Nhôm trắng nung chảy (WFA) là nguyên liệu thô quan trọng trong sản xuất nhiều loại gốm xốp hiệu suất cao.
Nhôm nung chảy trắng (WFA) là gì?
Trước tiên, xin định nghĩa ngắn gọn: Nhôm oxit trắng nung chảy là vật liệu tổng hợp được sản xuất bằng cách nung chảy nhôm oxit nung có độ tinh khiết cao (Al₂O₃) trong lò hồ quang điện ở nhiệt độ trên 2000°C. Sau đó, nhôm oxit được làm nguội, nghiền và phân loại thành nhiều kích cỡ hạt khác nhau. Các đặc điểm chính của nhôm oxit trắng nung chảy là:
Độ tinh khiết cao: Thông thường >99% Al₂O₃.
Độ cứng cao: 9,0 trên thang Mohs.
Độ chịu lửa tuyệt vời: Điểm nóng chảy cao (~2050°C).
Độ trơ về mặt hóa học tốt: Chịu được axit và kiềm.
Kích thước hạt được kiểm soát: Có thể nghiền và sàng chính xác.
Tại sao WFA được sử dụng trong gốm xốp?
Gốm xốp là cấu trúc xốp nhẹ, có độ xốp cao, được sử dụng chủ yếu làm vật liệu lọc (cho kim loại nóng chảy) và cách nhiệt . Các yêu cầu cho các ứng dụng này hoàn toàn phù hợp với các đặc tính của WFA:
Khả năng chịu nhiệt độ cao: Gốm xốp dùng để lọc nhôm, sắt hoặc thép nóng chảy phải chịu được nhiệt độ cực cao (700°C – 1600°C) mà không bị mềm hoặc phân hủy. Độ chịu nhiệt cao của WFA khiến nó trở nên lý tưởng.
Tính trơ về mặt hóa học: Vật liệu không được phản ứng với kim loại nóng chảy đang được lọc. WFA cực kỳ ổn định và sẽ không đưa tạp chất vào kim loại nóng chảy.
Khả năng chống sốc nhiệt: Độ chênh lệch nhiệt độ đột ngột khi nhúng bộ lọc vào kim loại nóng chảy có thể làm nứt các vật liệu kém chất lượng. Công thức đặc biệt của bùn gốm (bao gồm WFA và chất kết dính) được thiết kế để giảm thiểu điều này, và các đặc tính nội tại của WFA góp phần tạo nên một cấu trúc chắc chắn.
Độ xốp và cấu trúc được kiểm soát: Cấu trúc của bọt (kích thước lỗ xốp, hình dạng và độ thoáng) đóng vai trò quan trọng đối với hiệu quả lọc. Các hạt WFA tạo nên bộ khung vững chắc, cứng cáp giúp duy trì cấu trúc này trong điều kiện khắc nghiệt.
Độ bền cơ học cao: Bộ lọc phải chịu được lực ăn mòn và lực cơ học của dòng chảy kim loại nóng chảy. Độ cứng cực cao của WFA đảm bảo bộ lọc giữ nguyên hình dạng và không bị rơi vãi các hạt.
WFA được sử dụng như thế nào trong quy trình sản xuất gốm xốp?
Phương pháp phổ biến nhất để tạo gốm xốp là phương pháp bọt biển polymer mô phỏng . Dưới đây là cách WFA tham gia vào quy trình:
Chuẩn bị hỗn hợp: Bột mịn của nhôm oxit trắng nung chảy (và thường có các chất phụ gia khác như chất kết dính, đất sét và chất trợ thiêu kết) được trộn với nước để tạo thành hỗn hợp sệt, sánh mịn. Phân bố kích thước hạt của nhôm oxit trắng nung chảy (WFA) rất quan trọng—nó phải đủ mịn để phủ đều bọt polyme nhưng cũng phải chứa các hạt thô hơn để giúp tạo nên cấu trúc chắc chắn.
Tẩm: Một bọt polymer ô mở (ví dụ: polyurethane) với cấu trúc lỗ rỗng mong muốn (ví dụ: 10, 20, 30 PPI – Lỗ rỗng trên một inch) được nhúng vào hỗn hợp. Bọt được bóp và nhả ra nhiều lần để đảm bảo hỗn hợp WFA phủ đều tất cả các thanh giằng của mạng lưới polymer.
Loại bỏ phần thừa: Bọt đã tẩm được đưa qua các con lăn hoặc ly tâm để loại bỏ phần bùn thừa. Đây là bước quan trọng để đảm bảo các lỗ rỗng (lỗ chân lông) vẫn mở trong khi các thanh chống (thành gốm) được phủ hoàn toàn.
Làm khô: Lớp bọt phủ được làm khô chậm để loại bỏ nước mà không làm nứt lớp phủ gốm.
Đốt cháy polymer: Phần polymer khô được nung ở nhiệt độ vừa phải (khoảng 500-800°C) để từ từ cháy hết và loại bỏ lớp bọt polymer. Kết quả là một bản sao gốm sứ xốp, dễ vỡ.
- Nung ở nhiệt độ cao (Thiêu kết): Chi tiết sau đó được nung ở nhiệt độ rất cao (thường là 1450°C – 1650°C). Ở giai đoạn này, các hạt WFA kết dính lại với nhau tại ranh giới của chúng mà không nóng chảy hoàn toàn, tạo thành một bộ khung gốm chắc chắn, nguyên khối và có khả năng chịu nhiệt cao.
Thông số kỹ thuật chính của WFA cho gốm xốp
Khi tìm nguồn WFA cho ứng dụng này, các nhà sản xuất sẽ tìm kiếm:
Độ tinh khiết (% Al₂O₃): ≥ 99,0% là tiêu chuẩn. Các tạp chất như soda (Na₂O) có thể làm giảm độ chịu lửa và ảnh hưởng đến quá trình thiêu kết.
Kích thước hạt (Lưới/Độ mịn): Thường được nghiền thành bột mịn. Các cấp phối phổ biến là F240, F280, F320, và thậm chí mịn hơn (giá trị d50 từ 20-50 micron). Hỗn hợp các kích thước hạt thường được sử dụng để tối ưu hóa mật độ đóng gói và lưu biến của hỗn hợp.
Hóa học: Hàm lượng Fe₂O₃, SiO₂ và Na₂O thấp rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất nhiệt độ cao và tránh nhiễm bẩn kim loại đã lọc.