Žáruvzdorné slitky s nízkým obsahem cementu se srovnávají s tradičními žáruvzdornými slitky z hlinitanového cementu. Množství přidaného cementu v tradičních žáruvzdorných slitcích z hlinitanového cementu je obvykle 12–20 % a množství přidané vody je obecně 9–13 %. Vzhledem k vysokému množství přidané vody má odlitek mnoho pórů, není hustý a má nízkou pevnost; v důsledku velkého množství přidaného cementu, ačkoli lze dosáhnout vyšších pevností za normálních a nízkých teplot, pevnost klesá v důsledku krystalické přeměny hlinitanu vápenatého při středních teplotách. Je zřejmé, že zavedený CaO reaguje s SiO2 a Al2O3 ve slitku za vzniku látek s nízkým bodem tání, což vede ke zhoršení vlastností materiálu za vysokých teplot.
Použitím technologie ultrajemného prášku, vysoce účinných přísad a vědecké gradace částic se obsah cementu v slitině sníží na méně než 8 % a obsah vody na ≤ 7 %, což umožňuje přípravu a zpracování žáruvzdorných slitků s nízkým obsahem cementu. Obsah CaO je ≤ 2,5 % a jejich výkonnostní ukazatele obecně převyšují ukazatele žáruvzdorných slitků z hlinitanového cementu. Tento typ žáruvzdorných slitků má dobrou tixotropii, to znamená, že směsný materiál má určitý tvar a s malým vnějším působením začne téct. Po odstranění vnější síly si získaný tvar zachová. Proto se také nazývá tixotropní žáruvzdorná slitina. Samotekoucí žáruvzdorná slitina se také nazývá tixotropní žáruvzdorná slitina. Patří do této kategorie. Přesný význam žáruvzdorných slitků s nízkým obsahem cementu dosud nebyl definován. Americká společnost pro testování a materiály (ASTM) definuje a klasifikuje žáruvzdorné slitky na základě jejich obsahu CaO.
Hustá hmota a vysoká pevnost jsou vynikajícími vlastnostmi žáruvzdorných slitin s nízkým obsahem cementu. To je dobré pro zlepšení životnosti a vlastností výrobku, ale také to způsobuje problémy s pečením před použitím, tj. k odlévání může snadno dojít, pokud se během pečení nedbáte opatrnosti. Jev prasknutí tělesa může vyžadovat minimálně opětovné odlévání nebo může v závažných případech ohrozit osobní bezpečnost okolních pracovníků. Proto různé země provedly také různé studie o pečení žáruvzdorných slitin s nízkým obsahem cementu. Hlavní technická opatření jsou: formulování rozumných křivek pece a zavedení vynikajících protivýbušných látek atd. může zajistit, že se voda ze žáruvzdorných slitin hladce odstraňuje bez dalších vedlejších účinků.
Technologie ultrajemných prášků je klíčovou technologií pro žáruvzdorné slitky s nízkým obsahem cementu (v současné době má většina ultrajemných prášků používaných v keramice a žáruvzdorných materiálech velikost zrna mezi 0,1 a 10 μm a fungují hlavně jako urychlovače disperze a strukturální zhušťovadla). První z nich způsobuje, že částice cementu jsou vysoce dispergované bez flokulace, zatímco druhá technologie plně vyplňuje mikroporézy v lité hmotě a zlepšuje pevnost).
Mezi v současnosti běžně používané typy ultrajemných prášků patří SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 atd. Měrný povrch mikroprášku SiO2 je asi 20 m2/g a velikost jeho částic je asi 1/100 velikosti částic cementu, takže má dobré plnicí vlastnosti. Kromě toho mohou mikroprášky SiO2, Al2O3, Cr2O3 atd. také tvořit ve vodě koloidní částice. Pokud je přítomen dispergační prostředek, na povrchu částic se vytvoří překrývající se elektrická dvojitá vrstva, která generuje elektrostatické odpuzování, překonává van der Waalsovu sílu mezi částicemi a snižuje energii rozhraní. Zabraňuje adsorpci a flokulaci mezi částicemi; zároveň se dispergační prostředek adsorbuje kolem částic a vytváří vrstvu rozpouštědla, což také zvyšuje tekutost slévárenského materiálu. Toto je také jeden z mechanismů ultrajemného prášku, tj. přidání ultrajemného prášku a vhodných dispergačních činidel může snížit spotřebu vody u žáruvzdorných sléváren a zlepšit tekutost.
Tuhnutí a tvrdnutí žáruvzdorných slitin s nízkým obsahem cementu je výsledkem kombinovaného působení hydratačního a kohezního vázání. Hydratace a tvrdnutí hlinitanového cementu vápenatého jsou především hydratací hydraulických fází CA a CA2 a procesem růstu krystalů jejich hydrátů, tj. reagují s vodou za vzniku hexagonálních vloček nebo jehličkovitých CAH10, C2AH8. Hydratační produkty, jako jsou kubické krystaly C3AH6 a gely Al2O3аq, pak během procesů vytvrzování a zahřívání tvoří propojenou kondenzačně-krystalizační síťovou strukturu. Aglomerace a vazba je způsobena tím, že aktivní ultrajemný prášek SiO2 při setkání s vodou tvoří koloidní částice a při setkání s ionty pomalu disociuje z přidané přísady (tj. elektrolytické látky). Protože povrchové náboje obou jsou opačné, tj. koloidní povrch adsorboval protiionty, což způsobuje £2. Potenciál klesá a dochází ke kondenzaci, když adsorpce dosáhne „izoelektrického bodu“. Jinými slovy, když je elektrostatické odpuzování na povrchu koloidních částic menší než jejich přitažlivost, dochází ke koheznímu spojení pomocí van der Waalsovy síly. Po kondenzaci žáruvzdorného slitku smíchaného s práškem oxidu křemičitého se skupiny Si-OH vytvořené na povrchu SiO2 vysuší a dehydratují, čímž se vytvoří siloxanová (Si-O-Si) síťová struktura, a tím se ztvrdne. V siloxanové síťové struktuře se vazby mezi křemíkem a kyslíkem s rostoucí teplotou nesnižují, takže se i pevnost dále zvyšuje. Zároveň při vysokých teplotách síťová struktura SiO2 reaguje s Al2O3, který je v ní obalen, za vzniku mullitu, což může zlepšit pevnost při středních a vysokých teplotách.


Čas zveřejnění: 28. února 2024