ארבעה אינדיקטורים הקובעים את ביצועי הטמפרטורה הגבוהה של חומרים עקשן

במהלך השימוש בחומרים עקשן, הם נמסים ומתרככים בקלות עקב השפעות פיזיקליות, כימיות, מכניות ואחרות בטמפרטורה גבוהה (בדרך כלל 1000~1800 מעלות צלזיוס), או נשחקים עקב שחיקה, או נסדקים וניזוקים, דבר המשבש את הפעולה. חומר מזוהם. לכן, נדרש שחומר עקשן יהיה בעל תכונות שיכולות להסתגל לתנאי הפעלה שונים. להלן 4 אינדיקטורים הקובעים את ביצועי הטמפרטורה הגבוהה של חומרים עקשן:

(1) חומרים עקשן

חסינות מפני אבק מתייחסת לטמפרטורה שבה חומר מגיע לדרגת ריכוך מסוימת תחת פעולת טמפרטורה גבוהה, ומאפיינת את ביצועי החומר בפעולת טמפרטורה גבוהה. חסינות מפני אבק היא הבסיס לשיפוט האם ניתן להשתמש בחומר כחומר עקשן. ארגון התקינה הבינלאומי קובע שחומרים אנאורגניים לא מתכתיים בעלי חסינות מפני אבק מעל 1500 מעלות צלזיוס הם חומרים עקשניים. נקודת ההיתוך שונה מנקודת ההיתוך של החומר והיא הביטוי המקיף של תערובת מוצקים רב-פאזיים המורכבת ממינרלים שונים.

הגורם הבסיסי ביותר שקובע את עמידות החומר לעמידות הוא הרכב המינרלים הכימי ופיזור החומר. רכיבי טומאה שונים, במיוחד כאלה בעלי השפעות ממס חזקות, יפחיתו באופן משמעותי את עמידות החומר לעמידות. לכן, יש לשקול אמצעים מתאימים בתהליך הייצור כדי להבטיח ולשפר את טוהר חומרי הגלם.

עמידות בפני נזק (refractory) אינה כמות פיזיקלית מוחלטת ספציפית לחומר, אלא אינדיקטור טכני יחסי כאשר חומר מגיע לרמת ריכוך ספציפית הנמדדת בתנאי בדיקה ספציפיים. חומר הבדיקה מיוצר לחרוט משולש קטום (המכונה חרוט בדיקה) לפי השיטה שנקבעה, וחרוט משולש קטום סטנדרטי (המכונה חרוט סטנדרטי) עם טמפרטורת כיפוף קבועה בקצב חימום ספציפי. החימום והעמידות בפני נזק נקבעים על ידי השוואת מידת הכיפוף של חרוט הבדיקה למידת הכיפוף של החרוט הסטנדרטי. החלק התחתון התחתון של החרוט המשולש הקטום הוא באורך 8 מ"מ מכל צד, החלק התחתון העליון הוא 2 מ"מ מכל צד, והגובה הוא 30 מ"מ. במהלך המדידה, פאזה נוזלית עשויה להופיע בפירמידה בטמפרטורה גבוהה. ככל שהטמפרטורה עולה, כמות הפאזה הנוזלית עולה, צמיגות הפאזה הנוזלית יורדת, והחרוט מתרכך. כאשר הריכוך מגיע לרמה מסוימת, החרוט מתכופף בהדרגה עקב משקלו. כאשר חרוט הבדיקה וחרוט הסטנדרטי כפופים בו זמנית עד שקודקודם בא במגע עם השלדה, טמפרטורת הכיפוף שנקבעה של חרוט הסטנדרטי תשמש כעמידות החודרת של חרוט הבדיקה.

נקודת הריכוך של חומר עקשן תחת עומס, המכונה גם נקודת ריכוך של חומר עקשן תחת עומס, או טמפרטורת דפורמציה של חומר עקשן תחת עומס, מציינת את עמידותו של חומר עקשן לפעולה משולבת של טמפרטורה ועומס גבוהים תחת עומס קבוע, או את טווח הטמפרטורות שבו חומר עקשן מפגין דפורמציה פלסטית ברורה. ניתן להסיק את טמפרטורת השירות המקסימלית של חומר עקשן מטמפרטורת הריכוך תחת עומס. טמפרטורת הריכוך תחת עומס מייצגת את החוזק המבני של חומר עקשן בתנאי שימוש דומים, וניתן להשתמש בה כבסיס לקביעת טמפרטורת השירות המקסימלית של חומר עקשן.

הגורם העיקרי הקובע את טמפרטורת הריכוך תחת עומס הוא הרכב המינרלים הכימי של החומר, שקשור ישירות גם לתהליך הייצור של החומר. לטמפרטורת הסינטור של החומר יש השפעה רבה על טמפרטורת עיוות הריכוך תחת עומס. אם טמפרטורת הסינטור עולה כראוי, טמפרטורת העיוות ההתחלתי תעלה עקב ירידה בנקבוביות, צמיחת גבישים והקשר טוב. שיפור טוהר חומרי הגלם והפחתת תכולת החומרים בעלי רמת התכה נמוכה או ממס יגדילו את טמפרטורת עיוות הריכוך תחת עומס. לדוגמה, תחמוצת נתרן בלבני חרס ואלומינה בלבני סיליקה הן כולן תחמוצות מזיקות.

(3) יציבות נפחית בטמפרטורה גבוהה של חומרים עקשן

תחת פעולת טמפרטורה גבוהה למשך זמן ממושך, החומר החסין אש מייצר התפשטות נפחית, הנקראת התפשטות שיורית. גודל ההתפשטות השיורית (דפורמציה) של החומר החסין אש משקף את איכות יציבות הנפח בטמפרטורה גבוהה. ככל שהדפורמציה השיורית קטנה יותר, כך יציבות הנפח טובה יותר; להיפך, ככל שיציבות הנפח גרועה יותר, כך קל יותר לגרום לעיוות או נזק לבנייה.

שינוי קו הבעירה החוזרת משמש לעתים קרובות כדי לשפוט את יציבות הנפח של החומר בטמפרטורה גבוהה, שהוא מדד חשוב להערכת איכות החומר.

רוב החומרים החסיני אש יתכווצו תחת פעולת טמפרטורה גבוהה. במהלך שריפה חוזרת, רוב החומרים החסיני אש יתכווצו, בעיקר משום שהפאזה הנוזלית שנוצרת על ידי החומר בטמפרטורה גבוהה תמלא את הנקבוביות, כך שהחלקיקים יתהדקו ונמשכים עוד יותר. לאחרונה, התרחשה התגבשות מחדש, מה שמוביל לצפיפות נוספת של החומר. ישנם גם כמה חומרים שמתרחבים במהלך שריפה חוזרת. לדוגמה, לבני סיליקה מתרחבות עקב טרנספורמציה רב-גבישית במהלך השימוש. הסיבה לכך היא שהקוורץ הלא מומר של לבני סיליקה ימשיך להפוך לטרידימיט או ריבוע בטמפרטורה גבוהה. קוורץ, שמתרחב בנפח, הוא כ-10% לא מומר בלבני סיליקה. על מנת להפחית את הצטמקות והתפשטות החומר בשריפה חוזרת, יעיל להגדיל את טמפרטורת השריפה בצורה מתאימה ולהאריך את זמן ההחזקה, אך היא לא צריכה להיות גבוהה מדי, אחרת זה יגרום לזיגוג של מבנה החומר ולהפחית את יציבות ההלם התרמי. עקב התפשטות חלקיקי הקוורץ בחומר במהלך השריפה והשימוש, אשר מקזזת את הצטמקות החימר, שינוי הנפח של לבני סיליקה למחצה הוא קטן, וחלקן מורחבות מעט.

(4) יציבות הלם תרמי

היכולת של חומרים חסיני אש לעמוד בשינויים מהירים בטמפרטורה ללא הרס נקראת יציבות בהלם תרמי. תכונה זו ידועה גם כעמידות בפני הלם תרמי או עמידות בפני הלם תרמי.

הגורם העיקרי המשפיע על מדד יציבות ההלם התרמי של החומר הוא התכונות הפיזיקליות של החומר, כגון התפשטות תרמית, מוליכות תרמית וכן הלאה. באופן כללי, ככל שקצב ההתפשטות הליניארית של החומר גבוה יותר, כך יציבות ההלם התרמי גרועה יותר; ככל שהמוליכות התרמית של החומר גבוהה יותר, כך יציבות ההלם התרמי טובה יותר. בנוסף, המיקרו-מבנה, הרכב החלקיקים וצורת החומר החסין אש משפיעים על יציבות ההלם התרמי.