Белый электрокорунд (WFA) является важнейшим сырьем в производстве многих видов высокоэффективной пенокерамики.
Что такое белый электрокорунд (WFA)?
Для начала краткое определение: белый электрокорунд — это синтетический материал, получаемый плавкой высокочистого прокаленного глинозема (Al₂O₃) в электродуговой печи при температуре более 2000 °C. Затем его охлаждают, измельчают и сортируют по размерам частиц. Его основные характеристики:
Высокая чистота: обычно >99% Al₂O₃.
Высокая твердость: 9,0 по шкале Мооса.
Отличная огнеупорность: высокая температура плавления (~2050°C).
Хорошая химическая инертность: устойчив к кислотам и щелочам.
Контролируемый размер зерна: можно точно измельчать и просеивать.
Почему WFA используется в пенокерамике?
Пенокерамика — это высокопористые, лёгкие структуры, используемые в основном в качестве фильтров (для расплавленных металлов) и изоляционных материалов. Требования к этим применениям идеально соответствуют свойствам пенокерамики WFA:
Высокая термостойкость: Пенокерамика, используемая для фильтрации расплавленного алюминия, железа или стали, должна выдерживать экстремальные температуры (700–1600 °C) без размягчения и разрушения. Высокая огнеупорность WFA делает её идеальным материалом.
Химическая инертность: материал не должен вступать в реакцию с фильтруемым расплавленным металлом. WFA чрезвычайно стабилен и не вносит примесей в расплав.
Стойкость к тепловому удару: Резкий перепад температур при погружении фильтра в расплавленный металл может привести к растрескиванию низкокачественных материалов. Специальная формула керамической суспензии (включая WFA и связующие) разработана для смягчения этого воздействия, а собственные свойства WFA способствуют созданию прочной конструкции.
Контролируемая пористость и структура: структура пены (размер пор, форма и открытость) критически важна для эффективности фильтрации. Зерна WFA образуют прочный, жёсткий каркас, который поддерживает эту структуру в экстремальных условиях.
Высокая механическая прочность: фильтр должен выдерживать эрозионное и механическое воздействие потока расплавленного металла. Чрезвычайная твёрдость WFA гарантирует сохранение формы фильтра и отсутствие отслоения частиц.
Как WFA используется в процессе производства пенокерамики?
Наиболее распространённым методом производства пенокерамики является метод полимерной губки-реплики . Вот как WFA вписывается в этот процесс:
Приготовление суспензии: мелкодисперсный порошок белого электрокорунда (а также часто другие добавки, такие как связующие, глины и спекающие добавки) смешивают с водой до образования вязкой, кремообразной суспензии. Распределение размера частиц электрокорунда имеет решающее значение: он должен быть достаточно мелким, чтобы равномерно покрывать полимерную пену, но при этом содержать более крупные частицы для создания прочной структуры.
Пропитка: полимерная пена с открытыми ячейками (например, полиуретан) с желаемой структурой пор (например, 10, 20, 30 PPI – пор на дюйм) погружается в суспензию. Её многократно сжимают и отпускают, чтобы суспензия WFA полностью покрыла все ячейки полимерной сетки.
Удаление излишков: пропитанная пена пропускается через ролики или центрифугируется для удаления излишков пульпы. Это критически важный этап, позволяющий сохранить ячейки (поры) открытыми при полном покрытии стоек (керамических стенок).
Сушка: Покрытая пена медленно высыхает, чтобы удалить воду, не допуская растрескивания керамического покрытия.
Выжигание полимера: высушенная деталь нагревается до умеренной температуры (~500–800 °C) для медленного выжигания и удаления шаблона из полимерной пены. В результате остаётся хрупкая пористая керамическая реплика.
- Высокотемпературный обжиг (спекание): деталь обжигается при очень высокой температуре (обычно 1450–1650 °C). На этом этапе частицы WFA спекаются — сплавляются по границам, не расплавляясь полностью, — образуя прочный, монолитный и высокоогнеупорный керамический каркас.
Основные характеристики WFA для пенокерамики
При выборе WFA для данного применения производители ищут:
Чистота (% Al₂O₃): ≥ 99,0% (стандарт). Примеси, такие как сода (Na₂O), могут снизить огнеупорность и повлиять на спекание.
Размер зерна (зернистость/тонкость): Обычно измельчается до состояния тонкого порошка. Обычные гранулометрические составы: F240, F280, F320 и даже мельче (значения d50 20–50 мкм). Для достижения оптимальной плотности упаковки и реологических свойств суспензии часто используется смесь зерен разных размеров.
Химия: Низкое содержание Fe₂O₃, SiO₂ и Na₂O имеет решающее значение для обеспечения высокотемпературных характеристик и предотвращения загрязнения отфильтрованных металлов.