ cao. Cuối cùng, nó cần phải có hệ số eiãn nở nhiệt Ihấp để giữ được ihé tích không đổi ỏ' IIhiệt độ cao.
lai đo vật liệu vẫn c*ciữ nuuyên ơ J dươc tất cả nhũìmCT tính chát này ờ ũiới han cần thiết Siọi là đô chiu lứa. Neười la. coi 1580°c là ‘liới han ihãp vồ độ chịu lửa có thế chấp nhận trons thực lé. Nếu độ chiu lứa cúa vậl liệu tháp hơn thì đó khống phải VLCL.
Nếu độ chịu lửa nằm trong giới hạn 1580°c đến 1770°c vậl liệu hoặc san phẩm được íiọi là chịu lửa. nếu trong íỊÌỚi hạn 177Ó°C đến 20()0°c nó cỏ độ chịu lửa cao, trên 2000°c. nó có độ chịu lửa rái cao. Taniali cachua TaC và Haĩini cachua HiC cỏ độ chịu lứa kỷ lục.
tư<mg ứng với 3880°c và 3900°c. Chúng nóng chảv ở nhiêl đô 4150°c và 4160uc. Nơoài ra còn tuv theo tính chất của các nuành công nghiệp còn yêu cầu VLCL một sỏ tính chất khác nữa như thâu notron tốt. \ AI T R Ô CUA VLCL TRONG s ự PHÁT TRIỂN CÓNG NGHIỆP Đẽ thấ\' được vai trò của VLCL đối với sự phát triển một sỏ nuành cóng nghiệp: xáv dựng, sản xuất xi măng, luyện kim.
công nghiệp hoá chất, gốm sứ. la ùm hicu những ứng dung cơ bản của VLCL trong các ngành cône nehiệp đó. từ đáy tháy được nhu cáu về VLCL của các neành công nghiệp trên va thay được nuành còng nghiệp VLCL klióng Ihé không phát triển mạnh ưonc xu hưtVníi phát trien chung của đất nước, cu thể là tưcmc lai cúa ngành cỏnũ nghiệp VLCL ở Việt Nam ra sao? 1. V ai tr ò và ứ n g d u n g c ủ a v ậ t liệu chịu lửa [3.9] Vật liệu chịu lửa làm việc láu dài ở nhiệl độ cao trong các mỏi trường khác nuhiệi khác nhau.
Các vậi liệu này được sử dụng rộng rãi trong công nehiệp cũng như đời sòng hàng ngàv. Phạm vi và qui mô sứ dung ngày cànu mớ rộng. Trong cóng nghiệp luyện kim VLCL được sử dụnc nhiều nhấi là 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com gạch chịu lửa. vữa chịu lửa đùne để xây lò cao, lò luyện thép (lò Mac tanh, lò chuyền, lò ció nóng) lò nấu luyện các kim loại màu.
lò điều chê các kim loại sạch và siêu sạch. Ngoài ra VLCL còn được sử dụng cho công nghiệp hoá chất, chế tạo máy. cônu nuhiệp nănũ lượng, để lót lò nunu xi măng, lò nấu các nồi hơi. N sày nay với sự phát triển của khoa học vật liệu, người la còn dùng VLCL mới chê lạo các động cơ đốl trong đoạn nhiệt (ađia batie) làm việc ớ nhiệt độ cao hơn 1000°c không cần hệ thống làm nguội để lăng hệ số tác dụng hữu ích, chế tạo các turbine khí làm việc lâu dài ở nhiệt độ rất cao, chế tạo các buồng đốt nhiên liệu và đầu phun khí đốt của các động cơ phản lực.
chế tạo vỏ tên lửa, vỏ vệ tinh lò phan ứnc của nhà máy điện nguyên tử. làm hình phản ứng, nồi lò. Người ta dùnc nồi corun đế nấu các kim loại tinh khiết như: Al. A £ và các hợp kim của chúng được dùng làm nổi.
bình phản ứng điều chê CÚL chất trên. Crorun hồn với HF đến 1400°c ncn được dime lam • c chén nung. Vật liệu kiểu spinel được dùng trong công nghiệp diện, điện tứ như vật liệu cách điện cao tần. vật điện từ.
Gach chiu 7 lừa cromil dùnũc để lót lò đốt nóngc đòi hỏi độ• bền xỉ cao. Gạch • crom - manhezi dùng để lót lò điện nấu thép, nấu đồng, lò quav xi m ăne. Nó được dùns: cùnc với gạch manhezi để xây tườnu lò Mac tanh (chỗ khỏne tiếp xúc với thép). Dolomit không nung dùng để rải ở cửa lò Mác tanh hoặc dùns để sửa chữa iườne sau lò.
úhíi dung của each chứa cachón là để lót đáv và tường lò cao. nó còn được sử dụns trong luyện kim màu. lót lò điện phán điều chế nhôm, iàm điện cực, lót lò nấu chì. Vật liệu sa mot - grafit chế tạo các nồi nấu luyện kim màu.
Vật liệu chịu lửa cacbua chế tạo các vật siêu cứng, bền nhiệt, ứng dụng Irons việc gia công nhanh kim loại. Các borua của các kim loại chuvcn tiếp như Cr, Zr, Ti. Nb, Ta và các hợp kim cùa chúnỉi (Cermet) được ứng dụng để chế tạo động cơ diezen 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com đoạn nhiệt, các chi tiết cùa động cơ phản lực, cánh turbin khí. Cacbua titan và một số kim loại khác được dùng làm VLCL chống oxihoá.
Một số borua được dùng làm xúc lác, làm catốt của dụnẹ cụ điện tử. N itruasilic dùns chế tạo độnii co' với lớp lót của xi lanh, nắp xi lanh, đầu piston. động cơ này làm việc trên ]000('C khỏnoo cần hê. thốncC7 làm nguội.
c • như trong c độn-; • <- cơ truvén mf thòng và cho hệ số tác dụng hữu ích cao. Nitruabo được dùng làm chén nunc chịu lửa đến 3000°c. Nhiều siiixua của nguyên tố F được sử dụng làm chất hấp thụ nơtron trong kỹ thuật năng lượnc nguyên tử. Dùng kim loại và hợp kim chịu lứa làm pin nhiệt điện tử hoác pin điện tử, lức là thiết bị chuyển đổi trực tiếp nhiệt năng của phản ứng hạt nhãn thành điện năng.
VLCL Compozit cacbon - cacbon được sản xuất làm ông phun sản phẩm cháy của các động cơ đẩy và náp đấy chắn nhiệt cho cửa thiết hi nhiệl. Ngoài ra vật liệu cacbon - cacbon có đặc tính ma sát tốt do đó được đùng trong các kĩ thuậi hãm tốc độ cho các phương tiện giao thóng, dùníi nó iàm vậl liệu V sinh, nhấl là trong giải phẫu chỉnh hình. N h u c ầ u vể V L C L tr o n g c á c n g à n h có n g n g h ịê p Đẽ thấy rõ hơn vai trò của VLCL đối với các ngành cồng nghiệp: XD. hoá chái, sản xuất xi mãng.
ta xcm xét nhu cầu về VLCL của các ngành công nchiệp đó trên thế giới và ở trong nước.