Sợi gốm xuất hiện lần đầu tiên tại Hoa Kỳ vào năm 1941, và trong suốt quá trình phát triển từ thời điểm đó đến nay, các loại vật liệu cách nhiệt sản xuất từ sợi gốm đã trở nên phổ biến không chỉ ở Hoa Kỳ mà còn trên toàn thế giới, trong đó có cả Việt Nam. Với các ưu điểm nối bật như đa dạng chủng loại, khối lượng riêng nhỏ, hệ số dẫn nhiệt thấp, khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao, độ bền tốt …, vật liệu gốm cách nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hóa dầu, cơ khí, sản xuất thủy tinh, ô tô… Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch trên thế giới dần cạn kiệt, yêu cầu về việc sử dụng năng lượng một cách hiệu quả cũng tăng cao, với hiệu quả cách nhiệt tốt hơn 1013% so với các loại vật liệu cách nhiệt truyền thống, việc ứng dụng vật liệu gốm cách nhiệt vào việc hạn chế tổn thất năng lượng ngày càng tăng cao. Chính vì những đặc điểm ưu việt kể trên, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài về vật liệu gốm cách nhiệt để tìm hiểu rõ hơn về các đặc tính kỹ thuật của loại vật liệu này, từ đó đánh giá được tính hiệu quả của gốm cách nhiệt và các ứng dụng của nó trong thực tiễn đời sống và sản xuất, góp phần nâng cao kiến thức và mở rộng sự hiểu biết về các loại vật liệu trong mảng nhiệt lạnh.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO GIỮA KỲ MÔN HỌC: VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH ĐỀ TÀI: GỐM CÁCH NHIỆT, VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH HIỆN ĐẠI Mã lớp học phần: Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 DANH SÁCH NHĨM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Mã lớp mơn học: THMA221332_01CLC (Thứ - tiết 10-11) Giảng viên hướng dẫn: TS Đặng Hùng Sơn Tên đề tài: Gốm Cách Nhiệt, Vật Liệu Nhiệt Lạnh Hiện Đại Danh sách nhóm thực đề tài: STT HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN Mã số sinh viên Công việc Tỉ lệ tham gia % - Tỷ lệ % = 100% - Trưởng nhóm: Nhận xét giáo viên ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……… MỤC LỤC A MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: .1 Mục đích nghiên cứu: .1 Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp đánh giá: .1 B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GỐM CÁCH NHIỆT 7.1 Định nghĩa, cấu tạo gốm cách nhiệt : .3 7.1.1 Định nghĩa : 7.1.2 Cấu tạo : 7.2 Phân Loại gốm cách nhiệt .5 7.2.1 Theo chất hóa học 7.2.2 Dựa màu sắc 7.2.3 Theo khả chịu nhiệt độ 7.2.4 Theo hình dạng kích thước 7.2.5 Theo phương pháp tạo hình 7.2.6 Theo hàm lượng nhôm Al2O3 7.2.7 Theo tính chất xốp 7.3 Tính chất gốm cách nhiệt .7 7.3.1 Đặc tính nhiệt 10 7.3.2 Độ bền học 11 7.3.3 Độ bền hóa học 12 7.3.4 Khả cách âm chịu rung động 12 7.4 Ứng dụng gốm cách nhiệt 14 7.4.1 Ứng dụng cách nhiệt vách lò ống nước 14 7.4.2 Ứng dụng gốm cách nhiệt lò nung Tuynel 16 7.4.3 Một vài ứng dụng khác 19 7.4.4 Bài toán cách nhiệt qua vách 21 CHƯƠNG VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH HIỆN ĐẠI .23 7.5.1 Định nghĩa vật liệu nhiệt lạnh 23 7.5.2 Tính chất đặc trưng vật liệu nhiệt lạnh 23 7.5.2.1 Vật liệu nhiệt lạnh mang tính chất kim loại, hợp kim 24 7.5.2.2 Vật liệu nhiệt lạnh mang tính chất phi kim 25 7.5.2.3 Vật liệu nhiệt lạnh mang tính chất composite .26 7.5.3 Một số vật liệu nhiệt lạnh đại phổ biến: 27 7.5.3.1 Titan 27 7.5.3.2 Aerogel .29 7.5.3.3 Nano 30 7.5.3.4 Polyurethane Foam 34 C KẾT LUẬN 39 D TÀI LIỆU THAM KHẢO .40 A MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Sợi gốm xuất lần Hoa Kỳ vào năm 1941, suốt trình phát triển từ thời điểm đến nay, loại vật liệu cách nhiệt sản xuất từ sợi gốm trở nên phổ biến không Hoa Kỳ mà cịn tồn giới, có Việt Nam Với ưu điểm nối bật đa dạng chủng loại, khối lượng riêng nhỏ, hệ số dẫn nhiệt thấp, khả hoạt động nhiệt độ cao, độ bền tốt …, vật liệu gốm cách nhiệt sử dụng rộng rãi lĩnh vực hóa dầu, khí, sản xuất thủy tinh, tơ… Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch giới dần cạn kiệt, yêu cầu việc sử dụng lượng cách hiệu tăng cao, với hiệu cách nhiệt tốt 10-13% so với loại vật liệu cách nhiệt truyền thống, việc ứng dụng vật liệu gốm cách nhiệt vào việc hạn chế tổn thất lượng ngày tăng cao Chính đặc điểm ưu việt kể trên, nhóm chúng em định chọn đề tài vật liệu gốm cách nhiệt để tìm hiểu rõ đặc tính kỹ thuật loại vật liệu này, từ đánh giá tính hiệu gốm cách nhiệt ứng dụng thực tiễn đời sống sản xuất, góp phần nâng cao kiến thức mở rộng hiểu biết loại vật liệu mảng nhiệt - lạnh Mục đích nghiên cứu: Nâng cao kiến thức mở rộng hiểu biết loại vật liệu mảng nhiệt - lạnh ứng dụng thực tiễn đời sống sản xuất Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu bao gồm gốm cách nhiệt, vật liệu nhiệt lạnh phổ biến có nước nước Phương pháp đánh giá: Để đạt mục đích đề trên, nhóm áp dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Đọc, tra cứu, nghiên cứu tài liệu từ trang mạng, kênh tài liệu có liên quan đến vật liệu nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp: Để hiểu ý nghĩa, chức năng, phạm vi sử dụng vật liệu - Phương pháp thống kê: Nhằm xử lí thơng tin thu cách xác để đưa phương hướng đề xuất sử dụng vật liệu nghiên cứu B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GỐM CÁCH NHIỆT 7.1 Định nghĩa, cấu tạo gốm cách nhiệt : 7.1.1 Định nghĩa : Vật liệu gốm cách nhiệt loại vật liệu tạo hình từ khối ceramic tạo rỗng khơng có cốt liệu, từ khối ceramic đặc (hoặc tạo rỗng) chứa cốt liệu khó chảy chịu lửa, sau nung đế ốn định cấu trúc Tuỳ thuộc vào nguyên vật liệu ban đầu, công nghệ chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt phân thành hai nhóm là: vật liệu cách nhiệt ceramic vật liệu chịu lửa nhẹ Vật liệu cách nhiệt ceramic đa dạng: ceramic dạng cuộn, ceramic dạng rời, ceramic dạng Các sản phẩm vật liệu nhiệt ceramic tạo hình từ khối ceramic, mang vào lò nung, sấy nhiệt độ cao Nhiệt độ nung sấy vật liệu có ảnh hưởng quyêt định tới nhiệt độ tối đa sản phẩm: t sd= 900 – 1000 oC sản phấm tạo hình từ đất sét dễ chảy tsd= 1000-1200 oC sản phẩm tạo hình từ đất sét chịu lửa Vật liệu gốm ceramic chịu lửa nhẹ tạo hình từ khối ceramic rỗng, có nhiệt độ tối đa lên tới 1000 - 1200 độ C, số trường hợp định, cần nâng cao nhiệt độ tối đa lên tới 1650 độ C 7.1.2 Cấu tạo : Vật liệu gốm cách nhiệt chịu lửa nhẹ, có thành phần chủ yếu Alumina Silica (Al2O3 - SiO2) Tỉ lệ phần trăm Silica Alumina vật liệu thay đổi, thông thường tỉ lệ 43-54% Alumina 43.5-54% Silica Sợi gốm sản xuất từ loại đất sét hình thành tự nhiên cao lanh từ loại nguyên liệu tổng hợp có độ tinh khiết cao Đối với sợi gốm sản xuất từ nguyên liệu tự nhiên, có tồn sẵn ngun liệu chất khống hóa TiO 2, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O B2O3, nguyên liệu tổng hợp cần phải thêm vào oxit số oxit khác cho mục đích riêng biệt Vai trị thành phần chưa hiểu rõ, tồn B 2O3 oxit bazơ làm giảm nhiệt độ hóa lỏng hỗn hợp Alumina-Silica, chúng đóng vai trị chất trợ chảy trình sản xuất Các dạng sản phẩm gốm cách nhiệt phổ biến: chăn (blanket), giấy, dải (strip), dây, foam, vải nỉ (felt), … Các dạng sản phẩm có đặc tính tương đương nhau, phụ thuộc trực tiếp vào đặc tính sợi gốm sử dụng để sản xuất Hình Bơng sợi gốm [4] Hình Chăn gốm [4] 7.2 Phân Loại gốm cách nhiệt 7.2.1 Theo chất hóa học Theo tính chất hóa lý ngun liệu ban đầu, vật liệu cách nhiệt chia thành nhóm: silic, alumơsilicat, cacbon vật liệu chịu lửa từ oxit nguyên chất 7.2.2 Dựa màu sắc Bông gốm cách nhiệt nhiệt độ cao có màu trắng nguyên liệu chọn lọc kỹ nên sản phẩm trắng.Ngược lại, màu sắc bị ố vàng, xám nhiệt độ thấp sử dụng nhiều tạp chất 7.2.3 Theo khả chịu nhiệt độ - Khả chống cháy thông thường: chịu lửa đến 1200 ° C - Khả chống cháy cao: khả chống cháy từ 1200 ° C đến 1800 ° C - Khả chống cháy cao: khả chống cháy 1800 ° C 7.2.4 Theo hình dạng kích thước Loại hình lập phương, ngói, khối lớn 7.2.5 Theo phương pháp tạo hình Có loại nén dẻo, bán khơ, sản phẩm định hình chất nóng chảy 7.2.6 Theo hàm lượng nhôm Al2O3 Về lý thuyết, hàm lượng nhôm cao cho khả chịu nhiệt tốt hơn.Nhưng thực tế khơng phải vậy, nhơm oxit có chất lượng cao, thường nhập từ Úc, tỷ lệ nhôm oxit thấp cho khả chịu nhiệt cao so với nhôm bột Trung Quốc sản xuất 7.2.7 Theo tính chất xốp Chia sản phẩm thành dạng rắn, dạng thường dạng nhẹ Để lựa chọn sử dụng gạch chịu lửa cách xác hiệu quả, cần phải biết đặc tính quan trọng vật liệu chịu lửa điều kiện sử dụng chúng Các loại sản phẩm gốm sứ cách nhiệt thường dùng: chăn, giấy, dải, dây, xốp, vải nỉ, Các loại sản phẩm có tính chất tương tự nhau, tùy thuộc vào đặc tính sợi gốm sử dụng sản xuất Hình Tấm cách nhiệt sợi gốm [4]