Gemeenschappelijke bindingsmethoden voor refractaire bindmiddelen

Vuurvaste bindmiddelen zijn een materiaal dat op een bepaalde manier vuurvast poeder in een vaste vorm combineert om de mechanische sterkte ervan te verbeteren, hittebestendigheid, aardbevingsbestendigheid, en andere eigenschappen. Gebruikelijke combinatiemethoden voor vuurvaste materialen omvatten de volgende:

Hydraulische binding

Hydraulische binding, ook wel hydraulisch verharden genoemd, is afhankelijk van de reactie tussen een bindmiddel (zoals cement) en water onder specifieke temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden om hydratatieproducten te produceren die een cementachtig verhardend effect creëren. Omdat de sterkte die wordt gegenereerd door de hydratatiereactie en cementverharding afhankelijk is van de tijd, temperatuur, en vochtigheidsomstandigheden, een goede uitharding is vereist. Gebruikelijke bindmiddelen zijn onder meer aluminosilicaatcement. Wanneer calciumaluminaatcement (met primaire hydratatiemineralen CaO·Al2O3 en CaO·2Al2O3) wordt gemengd met water, het ondergaat hydrolyse- en hydratatiereacties, resulterend in de precipitatie van hexagonale vlok- of naaldvormige hydraten CaO·Al2O3·10H2O (CAH10) en 2CaO·Al2O3·8H2O (C2AH8), of kubisch korrelig 3CaO·Al2O3·6H2O (C3AH6) hydraten en aluminiumoxidegel (Al2O3gel). Dit vormt een samenhangend kristallijn netwerk, leidend tot binding.

Op dezelfde manier, reactief aluminiumoxide ondergaat een hydratatiereactie en genereert monokliene plaatvormige, vezelig, of korrelige trihydroxide-aluminiummineralen (Bayerieten, Al2O3 3H2O) en orthorhombische plaatvormige Boehmite (Boehmitisch, Al2O3·(1-2)H2O), resulterend in een bindende actie.

Chemische binding

Waterglas binding: Gebruik natriumsilicaat (waterglas) als bindmiddel, meng het met vuurvast materiaalpoeder, vorm en hard het vervolgens uit door te drogen.

Vuurvaste mortel: Meng het vuurvaste materiaalpoeder met een vuurvast mortelbindmiddel tot een vuurvast mortelachtig mengsel, vorm en droog het vervolgens om binding te bereiken.

Polycondensatieverlijming

Chemische binding met organische bindmiddelen uit hoge polymeren omvat een condensatie-polymerisatiereactie met specifieke katalysatoren of verknopingsmiddelen onder bepaalde omstandigheden, resulterend in de vorming van een driedimensionale netwerkstructuur en het verschaffen van bindende kracht. Gebruikelijke bindmiddelen omvatten harsen zoals fenol-formaldehydeharsen en lineaire fenol-formaldehydeharsen.

Wanneer fenol-formaldehydehars wordt gecombineerd met een zure katalysator en verwarmd, het ondergaat een condensatiereactie, wat leidt tot een hogere bindingssterkte. Op dezelfde manier, wanneer de lineaire fenol-formaldehydehars wordt gecombineerd met hexamethyleentetramine (urotropine) en verwarmd, er vindt een verknopingsreactie plaats, resulterend in de vorming van een netwerkstructuur door condensatie en het verschaffen van een goede bindingssterkte.

Keramische binding

De sterkte wordt bereikt door een sinterproces in de vaste fase en de vloeistoffase dat plaatsvindt bij relatief lage temperaturen. Om het vast-vloeibaar sinteren te vergemakkelijken en de vorming van een vloeibare fase te bevorderen, vaak is het nodig om stoffen met een laag smeltpunt toe te voegen, fungeren als fluxen, aan de mix. Bijvoorbeeld, in op aluminiumoxide gebaseerde droge mengsels, de toevoeging van boorzuur resulteert in de vorming van een kleverige vloeibare fase bij 450-550°C, wat helpt de vuurvaste aggregaten aan elkaar te hechten. Dit wordt gevolgd door een vast-vloeistofreactie met α-Al2O3, wat leidt tot de vorming van verbindingen met hogere smeltpunten, zoals 2Al2O3·B2O3 (die constant rond de 1035°C smelt) of 9Al2O3·B2O3 (die constant rond 1930°C smelt), waardoor de korundaggregaten aan elkaar worden gebonden.

Op dezelfde manier, in kiezelhoudende droge trillingsmengsels, de toevoeging van boorzuur of borax als sinterhulpmiddel binnen het bereik van 500-1000 °C bevordert het sinteren, resulterend in de vorming van een keramische binding. Dergelijke droge trillingsmengsels, die afhankelijk zijn van de toevoeging van sinterhulpmiddelen bij lage tot gemiddelde temperaturen, worden veel gebruikt als bekleding voor verschillende inductieovens met hoogfrequent vermogen en als vulmiddel voor pollepelmonden.

Zelfklevende verbinding

Lijmverbindingen zijn een soort verbindingen die optreden wanneer vloeibare bindmiddelen een combinatie van acties gebruiken, inclusief adsorptie, verspreiding, elektrostatische aantrekkingskracht, en capillaire krachten, om een ​​verweven laag van lijmdiffusie te creëren. Dit proces genereert bindende kracht.

Lijmverbindingen kunnen in verschillende typen worden onderverdeeld:

1. Adsorptie-effect: Dit omvat fysieke adsorptie, waar moleculen door intermoleculaire krachten tot elkaar worden aangetrokken (Van der Waals forces), en chemische adsorptie, die plaatsvindt door interacties waarbij chemische bindingen betrokken zijn. Er zijn gevallen waarin beide soorten adsorptie gelijktijdig optreden bij lijmverbindingen.
2. Verspreidingseffect: Dit omvat de wederzijdse diffusie en penetratie van de lijm en de moleculen van het hechtmiddel als gevolg van hun thermische beweging. Dit leidt tot de vorming van een diffusielaag op het grensvlak, waardoor een sterke en veilige band ontstaat.
3. Elektrostatische interactie: Op het grensvlak tussen de lijm en het hechtmiddel, er is een dubbele elektrische laag. Binding vindt plaats door de elektrostatische aantrekkingskracht van deze dubbele elektrische laag.

De bindmiddelen die een lijmverbinding creëren, zijn vaak organisch en tijdelijk van aard. Ze functioneren bij kamertemperatuur of lage temperaturen en verbranden na het ondergaan van een hittebehandeling op middelhoge tot hoge temperatuur. Voorbeelden hiervan zijn materialen als zetmeel, carboxymethylcellulose, en polyvinylalcohol. Sommige bindmiddelen zijn semi-permanent; na hittebehandeling op middelhoge tot hoge temperatuur, ze laten resterende koolstof achter die een koolstofnetwerkbinding vormt. Voorbeelden hiervan zijn materialen als asfalt, fenol-formaldehydeharsen, en epoxyharsen met een hoog resterend koolstofgehalte. Echter, dit soort bindmiddelen zijn alleen geschikt voor gebruik onder reducerende omstandigheden. Sommige anorganische bindmiddelen vertonen ook een goede hechting, zoals aluminiumdiwaterstoffosfaat, natriumsilicaat, en silicasol. In vuurvaste mortel worden vaak lijmbindmiddelen gebruikt, coatings, spuitcoatings, en stampmengsels.

Cohesieve binding

Cohesieve binding is afhankelijk van de van der Waals-krachten, inclusief waterstofbinding, en overbruggingseffecten tussen colloïdale deeltjes of ultrafijne poeders op nano- of submicronschaal die dichtbij komen of contact maken. Volgens de DLVO-theorie, er zijn van der Waals-krachten tussen colloïdale deeltjes. Als deeltjes elkaar naderen, afstoting treedt op als gevolg van de overlap van de dubbele elektrische laag op de deeltjesoppervlakken. De stabiliteit en cohesie van de colloïdale oplossing (oponthoud) hangt af van de relatieve grootte van de aantrekkende en afstotende krachten tussen deeltjes. Materialen die cohesieve binding kunnen vertonen, zijn onder meer fijne kleideeltjes, oxide ultrafijne poeders, silica sol, aluminium sol, en silica-aluminiumoxidesol.