خواص، ترکیب و انواع مواد نسوز

می متالز - به هر ماده ای که نقطه ی ذوبی به صورت غیرطبیعی بالا دارد و ویژگی های ساختاری خود را در دماهای بسیار بالا حفظ می کند، نسوز گفته می شود. مواد نسوز، که به صورت کلی و عمده از سرامیک تشکیل شده اند، غالبا در صنایع متالورژی، شیشه سازی و سرامیک سازی به مقدار زیادی به کار گرفته می شوند. این مواد به شکل های متنوع و مختلفی تولید می شوند تا به عنوان لایه ی داخلی (لاینینگ) کوره های صنعتی، اجاق ها (تنور، آون و...) و دیگر دستگاه هایی که مواد را در دماهای بالا فرآوری میکنند، قرار گیرند.

به گزارش می متالز، در این مقاله، خواص حیاتی و مهم دیرگداز های سرامیکی و همینطور مواد اصلی نسوز و کاربردهای آن ها مورد بررسی قرار گرفته اند. در قسمت هایی از مقاله، به روش و تکنیک های فرآوری به کار گرفته شده در مواد نسوز سرامیکی اشاره شده است.

خواص مواد نسوز

به دلیل مقاوت و استحکام بالایی که در پیوندهای شیمیایی اولیه سرامیک ها به نمایش گذاسته شده، این مواد دارای ترکیبات غیرمعمول و با ویژگیهای مفیدی همچون نقطه ذوب بالا و واکنش ناپذیری شیمیایی هستند. این ویژگی آن ها را به عنوان مواد نسوز(refractories) کاربردی و مفید میسازد. (کلمه "refractory" از لغت فرانسوی "réfractaire" به معنای "ذوب بالا" آمده است).

خاصیت واکنش ناپذیری شیمیایی در متالورژی و صنعت شیشه سازی، در جایی که کوره ها در معرض مواد مذاب و گازهای بسیار خورنده (فرسایش کننده) هستند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. علاوه بر مقاومت در برابر دما و خردایش، مواد نسوز باید دارای پوشش فیزیکی ویژه ای باشند، و یا مقاومت در برابر سایش داشته باشند و همینطور در برابر شوک های حرارتی مقاوم باشند.

شوک حرارتی زمانی که یک شئ به سرعت از دمای بالا سرد می شود رخ میدهد. در این حالت، لایه های سطحی در مقابل لایه های داخلی تر منقبض می شوند و این امر منجر به ایجاد تنش های کششی و گسترش ترک ها می شود. سرامیک ها، علی رغم شکنندگی معروف آن ها، میتوانند با تغییر و تنظیم ریزساختارهایشان (microstructure) در حین فرآوری، به صورت مقاوم در برابر شوک حرارتی ساخته شوند.

ریزساختار نسوزهای سرامیکی در مقایسه با ظروف سفالی مانند، ظروف چینی و حتی محصولات رسی با بافت کمتر ریز، مانند آجر، کمی درشت دانه¬تر هستند. سایز دانه های پرکننده میتواند در مقیاس میلیمتر باشد، این درحالی است که در سرامیک های سفید، اندازه این دانه ها در مقیاس میکرومتر است. علاوه بر این، اکثر محصولات نسوز سرامیکی دارای تخلخل زیادی هستند و حجم زیادی از هوا، در سایز های مختلف در داخل این مواد ترکیب شده است.

وجود دانه های بزرگ و منافذ، میتواند موجب کاهش قدرت تحمل بار محصول شود، هرچند از سوی دیگر باعث کند شدن ترک ها و نتیجتا کاهش حساسیت نسبت به شوک های حرارتی گردد. اما، در مواردی که جسم یا ماده نسوز در معرض مواد خورنده قرار گیرد (برای مثال: در کوره های ذوب شیشه)، یک ساختار متخلخل، نامطلوب به شمار میرود. درنتیجه، مواد سرامیکی را میتوان با تراکم بالاتر و با ترکیب منافذ و حفرات کمتری ساخت.

ترکیب و فرآوری

ترکیب و فرآوری نسوزهای سرامیکی با توجه به کاربرد و نوع آن دارای تنوع وسیعی است. اکثر دیرگداز ها را میتوان بر اساس ترکیب آن ها در یکی از دو دسته ی رسی و یا غیر رسی طبقه بندی کرد. بعلاوه، آن ها می توانند در یکی از دسته بندی های، اسیدی (حاوی سیلیس [SiO2] یا زیرکونیا [ZeO2])، یا بازیک (حاوی آلومینا [Al2O3] یا اکسیدهای قلیایی مانند آهک [CaO] یا منیزیم [MgO]) قرار گیرند.

در میان نسوزهای بر پایه رس، میتوان به خاک نسوز (fireclay)، آلومینا (high-alumina) و مولایت اشاره کرد. طیف بسیار گسترده ای از نسوز های غیر رسی، شامل بازیک (basic)، آلومینا بالا (extra-high alumina)، سیلیس، کاربید سیلیکون و مواد زیرکونی وجود دارد.

بیشتر محصولات بر پایه رس، به شیوه ای مشابه با سرامیک های سنتی، مثل محصولات با ساختار رسی فرآوری می شوند: به عنوان مثال، در فرآیند Stiff-Mud، که برای شکل دادن به ظروف، روش های پرس کردن و یا اکستروژن (extrusion) را به کار می گیرند که نتیجتا جسم خشک شده و از تونل های بلندی در کوره یا اجاق برای عملیات حرارت دادن یا پخت (Firing) عبور داده می شود.

فرآیند پخت (Firing)، به صورت جزئی موجب تبلور یا تشکیل شیشه میگردد، که این امر یک فرآیند سخت شدن مایع (liquid-sintering) یا تبدیل مایع به جامد است که ذرات را به یکدیگر پیوند می دهد. از سوی دیگر، نسوز های غیر رسی (Non-clay-based)، به روش هایی که در ساخت مواد سرامیکی پیشرفته کاربرد دارد، پیوند می خورند.

برای نمونه، سرامیک های آلومینا بالا (extra-high alumina) و سرامیک های زیرکونی، توسط مایع ناپایدار یا سخت شدن در حالت جامد به همدیگر پیوند میخورند، آجرهای نسوز بازیک (basic bricks) با واکنش های شیمیایی بین مواد تشکیل دهنده خود پیوند داده می شوند، و کاربید سیلیکون از پیوند واکنشی بین ماسه سیلیسی و کک تشکیل شده است.

با توجه به توضیحات ارائه شده، تقسیم بندی مواد نسوز دیرگداز به صورت کلی به شرح زیر می باشد. همچنین توضیحات تکمیلی و تفصیلی این دسته بندی ها و تکنیک های فرآوری مواد نسوز در مقاله ای دیگر با عنوان "دسته بندی و روش های فرآوری مواد نسوز دیرگداز" شرح داده شده است.

مواد نسوز پایه رسی - شاموتی (Clay-Based)

خاک نسوز (Fireclay)
مواد نسوز آلومینایی (High-Alumina)
مولایت (Mullite)

نسوز های غیر رسی (Non-Clay-Based Refractories)

نسوزهای بازیک Basic
نسوز های پر آلومینا (Extra-high Alumina)
سیلیکا (Silica)
زیرکون (Zircon)
کاربید سیلیکون (Silicon carbide)
دیگر مواد نسوز غیر رسی

بانک جامع صنعت مواد نسوز دیرگداز با توجه به احساس نیاز جامعه مخاطبین این صنعت استراتژیک به داشتن یک بانک اطلاعاتی منسجم و به روز از اطلاعات شرکت های فعال در صنعت مواد نسوز از تولیدکنندگان تا مصرف کنندگان آن، و در راستای خط مشی و رسالت خود که توسعه ارتباطات سازنده در بخش معدن و صنایع معدنی کشور بالاخص صنعت دیرگداز می باشد، به منظور ارتقای این صنعت،‌ علاوه بر جمع آوری و به روز رسانی دایم و انتشار اطلاعات بیش از 500 شرکت تخصصی مواد نسوز،‌ در دوره های زمانی مشخص اقدام به انتشار این بانک نموده است که مطالعه آنها قطعا کمکی به صاحبین کسب و کار در برنامه‌ریزی‌های اقتصادی آنها خواهد بود.

بانک جامع صنعت مواد نسوز دیرگداز، به عنوان اولین بانک تخصصی در این حوزه، آماده دریافت نظرات و پیشنهادهای سازنده فعالین این حوزه می باشد.