การสังเคราะห์และการเตรียมแกรนูลของวัสดุเชิงประกอบคอร์เดียไรต์-มุลไลต์

Abstract

ในงานวิจัยนี้ มุ่งผลิตวัสดุเชิงประกอบคอร์เดียไรต์-มุลไลต์ที่มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงโดยใช้แอนดาลูไซต์เป็นวัตถุดิบ ขั้นตอนการทดลองประกอบด้วยการปรับเปลี่ยนอัตราส่วนของวัตถุดิบ ได้แก่ แอนดาลูไซต์ อะลูมินา ซิลิกา และแมกนีเซียมออกไซด์ ตามปริมาณสารสัมพันธ์เพื่อให้เกิดอัตราส่วนโดยน้ำหนักของเฟสคอร์เดียไรต์ต่อมุลไลต์ในช่วง 20:80 ถึง 80:20 จากนั้นนำส่วนผสมทั้ง 7 สูตรมาเตรียมเป็นสเลอรีเพื่อผลิตแกรนูลด้วยวิธีพ่นฝอยอบแห้ง นำแกรนูลที่ได้มาขึ้นรูปด้วยวิธีอัด โดยใช้แรงดัน 30 MPa และทำการเผาผนึกในช่วงอุณหภูมิ 1300 ถึง 1500๐C เวลายืนไฟ 2 ชั่วโมง จากการศึกษาพบว่า สเลอรีที่มีสัดส่วนของแข็งสูง (50 %โดยน้ำหนัก) ส่งผลให้แกรนูลมีรูปร่างกลมตันซึ่งช่วยพัฒนาการไหลตัวระหว่างขึ้นรูป เมื่อเพิ่มอุณหภูมิในห้องร้อนจาก 170 เป็น 210๐C พบว่าแกรนูลมีขนาดโดยเฉลี่ยโตขึ้น และการเพิ่มอัตราการให้ลมร้อนทำให้แกรนูลที่ได้มีขนาดเล็กลง แกรนูลที่ผลิตได้จากงานวิจัยนี้มีขนาดอยู่ในช่วง 10-80 ไมครอน โดยแกรนูลขนาด 25 ไมครอนมีปริมาณสูงสุด จากการตรวจสอบองค์ประกอบเฟสพบว่าวัสดุเชิงประกอบคอร์เดียไรต์-มุลไลต์บริสุทธิ์สามารถผลิตได้จากการเผาผนึกชิ้นงานทุกสูตรที่อุณหภูมิ 1450๐C โครงสร้างจุลภาคประกอบด้วยเกรนของคอร์เดียไรต์ ผลึกมุลไลต์รูปร่างเข็มที่สานตัวเป็นร่างแห และมีขนาดโตขึ้นเมื่ออุณหภูมิเผาผนึกเพิ่มขึ้น รวมทั้งเฟสเนื้อแก้วซึ่งมีปริมาณมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิเผาผนึกและปริมาณคอร์เดียไรต์สูงขึ้น จากการทดสอบความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงพบว่าทุกสูตรที่ทำการศึกษาในงานวิจัยนี้มีความเหมาะสมต่อการนำมาผลิตเป็นวัสดุทนไฟชนิดคอร์เดียไรต์-มุลไลต์ โดยสูตรที่เตรียมจากอะลูมินา 10.92 % แอนดาลูไซต์ 87.46 % และแมกนีเซียมออกไซด์ 2.76 %โดยน้ำหนัก มีความต้านแรงดัดสูงสุด 54.7 MPa เหมาะสมสำหรับการใช้งานรับแรงที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่สูตรที่เตรียมจากแอนดาลูไซต์ 75.12 % ซิลิกา 16.20 % และแมกนีเซียมออกไซด์ 9.65 %โดยน้ำหนัก สามารถต้านทานการทดสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันที่ 1200๐C จำนวน 25 รอบได้ดีที่สุด มีอัตราการสูญเสียความต้านแรงดัดต่ำที่สุด ชิ้นงานสูตรนี้มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ 3.18x10-6/๐C ปริมาณรูพรุนเปิด 29 % ความต้านแรงดัด 36.3 MPa และไม่พบรอยแตกร้าวหลังการทดสอบ