(Binders for Refractory Castables: An Overview)
R.Sarkar
بخش سوم (آخر)
سیستم کلوئیدی (سل)
استفاده از سیمان آلومینات کلسیم ، کاربردهای دمای بالا جرم های نسوز را محدود می کند ، زیرا آهک موجود در سیمان با سیلیس و سایر ناخالصی های موجود در سیستم واکنش داده ، فاز مایع تولید می کند و خواص دما بالای سیستم را تخریب می کند. برای ترکیبات حاوی سیمان بالا ، CaO در سیستمهای CaO-Al2O3-Fe2O3 ، CaO-Al2O3-SiO2 و .... ترکیبات با دمای ذوب پایین ایجاد می کند. کاهش مقدار سیمان باعث کاهش مقدار CaO در سیستم جرم نسوز می شود و بنابراین مقدار فاز مایع را هم کاهش می دهد و منجر به کمتر شدن تخریب خواص دما بالا می شود. با این حال ، این کاهش نیاز به مواد ریز دیگری دارد که عمدتا به عنوان پرکننده عمل می کنند ، مانند میکروسیلیس. که این امر نیز نیز با افزایش تشکیل فاز مایع در سیستم CaO-Al2O3-SiO2 همراه است.
همچنین ، برهم کنش بین ذرات سیمان ، مواد پرکننده خوب و افزودنیهای تغییر دهنده خاصیت ، کل سیستم جرم را به طور ذاتی حساس تر می کند. باز هم ، همانطور که CaO ویژگی اصلی ترکیب را تعیین می کند ، مقاومت در برابر خوردگی سیستم های حاوی سیمان بهترین نیست. خشک شدن و پختن جرم های حاوی سیمان نیز نیازمند توجه ویژه ای است ، زیرا حذف رطوبت ممکن است باعث انفجار و ترک خوردگی ساختار شود.
با توجه به محدودیت های جرم های با پیوند سیمانی (هیدرولیکی) ، دانشمندان نسوز روی توسعه چسب بدون سیمان/CaO کار کردند. در میان مواد کاربردی موفقیت آمیز ، از نظر تجاری هم ، سیلیکا/سل سیلیکا مهمترین گزینه است. علاوه بر پایداری بالا و مقدار ماده جامد بیشتر ، عاملی که به نفع سیلیکا سل است ، امکان تشکیل مولایت در ترکیبات مبتنی بر آلومینا است.
سیلیکا سل یک مخلوط پراکنده کلوئیدی آبی از ذرات سیلیس به اندازه نانو و کروی شکل است. ذرات سل به قدری کوچک هستند که در آب معلق می شوند و نیروی گرانشی نمی تواند آنها را ته نشین کند. در عین حال آنها به اندازه ای بزرگ هستند که از غشا عبور نمی کنند ، اجازه می دهند مولکولها و یونهای دیگر آزادانه از میان آنها عبور کنند و به فضاهای بین مولکولی آب وارد نمی شوند. سیلیس کلوئیدی یک مایع شفاف است که به دلیل وجود ذرات معلق سیلیس از آب سنگین تر است و از نظر الکترواستاتیک تثبیت می شود تا یک سوسپانسیون پایدار ایجاد کند.[ SiO4] 4- tetrahedra ، واحدهای اصلی سیلیس کلوئیدی ، به طور تصادفی در آب توزیع شده و از این رو یک ویژگی آمورف ایجاد می کند. برای تولید سل سیلیس ، محلول قلیایی سیلیکات (سیلیکات سدیم) خنثی می شود و هسته های سیلیکا را تشکیل می دهد که اندازه آنها فقط چند نانومتر است.
پلیمریزاسیون این هسته ها زمانی اتفاق می افتد که محلول با تغییر pH سوسپانسیون ، دما و غیره ناپایدار شود. این امر بر پایداری تک تک هسته های سل تأثیر می گذارد. آنها آگلومره می شوند و اندازه آنها افزایش می یابد. سیلیکای کلوئیدی در محدوده pH 8 تا 10 پایدار است ، اما اگر مقدار pH از 10.5 تجاوز کند ، رسوب کرده یا منعقد می شود. بنابراین برای حفظ محلول در شرایط پایدار ، باید بدون مزاحمت باقی بماند ، به ویژه بدون تغییر در pH و دما. تغییر قابل ملاحظه ای در دما از محدوده دمای پایداری باعث ایجاد بی ثباتی در سل می شود که منجر به انعقاد ذرات و ته نشینی می شود. به غیر از کاربردهای نسوز ، سیلیکای کلوئیدی برای تولید کاتالیزورهای پوشش و جاذب رطوبت ، در صنعت کاغذ و غیره نیز مهم است.
استفاده از سیلیکا سل به عنوان چسب جایگزین سیمان آلومینایی برای علم نسوز یک پیشرفت عالی محسوب می شود ، زیرا ساخت جرم نسوز بدون سیمان را امکان پذیر ساخته، محدودیت های جرم های سیمانی را نداشته و باعث بهبود خواص می شود. ذرات سل منفرد از نظر اندازه بسیار ریز و از نظر شکل کروی هستند و بنابراین ، رفتار جریان پذیری جرم را بهبود می بخشند. باز هم ، بالا رفتن استحکام در ترکیب پیوندی سل از طریق تشکیل ساختار "ژلی" ، با پیوند ذرات جداگانه به یکدیگر و تشکیل یک زنجیره منشعب ، در فرآیندی به نام "ژل شدن" یا "ژلاسیون" رخ می دهد. این ساختار ژلی ، ذرات جرم را احاطه کرده و آنها را از طریق یک شبکه اسکلت سه بعدی ، که مقاومت مکانیکی مناسبی پس از خشک شدن ایجاد می کند ، در بر می گیرد. این ساختار شبکه در دماهای پایین به جرم استحکام میدهد.
هنگام بالا رفتن دما، رطوبت از بین می رود و گروه های هیدروکسیل (Si-OH) سل به پیوندهای سیلوکسان (Si-O-Si) تبدیل می شوند و در نتیجه منجر به ایجاد یک شبکه سه بعدی محکم می گردند. مواد افزودنی (که عوامل تولید ژل نامیده می شوند) همچنین به حذف H از گروه های SiOH و با بی ثبات سازی محلول در فرایند ژلاسیون کمک می کنند. CaO یا سیمان ، MgO با تشکیل هیدروکسیدهای مربوطه ، Ca (OH) 2 یا Mg (OH) 2 ، واکنش آنیونی را ترجیح داده و یونهای H را از Si -OH خارج کرده و تشکیل Si -O -Si را به دنبال دارند ، بنابراین سرعت ژلاسیون افزایش می یابد.
خروج آب از جرم نسوز حاوی سیلیکا سل در دمای کمتر از دهیدراتاسیون کامل سیستم های پیوندی آلومینات کلسیم رخ می دهد ، بنابراین محصول متراکم تری پس از خشک شدن بدست می آید. باز هم ، با خروج رطوبت از ساختار ژل هنگام خشک شدن ، یک ساختار متخلخل و بسیار نفوذپذیر شکل می گیرد. بنابراین ، زمان خشک شدن و کل فرآیند کاهش می یابد ، که همچنین خطر ترک خوردن و ترکیدن را کاهش می دهد. با این حال ، این ساختار متخلخل ممکن است مقاومت مکانیکی را کاهش داده و بر سرعت خزش تأثیر بگذارد. مجدداً ، ذرات ریز سیلیکا از سل موجود جرم با ذرات آلومینا موجود واکنش داده و در دمای پایین مولایت ایجاد می کنند. این امر خواص دما بالا و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می بخشد و همچنین مقاومت شوک حرارتی جرم را افزایش می دهد. همانطور که در شکل نشان داده شده است جرم های آلومینایی پیوند داده شده با سیلیکا سل پس از پخت کوراندوم (به عنوان فاز اصلی) و مولایت (به عنوان فاز جزئی) را در ساختار خود خواهند داشت. ذرات ریز ژل باعث پخت بهتر جرم نسوز شده، منجر به تشکیل پیوند سرامیکی در دمای پایین تر می شوند و خواص بهتری را در مقایسه با پیوندهای سیمانی ایجاد می کنند.
مزایای پیوند کلوئیدی/سل نسبت به پیوند سیمانی در زیر فهرست شده است:
- زمان اختلاط کمتر به دلیل عدم وجود مواد افزودنی (مانند دفولکوله کننده ها ، عوامل مانع گیرش و ...)
- ذرات کروی در اندازه نانو ، جریان پذیری را حتی با وجود آب کمتر بهبود می بخشد.
- گرانروی بیشتر (نسبت به آب) به جداسازی ذرات نسوز کمک می کند و بنابراین ، جریان پذیری را بهبود می بخشد.
- زمان خشک شدن و عیوب خشک شدن به دلیل کاهش آب آزاد کاهش می یابد.
- تشکیل زود هنگام مولایت در فرمولاسیون ترکیبات مبتنی بر آلومینا مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر حرارت را بهبود می بخشد.
- خواص دما بالای بهتر به دلیل عدم وجود ترکیبات با دمای ذوب پایین در سیستم های CaO-Al2O3-Fe2O3 و CaO-Al2O3-SiO2
- ویژگی های دما بالا منجر به طول عمر بیشتر می شود.
- ماندگاری طولانی تر به دلیل عدم وجود هرگونه فاز جاذب رطوبت
- ذرات کلوئیدی ریز موجود در سل، غیر اکسیدها را به طور موثرتری می پوشانند و در نتیجه باعث بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون و عملکرد بهتر برای ترکیبات حاوی اکسید می شوند.
با این حال ، همه موارد ذکر شده همیشه برای حلالهای سیلیس مطرح نیستند. وجود سیلیس بدون واکنش در جرم نسوز به دلیل مساحت سطح زیاد (انرژی سطحی) باعث ایجاد فاز مایع در دمای پایین تر می شود. این قضیه منجر به تخریب خواص دما بالا، به ویژه در یک محیط قلیایی می شود، بنابراین محدودیت هایی را در کاربردهای دما بالا ایجاد می کند. این امر محققان را بر آن داشت که به دنبال سیستم های سل دیگری باشند که عاری از چنین معایبی باشد. در میان سایر سیستم های پیوندی سل ، عمدتاً آلومینا ، مولایت ، منیزیم و سل های اسپینل هم برای جرم نسوز آزمایش می شوند. اما مستندات کافی در مورد چنین مطالعاتی موجود نیست. موانع عمده برای چنین کاربردهایی ، مشکلات مختلف فرآیندی است ، مانند محتوای جامد کمتر از سل که منجر به فعالیت پیوندی ضعیف، پایداری ضعیف سل ، بالا رفتن آب مصرفی برای فرآیند و ... می شود.
همچنین ، در اکثر این آزمایشات ، اتصال دهنده کلوئیدی به عنوان یک چسب حمایتی همراه با سیمان آلومینایی مورد استفاده قرار گرفت و در شناسایی مزایای هر سیستم پیوندی به صورت جداگانه مشکل ایجاد کرد و معایب پیوند سیمان را در سیستم جرم نسوز بوجود آورد.
همچنین مطالعاتی در مورد استفاده از سایر سیستمهای سل به عنوان اتصال دهنده در ترکیبات جرم با آلومینای بالا ، مانند سل آلومینا ، سل بوهمیت ، سل مولایت ، سل اسپینل و غیره وجود دارد. خواص عالی برای جرم ، به ویژه خواص دما بالا ، مانند مقاومت در برابر حرارت ، مقاومت در برابر خوردگی ، مقاومت در برابر شوک حرارتی و غیره ، در مقایسه با ترکیبات سیلیکا سل و سیمان ، اما با کاهش مقاومت خشک گزارش شده است. عدم وجود هرگونه ناخالصی و فاز با دمای ذوب کم در ترکیبات، دلیلی بر ویژگی های بهتر این سیستم ها بود. همچنین ، این مطالعات نشان داد که ترکیباتی که مقدار بیشتری از اجزای ریز از مواد در فرمولاسیون خود دارند خواص بهتری را نشان می دهند. برخی از جزئیات خواص این سیستم های در جدول 3 ، همراه با خواص سیلیکا سل تجاری ارائه شده است.
آلومینای هیدراته:
چسب های آلومینای هیدراته (HA) به طور فزاینده ای در جرم های بدون سیمان مورد استفاده قرار گرفتند و به دلیل ویژگی منحصر به فرد خود در تهیه آلومینا به عنوان محصول باقی مانده پس از پخت توجه زیادی را به خود جلب کردهاند. این چسب، هیچ فاز یا جزء ثانویه ای را ایجاد نمی کند و بنابراین می توان خلوص بالای سیستم را حفظ کرد، و با وجود آن داشتن جرم با خلوص بیش از 99 درصد امکان پذیر است. در این پیوند ، فاز زمینه حاوی اتصال دهنده به شکل ژل هیدروکسید آلومینیوم است که دانه های جرم نسوز را توسط یک لایه آلومینای محافظ غیر واکنشی می پوشاند. بنابراین، ترکیب یک جرم نسوز که هر دو فاز اگریگیت و زمینه آن آلومینا باشد ممکن است، که منجر به بهبود مقاومت سرباره ، چقرمگی شکست ، استحکام حرارتی و مقاومت در برابر ضربه و شوک حرارتی و غیره می شود. عدم وجود آهک و سایر ناخالصی ها احتمال تشکیل هر گونه فاز مایع و استحکام بالای ایجاد شده به دلیل تشکیل پیوند سرامیکی در دماهای بالا را نیز از بین میبرد. استفاده از چنین جرم نسوزی که فقط از آلومینا تشکیل شده باشد اولین بار در ژاپن گزارش شد. اتصال دهنده های آلومینای هیدراته به ویژه در ایجاد پیوندهای پایدار برای فرآیندهای متالورژی با خلوص بالا که در آن جذب Ca و Si یک نگرانی اصلی است ، مفید است. آلومینای قابل هیدراتاسیون یک آلومینای گذرا از مزوفاز با بلورینگی کم است (به عنوان مثال θ، ρ) ، که مشابه سیمان در واکنش با آب سخت می شود. به دو صورت عمده از ژیپسیت تولید می شود: الف) کلسییناسیون خلاء (550 تا 600 درجه سانتیگراد) و ب) کلسیناسیون فوری (بین 600 تا 900 درجه سانتی گراد). محصول حاصله یک آلومینای انتقالی بسیار واکنش پذیر است که ρ-آلومینا نیز نامیده می شود. به دلیل ماهیت بسیار واکنش پذیر ، این آلومینا تمایل به جذب آب مجدد در حضور رطوبت را دارد ، به همین دلیل به آن آلومینای قابل هیدراتاسیون می گویند. این هیدراتاسیون ویژگی اتصال را در جرم های نسوز فراهم می کند. واکنش هیدراتاسیون به شرح زیر است:
ρ-Al2O3 + H2O → Al2O3∙3H2O (Bayerite)+ Al2O3∙(1–2) H2O (Boehmite gel)
این واکنش هیدراتاسیون بطور قابل توجهی به دمای عمل آوری بستگی دارد. در دمای 5 درجه سانتی گراد بسیار کند بوده اما در دمای 30 درجه سانتی گراد سریع است. همچنین به نسبت آب بستگی دارد. تشکیل بایریت در مقدار آب کمتر، کمتر است. مواد افزودنی همچنین تشکیل فازهای هیدراته را کنترل می کند. افزودن نمک فلز قلیایی، تشکیل فاز بایریت را افزایش می دهد، در حالی که کربوکسیلیک اسید آلی تشکیل فاز ژل بوهمیت را افزایش می دهد.
واکنش هیدراتاسیون یک لایه ضخیم از ژل را تشکیل داده ، که متعاقباً بخشی از آن به فازهای بایریت و بوهمیت متبلور می شود و قسمت باقی مانده آن به صورت ژل آمورف تشکیل می گردد. این تشکیل ژل بستگی به دمای هیدراتاسیون و مقدار pH سیستم دارد. کریستال های بایریت یک ساختار متصل به هم تشکیل می دهند و منافذ و عیوب سطحی را به همراه ژل تشکیل شده پر می کنند. آنها همچنین یک ساختار لانه زنبوری روی اگریگیت های نسوز تشکیل داده و استحکام خام ایجاد می کنند. تشکیل بلورها همچنین در سطح اگریگیت ها هم رخ می دهد و بلورها با یکدیگر پیوند می خورند و دانه های مجاور را در زمینه اطراف به هم متصل می کنند. در حین گرمایش ، تمام فازهای هیدراته آب پیوندی شیمیایی خود را از دست می دهند و به ذرات ریز پایدار α-Al2O3 تبدیل می شوند. این ذرات ریز آلومینا به پخت در دماهای بالاتر کمک می کنند تا پیوندهای سرامیکی سریعتر ایجاد شده و استحکام را افزایش دهند.
جرم های ریختنی با پیوند HA نیز دارای معایبی است. زمان اختلاط آنها در مقایسه با سیمان به دلیل سطح ویژه بالا (m 200 متر مربع در گرم) بیشتر است. مصرف کنندگان تمایل به اضافه کردن آب اضافی برای دستیابی به اختلاط سریع تر و قوام جریان بیشتر دارند. که خود مقوله افزودن آب بیشتر زمان کار را افزایش می دهد و بر چگالی ، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی تأثیر می گذارد. بهبود مقاومت در این جرم ها به هیدراتاسیون سطحی ذرات آلومینای هیدراته بستگی دارد. اگر دمای اختلاط و عمل آوری جرم ها بسیار پایین باشد (<18 درجه سانتی گراد) ، تمایل به هیدراتاسیون نیز کم است ، و در نتیجه بهبود استحکام کمی ایجاد می کند. بنابراین ، در مکانهای سردتر ، افزودن آب گرم و/یا تأسیسات گرمایش موضعی در حین مخلوط کردن و پخت برای هیدراتاسیون مناسب و ایجاد استحکام لازم است. مجدداً ، در یک محیط مخلوط کردن و پخت گرم (> 38 درجه سانتیگراد) ، احتمال گیرش موضعی و سریع زیاد است ، که باعث مقاومت غیر یکنواخت و ضعیف جرم می شود. بنابراین دمای اختلاط و پخت مهم است.
همچنین ساختار ایجاد شده پس از تثبیت HA باعث کاهش قابل توجه تخلخل و نفوذپذیری جرم می شود ، که این امر باعث افزایش احتمال ترکیدن جرم ریخته شده در طول خشک شدن می شود. استفاده از الیاف آلی که در دمای زیر 150 درجه سانتیگراد ذوب شده یا منقبض می شوند ، ضروری است تا بتواند رطوبت را از بین ببرد ، و در دمای بحرانی از ترک خوردن محافظت کند. برای ایجاد استحکام مطلوب و جلوگیری از ترک خوردن و یا منفجر شدن ، احتیاط لازم برای فرآیند خروج آب ضروری است. علاوه بر این ، کاهش استحکام مکانیکی در حین پخت در محدوده 300-1000 درجه سانتی گراد وجود دارد ، که با تشکیل یک ساختار متخلخل به دلیل تجزیه هیدرات ها همراه است. استفاده از آلومینای هیدراته به عنوان ماده اتصال در جرم ها نیز از نظر اقتصادی نامطلوب است.
پیوند دهنده های شیمیایی و فسفاته:
پیوند دهنده های شیمیایی به گروهی از مواد اطلاق می شود که ماهیت غیر هیدرولیکی و معدنی دارند. آنها از طریق واکنش های شیمیایی درون خود یا با اجزای جرم در طول زمان ، دما یا در حضور افزودنی ها پیوند ایجاد می کنند. به منظور به حداکثر رساندن زمان بهره برداری برای صنایع مصرف کننده ، به ویژه در صنایع پتروشیمی ،جرم های شیمیایی ، به ویژه باندهای فسفاته ، به دلیل زمان گیرش کوتاه (در مقایسه با سایر اتصال دهنده های هیدرولیکی) و ویژگی های جالب دیگر مانند استحکام خام بالا ، چسبندگی خوب ، کاهش احتمال ترک خوردن در دمای بالا پس از پخت و غیره این مواد کاربردی تر هستند.
استفاده از پیوند دهنده های شیمیایی با سیلیکاتها از مدتها قبل شروع شد ، به ویژه سیلیکات سدیم ، که هنوز در کاربردهای دمای پایین مناسب هستند. تشکیل ترکیبات با دمای ذوب پایین به دلیل وجود یون های سدیم اجازه استفاده از این مواد پیوندی با سیلیکات را در محیط های با دمای بالا را نمی دهد. چسب های تجاری سیلیکات به صورت پودر یا به صورت محلول مایع هستند و از نظر شیمیایی به صورت Na2O ∙ xSiO2 ∙ yH2O در دسترس میباشند ، که مقدار x بین 1 تا 4 است. با این حال ، برای نسوزها معمولاً از مقدار x بین 2 تا 3.35 استفاده می شود. در ترکیب شیمیایی معمول اتصال دهنده سیلیکات سدیم Na2O بین 7- 13 درصد ، SiO2 بین 25-33 درصد و H2O بین 59-68 درصد است. گیرش و سفت شدن این چسب با خشک شدن یا عملیات حرارتی اتفاق می افتد و اغلب زمان بر است. سیلیکات سدیم (آب شیشه نیز نامیده می شود) یک چسب است که در هوا گیرش دارد و در دمای اتاق کار می کند. مکانیسم گیرش آن یک فرآیند ژلاسیون در شرایط اسیدی است. برای بهبود این ویژگی گیرش/سخت شدن ، یک عامل ژل کننده مانند پودر فلز یا سیلیکات فلز قلیایی و یک عامل سخت کننده مانند فسفات آلومینیوم اضافه می شود.
در بین انواع مختلف پیوندهای شیمیایی موجود برای جرم های ریختنی ، فسفاتها بیشترین مطالعه و پرکاربردترین مواد را دارند. جزئیات پیوند فسفاته و بررسی پیرامون مناسب بودن آن برای مواد نسوز از مطالعات دقیق Kingery از دهه 1950 شناخته شده است ، اما بهره برداری تجاری و استفاده صنعتی از آن بیشتر طول کشید. پیوند فسفات در درجه اول برای جرم های نسوز پلاستیک مهم است. از آنجا که حاوی هیچ ترکیب آهکی یا قابل هیدراتاسیون نیست ، در شرایط محیط به راحتی گیرش نمی یابد. مستقل از شرایط جوی است. این بدان معناست که برای مدت نامحدود مرطوب می ماند و همچنین کار پذیر است و مانند یک توده پلاستیکی رفتار می کند. این قضیه بازه زمان کاری گسترده ای برای تعمیر جرم فراهم می کند. اتصال فسفات عمدتا به خاطر چسبندگی خوب آن ، به ویژه با قطعات فلزی ، و به دلیل اینکه در هنگام گرمایش احتمال ترک خوردگی کمتری دارد و امکان نصب سریعتر مهم است. با این حال ، پیوند فسفات به دلیل استحکام ضعیف در دماهای پایین در مناطق محدودی استفاده می شود. یک ساختار ضعیف و متخلخل در جرم های فسفاته ایجاد میشود که به دلیل استفاده از مقدار نسبتاً زیادی مایع در حین نصب می باشد که منجر به استحکام ضعیف ، مقاومت در برابر خوردگی کم و سایش آسان پوشش می شود. همچنین به دلیل خاصیت اسیدی ، پیوند فسفاته در محیط های اولیه به خوبی کار نمی کند. پیوند را می توان با واکنش بین اسید ارتو فسفریک (H3PO4) و آلومینا یا افزودن فسفات مونو آلومینیوم [MAP یا Al (H2PO4) 3] در جرم ریختنی توسعه داد. این اتصال برای ترکیبات مبتنی بر سیلیس یا منیزیا استفاده نمی شود. سیلیکا در دماهای پایین با اسید فسفریک واکنش نمی دهد و همچنین ترکیبات با دمای ذوب پایین SiO2 ∙ P2O5 و 2SiO2 ∙ P2O5 ایجاد می کند و باعث تغییر شکل دیرگداز بین 1100-1300 درجه سانتی گراد می شود. مجدداً ، منیزیم با اسید فسفریک واکنش فوری نشان می دهد و سریعا گیرش می یابد. همچنین ، ترکیبات مختلف MgO -P2O5 تشکیل شده در ترکیب ، دمای ذوب کمی دارند: همه آنها زیر 1327 درجه سانتی گراد ذوب می شوند.
محلول اسید فسفریک (H3PO4) در دماهای پایین با آلومینا واکنش نشان نمی دهد و بنابراین جرم ریختنی گیرش نمی یابد. تنها زمانی واکنش نشان می دهد که ترکیب بین 127 تا 427 درجه سانتی گراد گرم شود تا مونو آلومینیوم فسفات (MAP) Al (H2PO4) 3 تشکیل شود. این واکنش در دمای اتاق با Al (OH) 3 شروع می شود و بنابراین برای شروع سریعتر گیرش ، هیدروکسیدها نیز در ترکیبات جرم مبتنی بر آلومینا گنجانده می شوند. این MAP تشکیل شده، تجزیه می شود تا ارتو آلومینیوم فسفات (OAP) را در دمای 732 درجه سانتی گراد تشکیل دهد و این تجزیه ممکن است تا 1327 درجه سانتی گراد ادامه یابد. افزایش بیشتر دما باعث تجزیه فسفات به آلومینای خالص و پنتوکسید فسفر (گاز) در دمای 1350 درجه سانتی گراد شود. جزئیات واکنشها در زیر نشان داده شده است.
- 6H3PO4 + Al2O3 = 2Al(H2PO4)3 + 3H2O (temperature 127−427 °C)
- 3H3PO4 + Al(OH)3 = Al(H2PO4)3 + 3H2O (room temperature)
- Al(H2PO4)3 = AlPO4 + 3H2O + P2O5 (temperature 732−1327 °C)
- 2AlPO4 = Al2O3 + P2O5 (above 1350 °C)
از این رو ، پس از پخت، فاز فسفر باقی مانده ای در ترکیب چرم ریختنی وجود ندارد و ترکیب آلومینای خالص می شود. بنابراین هیچگونه فاز ثانویه ای در جرم از چسب آن ، به طور مثال از سیمان و سیلیکا سل ، وجود ندارد و ترکیب جرم اولیه میتواند خواص خاص خودش را داشته باشد. با این حال ، خلوص ترکیب به تنهایی عملکرد یک جرم را تعیین نمی کند و اتصال فسفات با چند اشکال همراه است. جرم های ریختنی بسیار ضعیف هستند و افزایش استحکام در شرایط محیط بسیار کند است. برای بهبود کیفیت ، افزودنی هایی جهت گیرش، مثل MgO ، CaO ، آلومینات کلسیم و غیره اضافه می شوند. این مواد اساسی بلافاصله با جزء اسیدی/ترکیب اسیدی اتصال، واکنش نشان می دهند و منجر به تشکیل فسفات های آمورف/کریستالی می شوند و باعث سخت شدن ، گیرش و افزایش استحکام می شوند.
همچنین ، برای داشتن پیوستگی مناسب و قابلیت کارپذیری ، وجود مقدار مناسبی آب آزاد لازم است ، که فراهم آوردن آن مستلزم یک برنامه خشک کردن طولانی و آهسته است. در حین پخت، رطوبت و گاز P2O5 به دلیل تجزیه ترکیبات مختلف فسفات آزاد می شود و باعث ایجاد تخلخل در پوشش جرم می شود. تخلخل تولید شده در دماهای بالا به سختی حذف می شود و در نهایت یک محصول متخلخل و ضعیف ایجاد می شود که دارای استحکام کم بوده و در برابر خوردگی ، سایش ، ضربه و نوسانات حرارتی آسیب پذیر است.
مجدداً ، هنگامی که MAP به شرط انحلال در آب اضافه شود ، استحکام پیوندی نسبتاً بالا و واکنش با مواد اولیه اساسی و آمفوتریک خام در دماهای پایین بدست می آید. این باعث ایجاد گیرش سریع واستحکام خام متوسط می شود. با این حال ، اختلاط نامناسب و انحلال ضعیف فسفات ممکن است منجر به پیوند نامناسب و خواص ضعیف جرم شود. ویژگیهای پیوندی بستگی به اندازه پودرهای فسفات، حل شدن فسفاتها در آب و فرآیندهای واکنشی و اختلاط با ذرات نسوز در ترکیب دارد. خشک کردن و گرم کردن دقیق نیز لازم است تا رطوبت به طور کامل حذف شود و از ترک خوردن و ریزش جرم جلوگیری شود.
نتیجه گیری:
در جرم های ریختنی ، اتصال دهنده ها برای حفظ شکل در شرایط خام و افزایش استحکام در دمای محیط و بالا ضروری هستند. اتصال دهنده ها همچنین با داشتن ذرات ریز به زینتر جرم کمک می کند ، به طوری که فرآیند تراکم منجر به جرم با تراکم و استحکام کم نمی شود. سیمان آلومینا و اتصال دهنده های آلومینای هیدراته بر اساس اصل هیدراتاسیون عمل می کنند ، اما تجزیه فازهای هیدراته در حین پخت تأثیر مخربی بر خواص جرم دارد. همچنین ترکیبات سیمان به دلیل وجود اکسید کلسیم آسیب می بینند و بنابراین کاربرد محدودی در دمای بسیار بالا دارند. چسب های کلوئیدی یا سیلیکا سول فاقد این اشکال هستند اما در دمای پایین از استحکام کمتری دارند. پیوند دهنده های شیمیایی مزایای خاص خود را دارند اما در دماهای بالا نیز دارای خواص مضر هستند.
