Métodos de ligação comuns para ligantes refratários

Ligantes refratários são materiais que combinam pó refratário em uma forma sólida de uma certa maneira para melhorar sua resistência mecânica., resistência ao calor, resistência a terremotos, e outras propriedades. Os métodos comuns de combinação de materiais refratários incluem os seguintes:

Ligação hidráulica

Ligação hidráulica, também conhecido como endurecimento hidráulico, depende da reação entre um aglutinante (como cimento) e água sob condições específicas de temperatura e umidade para produzir produtos de hidratação que criam um efeito de endurecimento cimentício. Como a resistência gerada pela reação de hidratação e endurecimento do cimento depende do tempo, temperatura, e condições de umidade, é necessária uma cura adequada. Aglutinantes comuns incluem cimento de aluminossilicato. Quando o cimento de aluminato de cálcio (com minerais de hidratação primária CaO·Al2O3 e CaO·2Al2O3) é misturado com água, sofre reações de hidrólise e hidratação, resultando na precipitação de flocos hexagonais ou hidratos em forma de agulha CaO·Al2O3·10H2O (CAH10) e 2CaO·Al2O3·8H2O (C2AH8), ou granulado cúbico 3CaO·Al2O3·6H2O (C3AH6) hidratos e gel de óxido de alumínio (Al2O3gel). Isso forma uma rede cristalina coesa, levando à vinculação.

De forma similar, o óxido de alumínio reativo sofre uma reação de hidratação e gera placas monoclínicas em forma de, fibroso, ou minerais granulares de tri-hidróxido de alumínio (bayeritas, Al2O3·3H2O) e Boehmite em forma de placa ortorrômbica (Boemita, Al2O3·(1-2)H2O), resultando em uma ação vinculativa.

Ligação química

Encadernação de vidro de água: Usando silicato de sódio (copo de água) como um fichário, misture com pó de material refratário, em seguida, modele e endureça através da secagem.

Argamassa Refratária: Misture o pó do material refratário com um aglutinante de argamassa refratária para formar uma mistura semelhante a uma argamassa refratária, em seguida, modele e seque para conseguir a ligação.

Colagem de policondensação

A ligação química usando ligantes orgânicos de polímeros elevados envolve uma reação de polimerização por condensação com catalisadores específicos ou agentes de reticulação sob certas condições, resultando na formação de uma estrutura de rede tridimensional e fornecendo força de ligação. Aglutinantes comuns incluem resinas como resinas de fenol-formaldeído e resinas lineares de fenol-formaldeído.

Quando a resina fenol-formaldeído é combinada com um catalisador ácido e aquecida, sofre uma reação de condensação, levando a maior força de ligação. De forma similar, quando a resina linear de fenol-formaldeído é combinada com hexametilenotetramina (urotropina) e aquecido, ocorre uma reação de reticulação, resultando na formação de uma estrutura de rede através da condensação e proporcionando boa força de ligação.

Colagem cerâmica

A resistência é alcançada através de um processo de sinterização em fase sólida-fase líquida que ocorre em temperaturas relativamente baixas. Para facilitar a sinterização sólido-líquido e promover a formação de uma fase líquida, muitas vezes é necessário adicionar substâncias de baixo ponto de fusão, agindo como fluxos, para a mistura. Por exemplo, em misturas secas à base de alumina, a adição de ácido bórico resulta na formação de uma fase líquida pegajosa a 450-550°C, o que ajuda a aderir os agregados refratários. Isto é seguido por uma reação sólido-líquido com α-Al2O3, levando à formação de compostos com pontos de fusão mais elevados, como 2Al2O3·B2O3 (que derrete consistentemente em torno de 1035°C) ou 9Al2O3·B2O3 (que derrete consistentemente em torno de 1930°C), unindo assim os agregados de corindo.

De forma similar, em misturas vibratórias secas siliciosas, a adição de ácido bórico ou bórax como auxiliar de sinterização na faixa de 500-1000°C promove a sinterização, resultando na formação de uma ligação cerâmica. Misturas vibratórias secas deste tipo, que dependem da adição de auxiliares de sinterização de baixa a média temperatura, são amplamente utilizados como revestimentos para vários fornos de indução de frequência de potência e como enchimentos para bocas de panelas.

Colagem adesiva

A ligação adesiva é um tipo de ligação que ocorre quando os ligantes líquidos utilizam uma combinação de ações, incluindo adsorção, difusão, atração eletrostática, e forças capilares, para criar uma camada entrelaçada de difusão adesiva. Este processo gera força de ligação.

A ligação adesiva pode ser categorizada em vários tipos:

1. Efeito de adsorção: Isso inclui adsorção física, onde as moléculas são atraídas umas pelas outras através de forças intermoleculares (Forças de Van der Waals), e adsorção química, que ocorre por meio de interações envolvendo ligações químicas. Há casos em que ambos os tipos de adsorção ocorrem simultaneamente na ligação adesiva.
2. Efeito de difusão: Isto envolve a difusão e penetração mútua das moléculas do adesivo e do aderente devido ao seu movimento térmico.. Isso leva à formação de uma camada de difusão na interface, resultando em um vínculo forte e seguro.
3. Interação Eletrostática: Na interface entre o adesivo e o aderente, há uma dupla camada elétrica. A ligação ocorre devido à atração eletrostática desta dupla camada elétrica.

Os ligantes que criam a ligação adesiva são frequentemente de natureza orgânica e temporária. Eles funcionam em temperatura ambiente ou em baixas temperaturas e queimam após serem submetidos a tratamento térmico de média a alta temperatura. Exemplos incluem materiais como amido, carboximetilcelulose, e álcool polivinílico. Alguns ligantes são semipermanentes; após tratamento térmico de média a alta temperatura, eles deixam para trás carbono residual que forma uma rede de carbono que liga. Exemplos incluem materiais como asfalto, resinas de fenol-formaldeído, e resinas epóxi com alto teor de carbono residual. No entanto, estes tipos de ligantes só são adequados para uso em condições redutoras. Alguns ligantes inorgânicos também apresentam boa ligação adesiva, como dihidrogenofosfato de alumínio, silicato de sódio, e sílica sol. Ligantes adesivos são comumente usados ​​em argamassas refratária, revestimentos, revestimentos em spray, e misturas de compactação.

União Coesiva

A ligação coesa depende das forças de van der Waals, incluindo ligações de hidrogênio, e efeitos de ponte entre partículas coloidais ou pós ultrafinos em escala nano ou submícron que se aproximam ou fazem contato. De acordo com a teoria DLVO, existem forças de van der Waals entre partículas coloidais. Quando as partículas se aproximam, a repulsão ocorre devido à sobreposição da dupla camada elétrica nas superfícies das partículas. A estabilidade e coesão da solução coloidal (suspensão) dependem dos tamanhos relativos das forças atrativas e repulsivas entre as partículas. Os materiais que podem apresentar ligação coesiva incluem finos de argila, pós ultrafinos de óxido, sol de sílica, sol de alumínio, e sol de sílica-alumina.