Ceramics are widely appreciated for their versatility, Độ bền, and aesthetics. From delicate porcelain to resilient industrial components, ceramics serve many roles across industries. A lesser-known but increasingly vital material that’s transforming the ceramic industry is khói silica, a byproduct of silicon metal and ferrosilicon alloy production. This ultra-fine powder, được biết đến với hàm lượng silicon dioxide cao và khả năng phản ứng đặc biệt, đã được chứng minh là một chất phụ gia vô giá, Đặc biệt là tăng cường sức mạnh, Tỉ trọng, và độ bền của gốm sứ.

Silica Fume là gì?

Silica fume, còn được gọi là microsilica, là sản phẩm phụ thu được từ quá trình sản xuất kim loại silicon và hợp kim ferrosilicon. Nó siêu mịn, bột vô định hình với các hạt khoảng 100 nhỏ hơn nhiều lần so với hạt xi măng trung bình. Thành phần chính của khói silic là silicon dioxide (SiO₂), thường ở xung quanh 85-99%, mang lại cho nó khả năng phản ứng cao trong các ứng dụng khác nhau.

The benefits of silica fume stem from its fineness and high pozzolanic activity, có nghĩa là nó phản ứng với canxi hydroxit khi có nước để tạo thành canxi silicat hydrat (C-S-H), an essential component for enhancing material strength. This characteristic has made silica fume an essential material in concrete, but it’s now gaining traction in the ceramic industry for similar reasons.

Key Benefits of Silica Fume in Ceramics

Một. Enhanced Mechanical Strength

Việc bổ sung silica fume vào hỗn hợp gốm giúp tăng cường đáng kể độ bền cơ học của sản phẩm cuối cùng. Điều này là do kích thước hạt và khả năng phản ứng của khói silic, lấp đầy các khoảng trống trong ma trận gốm, tạo ra một cấu trúc dày đặc hơn chống gãy xương và tăng độ bền tổng thể. Bằng cách cải thiện cấu trúc vi mô, silica fume gia cố gốm sứ, làm cho chúng bền hơn và có khả năng chống mài mòn cao hơn.

b. Tăng mật độ và giảm độ xốp

Lợi ích chính của việc sử dụng silica fume trong gốm sứ là khả năng giảm độ xốp.. Trong gốm sứ thông thường, độ xốp có thể làm suy yếu vật liệu, làm cho nó dễ bị ẩm và hư hỏng hóa học hơn. Các hạt siêu mịn của silica fume lấp đầy các khoảng trống cực nhỏ bên trong gốm, dẫn đến dày đặc hơn, cấu trúc ít xốp hơn, chịu được áp lực môi trường tốt hơn gốm sứ truyền thống.

c. Cải thiện độ ổn định nhiệt

Gốm sứ sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao, chẳng hạn như đồ nội thất lò nung, lớp lót chịu lửa, hoặc nồi nấu kim loại, được hưởng lợi từ tính chất nhiệt của silica fume. Khói silic tăng cường độ ổn định nhiệt, giảm nguy cơ biến dạng hoặc xuống cấp ở nhiệt độ cao. Khả năng chịu nhiệt được cải thiện là do cấu trúc ma trận dày đặc, chịu được chu kỳ nhiệt tốt hơn và giảm sự giãn nở khi bị căng thẳng.

d. Tăng cường khả năng chống mài mòn và mài mòn

Trong các ngành công nghiệp mà gốm sứ chịu ma sát liên tục hoặc vật liệu mài mòn, chẳng hạn như trong gạch, dụng cụ cắt, và các bộ phận chịu mài mòn, silica fume đóng một vai trò quan trọng. Càng dày đặc, vật liệu gốm ít xốp hơn được tạo ra bằng khói silica chống sứt mẻ và mài mòn, giúp sản phẩm có tuổi thọ cao hơn và giảm nhu cầu thay thế thường xuyên.

Ứng dụng của khói silic trong sản xuất gốm sứ

Silica fume có ứng dụng đa dạng trong ngành gốm sứ, từ gốm sứ truyền thống trên đất sét đến gốm kỹ thuật tiên tiến được sử dụng trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Dưới đây là một số ứng dụng nổi bật:

Một. Đồ sứ và đồ đá

sứ, một loại hạt mịn, gốm bền, thường được sử dụng làm đồ gia dụng và đồ trang trí. Thêm silica fume vào sứ giúp cải thiện độ bền và khả năng chống nứt, đặc biệt là ở những đồ vật có thành mỏng. Đối với đồ đá, đòi hỏi một cơ thể dày đặc để có sức mạnh và độ bền, silica fume làm giảm độ xốp và tăng cường khả năng chống mài mòn, làm cho nó phù hợp với các mặt hàng có công dụng cao như bát đĩa, cốc, và gạch.

b. Gốm sứ chịu lửa

Vật liệu chịu lửa gốm sứ được chế tạo để chịu được nhiệt độ cao mà không bị hỏng. Những đồ gốm này rất cần thiết trong các ngành công nghiệp như luyện kim, thủy tinh, và sản xuất xi măng. Đóng góp của khói silic cho gốm chịu lửa bao gồm cải thiện độ ổn định nhiệt, độ xốp thấp hơn, và tăng độ bền cơ học. Điều này làm cho gốm chịu lửa pha tạp silica fume trở nên đáng tin cậy hơn trong môi trường có nhiệt độ cực cao và chu trình nhiệt.

c. Gốm sứ kết cấu tiên tiến

Dành cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác và độ bền, chẳng hạn như linh kiện trong thiết bị điện tử, phụ tùng ô tô, và hàng không vũ trụ, gốm kết cấu phải đáp ứng các tiêu chí hiệu suất nghiêm ngặt. Khói silic tăng cường tính toàn vẹn cấu trúc và độ ổn định kích thước của các loại gốm sứ này, đảm bảo chúng có thể chịu được áp lực cơ học và các yếu tố môi trường theo thời gian. Điều này rất quan trọng trong các bộ phận như vòng bi gốm, cảm biến, và van.

d. Gạch men và sàn nhà

Gạch men và vật liệu lát sàn phải chịu lượng người qua lại nhiều, tiếp xúc với độ ẩm, và vật liệu mài mòn. Silica fume củng cố các sản phẩm này, cải thiện khả năng chống mài mòn và độ ẩm của chúng. Nó cũng giúp tạo ra sự trơn tru, bề mặt dày đặc ít có khả năng hấp thụ vết bẩn hoặc nước, làm cho nó trở nên lý tưởng cho phòng tắm, nhà bếp, và các môi trường có độ ẩm cao khác.

e. Chất cách điện

Trong ngành điện, chất cách điện bằng gốm được đánh giá cao vì khả năng chịu được điện áp cao và ngăn chặn sự dẫn điện. Khói silic tăng cường đặc tính cách điện của các loại gốm sứ này bằng cách cải thiện mật độ và giảm nguy cơ gãy xương, có thể dẫn đến dẫn truyền hoặc hỏng hóc. Độ xốp thấp của vật liệu đặc biệt có lợi trong môi trường ẩm ướt hoặc ngoài trời, nơi chất cách điện tiếp xúc với các điều kiện khác nhau.

Những cân nhắc về chế biến và sản xuất

Việc kết hợp khói silic vào sản xuất gốm sứ đòi hỏi phải điều chỉnh quá trình trộn và nung. Dưới đây là một số cân nhắc:

Một. Trộn và trộn

Vì silica fume là một loại bột mịn, nó phải được đo lường cẩn thận và trộn với các nguyên liệu thô khác để đảm bảo phân phối đồng đều. Trộn không đúng cách có thể dẫn đến các đặc tính không nhất quán trong sản phẩm gốm sứ cuối cùng. Máy trộn đặc biệt thường được sử dụng để phân phối đều khói silic trong nền gốm, và cần có các biện pháp kiểm soát bụi thích hợp để xử lý vật liệu một cách an toàn.

b. Nhiệt độ nung

Tác dụng của khói silic được phát huy tối đa ở nhiệt độ cao hơn, có thể yêu cầu điều chỉnh quá trình bắn. Các nhà sản xuất có thể cần phải sửa đổi cài đặt lò nung để đảm bảo liên kết silica fume hiệu quả với các thành phần gốm khác, thúc đẩy một cấu trúc dày đặc và gắn kết. Tuy nhiên, nhiệt độ và thời gian nung phải được kiểm soát để tránh hiện tượng co ngót hoặc biến dạng quá mức ở sản phẩm cuối cùng.

c. Sức khỏe và An toàn

Xử lý khói silica cần chú ý đến sức khỏe và an toàn của người lao động. Vì nó là hạt mịn, silica fume có thể gây nguy hiểm cho đường hô hấp nếu hít phải trong thời gian dài. Thiết bị bảo hộ thích hợp (PPE) và các biện pháp kiểm soát bụi phải được áp dụng tại các cơ sở sản xuất để bảo vệ người lao động khỏi nguy cơ phơi nhiễm.

Sự kết luận

Silica fume là một chất phụ gia mạnh mẽ giúp nâng cao hiệu suất của gốm sứ trong nhiều ứng dụng. Từ đồ gia dụng đến lớp lót chịu lửa nhiệt độ cao, silica fume tăng cường gốm sứ, cải thiện tính chất nhiệt và cơ học của chúng, và làm giảm độ xốp. Dành cho các nhà sản xuất mong muốn sản xuất sản phẩm bền, gốm sứ chất lượng cao, silica fume cung cấp một giải pháp thiết thực đáp ứng nhu cầu khắt khe của các ứng dụng hiện đại. Khi tiến bộ nghiên cứu và ứng dụng mở rộng, tiềm năng của khói silic trong gốm sứ sẽ chỉ tăng lên, mở đường cho những đổi mới trong khoa học và kỹ thuật vật liệu.