दुर्दम्य पदार्थों के उच्च तापमान प्रदर्शन को निर्धारित करने वाले चार संकेतक

उच्च तापमान (सामान्यतः 1000~1800 डिग्री सेल्सियस) पर दुर्दम्य पदार्थों के उपयोग के दौरान, वे भौतिक, रासायनिक, यांत्रिक और अन्य प्रभावों से आसानी से पिघलकर नरम हो जाते हैं, या क्षरण से नष्ट हो जाते हैं, या उनमें दरारें पड़ जाती हैं और वे क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, जिससे उनका संचालन बाधित होता है। ये पदार्थ दूषित हो जाते हैं। इसलिए, यह आवश्यक है कि दुर्दम्य पदार्थ में विभिन्न परिचालन स्थितियों के अनुकूल होने के गुण हों। निम्नलिखित 4 संकेतक दुर्दम्य पदार्थों के उच्च तापमान प्रदर्शन को निर्धारित करते हैं:

(1) अपघटनीय

अपघटनशीलता उस तापमान को संदर्भित करती है जिस पर कोई पदार्थ उच्च तापमान के प्रभाव में एक विशिष्ट स्तर तक नरम हो जाता है, और यह उच्च तापमान के प्रभाव के प्रति पदार्थ के प्रदर्शन को दर्शाती है। अपघटनशीलता इस बात का आधार है कि किसी पदार्थ का उपयोग अपघटक के रूप में किया जा सकता है या नहीं। अंतर्राष्ट्रीय मानकीकरण संगठन (IOSA) के अनुसार, 1500 ℃ से अधिक अपघटनशीलता वाले अकार्बनिक अधात्विक पदार्थ अपघटक पदार्थ कहलाते हैं। यह पदार्थ के गलनांक से भिन्न होता है और विभिन्न खनिजों से बने बहुचरणीय ठोस पदार्थों के मिश्रण की व्यापक अभिव्यक्ति है।

किसी पदार्थ की दुर्दम्यता निर्धारित करने वाला सबसे मूलभूत कारक उसकी रासायनिक खनिज संरचना और वितरण है। विभिन्न अशुद्धियाँ, विशेषकर प्रबल विलायक प्रभाव वाली अशुद्धियाँ, पदार्थ की दुर्दम्यता को गंभीर रूप से कम कर देती हैं। अतः, कच्चे माल की शुद्धता सुनिश्चित करने और उसमें सुधार लाने के लिए उत्पादन प्रक्रिया में उचित उपाय किए जाने चाहिए।

अपवर्तकता किसी पदार्थ की विशिष्ट भौतिक मात्रा नहीं है, बल्कि एक सापेक्ष तकनीकी सूचक है जब कोई पदार्थ विशिष्ट परीक्षण स्थितियों के तहत मापी गई एक विशिष्ट नरमी की डिग्री तक पहुँचता है। परीक्षण सामग्री को निर्धारित विधि के अनुसार एक कटे हुए त्रिभुजाकार शंकु (जिसे परीक्षण शंकु कहा जाता है) में ढाला जाता है, और एक मानक कटे हुए त्रिभुजाकार शंकु (जिसे मानक शंकु कहा जाता है) को एक निश्चित झुकाव तापमान पर एक विशिष्ट ताप दर से गर्म किया जाता है। परीक्षण शंकु के झुकाव की डिग्री की तुलना मानक शंकु के झुकाव की डिग्री से करके अपवर्तकता निर्धारित की जाती है। कटे हुए त्रिभुजाकार शंकु के निचले भाग की प्रत्येक भुजा 8 मिमी लंबी होती है, ऊपरी भाग की प्रत्येक भुजा 2 मिमी लंबी होती है, और इसकी ऊँचाई 30 मिमी होती है। माप के दौरान, उच्च तापमान पर पिरामिड में एक तरल अवस्था दिखाई दे सकती है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तरल अवस्था की मात्रा बढ़ती है, तरल अवस्था की श्यानता घटती है, और शंकु नरम हो जाता है। जब नरमी एक निश्चित स्तर पर पहुँच जाती है, तो शंकु अपने वजन के कारण धीरे-धीरे झुक जाता है। जब परीक्षण शंकु और मानक शंकु को एक ही समय में तब तक मोड़ा जाता है जब तक कि उनका शीर्ष चेसिस के संपर्क में न आ जाए, तो मानक शंकु का निर्धारित मोड़ने का तापमान ही परीक्षण शंकु की दुर्दम्यता माना जाएगा।

इसे भार के अधीन दुर्दम्यता बिंदु या भार के अधीन दुर्दम्यता बिंदु का विरूपण तापमान भी कहा जाता है। यह स्थिर भार के तहत उच्च तापमान और भार के संयुक्त प्रभाव के प्रति दुर्दम्यता बिंदु के प्रतिरोध को दर्शाता है, या उस तापमान सीमा को इंगित करता है जिसमें दुर्दम्यता बिंदु स्पष्ट प्लास्टिक विरूपण प्रदर्शित करता है। भार के अधीन दुर्दम्यता बिंदु से दुर्दम्यता बिंदु का अधिकतम सेवा तापमान ज्ञात किया जा सकता है। भार के अधीन दुर्दम्यता बिंदु समान उपयोग परिस्थितियों में दुर्दम्यता बिंदु की संरचनात्मक शक्ति को दर्शाता है, और दुर्दम्यता बिंदु के अधिकतम सेवा तापमान को निर्धारित करने के आधार के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

भार के तहत नरमी तापमान निर्धारित करने वाला मुख्य कारक सामग्री की रासायनिक खनिज संरचना है, जो सामग्री की उत्पादन प्रक्रिया से भी सीधे संबंधित है। सामग्री का सिंटरिंग तापमान भार के तहत नरमी विरूपण तापमान पर बहुत प्रभाव डालता है। यदि सिंटरिंग तापमान को उचित रूप से बढ़ाया जाता है, तो सरंध्रता में कमी, क्रिस्टलों के विकास और अच्छे बंधन के कारण प्रारंभिक विरूपण तापमान बढ़ जाएगा। कच्चे माल की शुद्धता में सुधार और कम पिघलने वाले या विलायक की मात्रा को कम करने से भार के तहत नरमी विरूपण तापमान में वृद्धि होगी। उदाहरण के लिए, मिट्टी की ईंटों में सोडियम ऑक्साइड और सिलिका ईंटों में एल्यूमिना, दोनों ही हानिकारक ऑक्साइड हैं।

(3) दुर्दम्य पदार्थों की उच्च तापमान आयतन स्थिरता

लंबे समय तक उच्च तापमान के प्रभाव में रहने पर, दुर्दम्य पदार्थ में आयतन विस्तार होता है, जिसे अवशिष्ट विस्तार कहते हैं। दुर्दम्य पदार्थ के अवशिष्ट विस्तार (विरूपण) का आकार उच्च तापमान पर आयतन स्थिरता की गुणवत्ता को दर्शाता है। अवशिष्ट विरूपण जितना कम होगा, आयतन स्थिरता उतनी ही बेहतर होगी; इसके विपरीत, आयतन स्थिरता जितनी खराब होगी, चिनाई में विरूपण या क्षति होने की संभावना उतनी ही अधिक होगी।

पुनर्जलन रेखा में होने वाले परिवर्तन का उपयोग अक्सर सामग्री की उच्च तापमान आयतन स्थिरता का आकलन करने के लिए किया जाता है, जो सामग्री की गुणवत्ता का मूल्यांकन करने के लिए एक महत्वपूर्ण संकेतक है।

अधिकांश दुर्दम्य पदार्थ उच्च तापमान के प्रभाव से सिकुड़ जाते हैं। पुनः अग्निसारण के दौरान, अधिकांश दुर्दम्य पदार्थ सिकुड़ जाते हैं, मुख्यतः इसलिए क्योंकि उच्च तापमान पर पदार्थ द्वारा उत्पन्न द्रव अवस्था छिद्रों को भर देती है, जिससे कण और अधिक कस जाते हैं और खिंच जाते हैं। हाल ही में, पुन: क्रिस्टलीकरण हुआ, जिससे पदार्थ का घनत्व और बढ़ गया। कुछ पदार्थ पुनः अग्निसारण के दौरान फैलते भी हैं। उदाहरण के लिए, सिलिका ईंट उपयोग के दौरान बहुक्रिस्टलीय रूपांतरण के कारण फैलती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि सिलिका ईंट का अपरिवर्तित क्वार्ट्ज उच्च तापमान पर ट्राइडिमाइट या स्क्वेयर में परिवर्तित होता रहता है। आयतन में फैलने वाला क्वार्ट्ज सिलिका ईंटों में लगभग 10% अपरिवर्तित रहता है। पदार्थ के पुनः अग्निसारण के दौरान होने वाले संकुचन और विस्तार को कम करने के लिए, अग्निसारण तापमान को उचित रूप से बढ़ाना और धारण समय को बढ़ाना प्रभावी होता है, लेकिन यह बहुत अधिक नहीं होना चाहिए, अन्यथा इससे पदार्थ की संरचना का विट्रीफिकेशन हो जाएगा और तापीय आघात स्थिरता कम हो जाएगी। पकाने और उपयोग के दौरान सामग्री में मौजूद क्वार्ट्ज कणों के विस्तार के कारण, जो मिट्टी के संकुचन की भरपाई करता है, अर्ध-सिलिका ईंटों के आयतन में परिवर्तन कम होता है, और उनमें से कुछ थोड़ी विस्तारित होती हैं।

(4) तापीय आघात स्थिरता

तापमान में तेजी से होने वाले परिवर्तनों को बिना नष्ट हुए सहन करने की दुर्दम्य पदार्थों की क्षमता को ऊष्मीय आघात स्थिरता कहा जाता है। इस गुण को ऊष्मीय आघात प्रतिरोध या थर्मल शॉक रेज़िस्टेंस भी कहते हैं।

किसी पदार्थ के तापीय आघात स्थिरता सूचकांक को प्रभावित करने वाला मुख्य कारक पदार्थ के भौतिक गुण होते हैं, जैसे तापीय विस्तार, तापीय चालकता इत्यादि। सामान्यतः, पदार्थ की रैखिक विस्तार दर जितनी अधिक होगी, तापीय आघात स्थिरता उतनी ही कम होगी; पदार्थ की तापीय चालकता जितनी अधिक होगी, तापीय आघात स्थिरता उतनी ही बेहतर होगी। इसके अतिरिक्त, दुर्दम्य पदार्थ की सूक्ष्म संरचना, कण संरचना और आकार भी तापीय आघात स्थिरता पर प्रभाव डालते हैं।