Giáo trình Vật liệu nhiệt lạnh

3 
Chương 1. VẬT LIỆU CHỊU LỬA 
1.1. Mở đầu và phân loại 
Vật liệu chịu lửa là loại vật liệu giữ nguyên các đặc tính hóa lý cho tới 
nhiệt độ 1580oC hoặc cao hơn. Công nghiệp chế tạo vật liệu chịu lửa là công 
nghiệp sản xuất các sản phẩm sử dụng ở nhiệt độ cao. Vật liệu chịu lửa được 
đùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như luyện kim, hoá chất, nhiệt 
điện sành, sứ, thủy tinh, sản xuất xi măng... Các vật liệu chịu lửa nhằm giới 
hạn không gian trong đó tiến hành quá trình công nghệ và giảm mất mát 
nhiệt của lò. Trong quá trình vận hành thiết bị người ta tìm mọi cách để tăng 
chất lượng gạch chịu lửa, kéo dài thời gian sử dụng gạch trong lò, góp phần 
tăng năng suất thiết bị, hạ thấp tiêu tốn nhiệt, tăng chất lượng và hạ giá 
thành sản phẩm. 
 Ngày nay để đáp ứng các đòi hỏi của tiến bộ kỹ thuật nhiều loại vật 
liệu mới đã ra đời, đó là các vật liệu siêu cao cấp dùng trong kĩ thuật máy 
bay siêu âm, tên lửa hiện đại, các vật liệu trong lò phản ứng hạt nhân, trong 
các con tàu vũ trụ... 
Vật liệu chịu lửa được phân loại theo nhiều dấu hiệu khác nhau: 
 1) Theo bản chất hoá lí của nguyên liệu ban đầu vật liệu chịu lửa 
được chia thành 9 nhóm: silic, alumôsilicat, manhêdi, forstenit, spinen, 
đôlômi, cácbon, ziếccôn và vật liệu chịu lửa từ các ôxyt tinh khiết. 
 2) Theo độ chịu lửa vật liệu chịu lửa được chia thành 3 loại: 
- Loại chịu lửa thường: độ chịu lửa từ 1580 đến 1770°C 
- Loại cao lửa: độ chịu lửa từ 1770 đến 2000°C 
- Loại rất cao: độ chịu lửa trên 2000°C 
 3) Theo hình dạng và kích thước, gồm các loại: loại thường khối hình 
hộp, gạch di hình, loại khối lớn... 
 4) Theo phương pháp tạo hình có sản phẩm nén dẻo, nén bán khô, 
sản phẩm đúc từ hồ và chất nóng chảy. 
 5) Theo đặc tính gia công nhiệt: có sản phẩm chịu lửa loại nung và 
loại không nung. 
 6) Theo đặc tính xốp chia sản phẩm ra loại đặc, loại thường và loại 
nhẹ. Để lựa chọn và sử dụng gạch chịu lửa một cách đúng đắn và có hiệu quả 
cần phải biết những tính chất quan trọng của vật liệu chịu lửa và điều kiện 
sử dụng chúng. 
4 
1.2. Các tính chất của vật liệu chịu lửa 
Vật liệu chịu lửa là một loại vật liệu chịu được nhiệt độ cao hơn 
1000°C trong một thời gian dài và không bị biến dạng khi có tải trọng cơ 
học. 
1.2.1. Tính chất vật lí của vật liệu chịu lửa 
1. Đặt tính cấu trúc của vật liệu chịu lửa 
Đặc tính cấu trúc của sản phẩm chịu lửa có ảnh hưởng quyết định đến 
mọi tính chất của nó. 
Xét về mặt cấu trúc, vật liệu chịu lửa là một tổng thể có kết hợp và sắp 
xếp xen kẽ lẫn nhau của ba pha: tinh thể, thủy tinh (vô định hình) và khí (lỗ 
xốp). 
Bản chất hoá lí và số lượng mỗi pha hoàn toàn khác nhau. 
Để nghiên cứu đặc tính cấu trúc của vật liệu chịu lửa người ta dùng các 
phương pháp hoá lí hiện đại như phân tích nhiệt, phân tích pha và cấu trúc 
nhiễu xạ rơnghen, bằng kính hiển vi phân cực, tính hiển vi điện tử và 
phương pháp phân tích thạch học. 
2. Mật độ và cuờng độ ở nhiệt độ thường 
a) Độ xốp: để tiện phân biệt và 
đánh giá độ xốp trong sản phẩm 
người ta chia các loại lỗ xốp ra 3 
nhóm sau (hình 1-1). 
- Lỗ xốp kín, nằm trong lòng 
sản phẩm, không cho các chất lỏng 
và khí thấm qua. 
- Lỗ xốp hở, nằm trên bề mặt 
sản phẩm, chứa đầy chất lỏng hay 
khí nhưng không cho chúng thấm 
qua sản phẩm. 
- Lỗ xốp dạng kênh, là loại lỗ 
hở hai đầu cho chất lỏng và khí thấm qua sản phẩm dễ dàng. 
Khả năng thấm khí (hay lỏng) của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào kích 
thước và số lượng của dạng lỗ xốp dạng kênh và chênh lệch áp suất của khí 
(hay lỏng) ở hai đầu lỗ. Độ xốp được đánh giá bằng một thông số đặc trưng 
sau đây: 
- Mật độ thực (khối lượng riêng ρt) g/cm3, là khối lượng của 1 cm3 vật 
Hình 1.1: Các dạng lỗ xốp trong sản 
phẩm chịu lửa 
1. Lỗ xốp kín2. Lỗ xốp hở 
3. Lỗ xốp dạng kênh 
5 
liệu không có lỗ xốp. 
- Mật độ biểu kiến (khối lượng riêng biểu kiến ρt) g/cm3, là khối lượng 
của l cm3 vật liệu kể cả lỗ xốp. 
- Độ xốp thực Wt, % là tỉ số của thể tích các lỗ xốp (cả lỗ hở và lỗ kín) 
với thể tích vật liệu. 
- Độ xốp hở hay biểu kiến Wbk, % là tỉ số thể tích của các lổ hở chứa 
đầy nước khi đun sôi với thể tích của vật liệu, 
- Độ xốp kín Wk, % là hiệu số giữa độ xốp thực và độ xốp biểu kiến: 
Wk = Wt - Wbk 
Nếu vật liệu bão hoà nước thì độ xốp biểu kiến được xác định bằng 
công thức: 
a1- Khối lượng mẫu khô tuyệt đối, g; 
a2- Khối lượng mẫu trên được bão hoà nước, g; 
V - Thể tích mẫu, cm3. 
- Độ hút nước là tỉ lệ giữa lượng nước hấp thụ với khối lượng của mẫu 
khô: 
b) Độ thẩm khí k: độ thấm khí của sản phẩm chịu lửa phụ thuộc vào 
lượng lỗ xốp hở của chúng. 
Độ thẩm khí là khả năng cho không khí hay khói lò qua sản phẩm ở 
điều kiện nào đó. Độ thẩm khí đặc trưng bằng hệ số thấm khí k, đơn vị 
của nó được rút ra từ biểu thức sau: 
V - thể tích khí đi qua mẫu, lít; 
F - diện tích khí thẩm qua, m2; 
1 - chiều dày mẫu, m; 
τ - thời gian không khí (khói lò) qua sản phẩm, h; 
Pl - P2 chênh lệch áp suất ở hai đầu mẫu, mm H20 
6 
như vây. 
Hệ số thẩm khí là lượng khí tính bằng lít đi qua mẫu có diện tích 1 m2, 
có chiều dày l m, trong thời gian 1 giờ khi chênh lệch áp suất là l mm H20. 
Độ thẩm khí còn phụ thuộc vào nhiệt độ vì nhiệt độ ảnh hưởng đến độ 
nhớt của khí. Nếu tăng nhiệt độ, độ nhớt η tăng, độ thẩm khí giảm. Quan hệ 
giữa độ thẩm khí và độ nhớt của chúng như sau: 
Ngoài ra, độ thẩm khí còn phụ thuộc phương pháp sản xuất gạch. Độ 
thẩm khí của sản phẩm nén bán khô nhỏ hơn 10 - 30 lần so vói sản phẩm 
nén dẻo. 
c) Cường độ nén: cường độ nén của sản phẩm ở nhiệt độ 
thường phụ thuộc vào thành phẩm sản phẩm, thành phần phối liệu, điều 
kiện nén và nhiệt độ nung. Qua chỉ tiêu cường độ nén có thể đánh giá chất 
lượng sản phẩm nhanh và đơn giản, cũng như đánh giá cả quá trình kĩ thuật 
sản xuất. Đa số gạch chịu lửa có cường độ nén lớn hơn 25N/mm2. 
Phương pháp tiêu chuẩn để xác định cường độ chịu nén đựa trên theo 
cường độ chịu nên của mẫu lập phương có cạnh từ 40 – 100 mm. Cường độ 
nén của đa số gạch chịu lửa tăng khi nhiệt độ tăng và đạt đến trị số cực đại ở 
1000 - 1100°c. Tiếp tục tăng nhiệt độ; cường độ nén hạ thấp rất nhiều. 
Nguyên nhân của sự biến đổi này là do ở nhiệt độ đó xuất hiện biến dạng 
dẻo. 
d) Cường độ chịu kéo, uốn xoắn: trong quá trình sử dụng gạch 
chịu lửa sẽ xuất hiện các loại ứng suất khác nhau như ứng suất kéo, ứng suất 
uốn, ứng suất trượt. Để đánh giá cường độ chịu kéo, uốn, xoắn lí tưởng nhất 
là xác định ở nhiệt độ làm việc của chúng, vì thế ít khi người ta xác định 
Cường độ chịu kéo, uốn xoắn và cũng không có phương pháp tiêu chuẩn 
nào để xác định các cường độ này. 
Có thể nói rằng cường độ chịu uốn khoảng 2-3 lần nhỏ hơn và cường 
độ chịu nén khoảng 5-10 lần nhỏ hơn cường độ chịu nén. 
3. Độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt độ 
a) Độ dẫn nhiệt: độ dẫn nhiệt của vật liệu đặc trưng bằng hệ số 
dẫn nhiệt λ, W/mK. Độ dẫn nhiệt có ỹ nghĩa lớn khi xác đinh nhiệt tổn thất 
qua tường, vòm lò. Độ dẫn nhiệt ảnh hưởng đến độ bền nhiệt của sản phẩm 
vì độ dẫn nhiệt cùng với nhiệt dãn nở là nguyên nhân gây ứng suất trong vật 
liệu. 
7 
Hình 1.2: Sự phụ thuộc của hê số dẫn nhiệt củamột số vật liệu chịu lửa vào nhiệt độ 
1. Đinat: λ1 = 1,16 + 0.00064t; 
2. Samôt: λ1 = 1,27 + 0,00064t; 
3. Manhêdi: λ1 = 4,65 - 0,00175t; 
4. Crômit: λ1 = 1,28 + 0,00040t; 
5. Manhêdi - crômit: λ1 = 4,07 - 0,001 l0t; 
6. Crôm - manhêdi: λ1 = 2,00-0,00035t; 
7. Bêtông chịu lửa: λ1 = 1,45 - 0,00052t. 
Khi nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt của vật liệu chịu lửa thường tăng. Tuy 
nhiên,một số vật liệu chịu lửa pha tinh thể nhiễu hoặc chứa tạp chất ít, khi 
tăng nhiệt độ hệ số dẫn nhiệt giảm (manhêdi, cacbonrun, corun) (hình 1.2) 
Nếu độ xốp tăng, độ dẫn nhiệt giảm. 
Nếu kích thước lỗ xốptăngvới các điều kiện khác như nhau, ở nhiệt độ 
cao độ dẫn nhiệt tăng lên rất nhiều. 
Đa số vật liệu chịu lửa đều là loại dẫn nhiệt kém. Độ dẫn nhiệt của 
samốt, đinat khoảng 50 100 lần, nhỏ hơn độ dẫn nhiệt của kim loại. 
b) Nhiệt dung riêng: nhiệt dung riêng của vật liệu chịu lửa thường 
được biểu thị bằng nhiệt dung riêng đẳng áp Cp. Nhiệt dung riêng phụ thuộc 
vào nhiệt độ với mức độ chính xác đạt yêu cầu được xác định theo phương 
trình thực nghiêm sau: 
8 
Cp = C0 + at + bt2 + ... 
và nhiệt dung riêng trung bình 
trong đó Cp, a, b - là các hệ số thực nghiệm. 
Sự phụ thuộc của nhiệt dung riêng trung bình vào nhiệt độ của một số 
vật liệu chịu lửa được thể hiện qua hình 1.3. 
c) Độ dẫn nhiệt độ: độ dẫn nhiệt độ đặc trưng cho tốc độ thay đổi nhiệt 
độ trong chi tiết, cho quá trình truyền nhiệt và được đặc trưng bởi hệ số dẫn 
nhiệt độ a. 
 Hệ số dẫn nhiệt độ ảnh hưởng đến độ bền nhiệt nên nó là một trong 
những hệ số cơ bản để đánh giá độ bền nhiệt của vật liệu chịu lửa. 
 0 400 800 1200 
t(
0
C) 
Hình 1.3: Sự phụ thuộc của nhiệt dung riêng trung bình 
vào nhiệt độ của một số sản phẩm chịu lửa 
9 
 d) Độ dẫn điện: nói chung các vật liệu chịu lửa ở nhiệt độ thấp đều là 
chất điện môi rất tốt. Nếu đốt nóng, khả năng dẫn điện tăng lên, ở 800 - 
1000°Cnó trở thành vật dẫn điện. 
 - Tính chất điện của vật liệu chịu lửa được quyết định bởi bản chất của 
vật liệu. 
- Giữa điện trở R của vật liệu chịu lửa và nhiệt độ được xác định như 
sau: 
 A, B – hằng số ứng với mỗi loại vật liệu. 
 Đặc trưng tính chất của vật liệu chịu lửa là điện trở và được đo bằng 
. Đa số vật liệu chịu lửa ở 10000C, điện trở dao động trong khoảng 
104 105, ở 15000C hạ xuống còn 103 . 
 Tính chất vật lý của vật liệu chịu lửa cho trong bảng 1.1 
Bảng 1.1: Tính chất vật lý của vật liệu chịu lửa 
Số 
TT 
Tên vật liệu chịu 
lửa 
ρ 
λ = λ0 + b*t Cp = C0 +a*t 
λ0 b C0 a 
 Ký hiệu kg/m3 W/mK 
10-
3W/mK2 
kJ/kgK 10-3kJ/kgK2 
1 2 3 4 5 6 7 
1 
Đinat DO 2430 1.07 0.84 1.04 0.25 
 DI 2420 1.16 0.64 0.874 
 DII 2400 0.93 0.64 
 DIII 2380 0.88 0.64 
 DIV 2350 0.81 0.64 
2 
Samot SI 1950 1.27 0.64 0.96 0.23 
 SII 1900 1.11 0.64 0.865 0.23 
 SIII 1850 0.84 0.64 0.85 0.23 
 SIV 1800 0.81 0.64 0.83 0.23 
3 
Manhedi MI 2700 4.65 -1.75 1.045 0.29 
 MII 2650 6.2 -2.7 1.04 0.29 
10 
4 Cromit 3050 1.28 0.4 0.837 0.29 
5 
Manhedi - 
Cromit 
3000 4.07 -1.1 0.9 0.12 
6 
Crom - Manhedi 2800 2.00 -0.35 0.754 0.15 
 3000 2.8 -0.98 0.754 0.15 
7 
Forstenit 2400 1.535 -0.25 0.89 0.42 
 3000 3.3 -1.1 0.892 0.42 
8 Spinen 3000 4.07 -1.1 0.775 0.3 
9 Cacbitsilic 
2000 5.7 -1.6 0.96 0.146 
2100 5.2 -1.3 0.96 0.146 
2000 16.8 -7.3 0.93 0.135 
2500 21 -10.5 0.965 0.15 
10 Gạch cacbon 23 0.35 0.8 
1.2.2.Tính chất sử dụng của vật liệu chịu lửa 
1. Độ chịu lửa 
Độ chịu lửa của vật liệu là khả năng chống lại quá trình biến dạng khi 
chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao. 
Độ chịu lửa là một trong những tính chất cơ bản để xác định khả năng 
sử dụng của vật liêu chịu lửa, phụ thuộc vào thành phần hoá học của vật 
liệu. 
2. Độ bền nhiệt 
Độ bền nhiệt là khả năng chống lại sự phá huỷ trong điều kiện nhiệt độ 
thay đổi. 
Nguyên nhân dẫn đến nứt vỡ sản phẩm do dao động nhiệt độ là sự 
xuất hiện ứng suất bên trong sản phẩm do chênh lệch nhiệt độ khi đốt nóng 
và làm nguội. Trong quá trình nung nóng không đều trong vật liệu nên sẽ 
xuất hiện ứng suất trượt giữa các lớp vật liệu do dãn nở nhiệt không đều. 
Khi làm nguội, lớp bề mặt bị co lại nhưng bên trong nhiệt độ vẫn cao, do vậy 
vật liệu chịu lửa sẽ có ứng suất kéo và xuất hiện kẽ nứt ởcác mặt thẳng góc 
với bề mặt làm nguội. 
Khả năng của vật liệu chịu lửa chống lại các ứng suất xuất hiện bên 
trong sản phẩm; phụ thuộc vào tính chất cơ học và tính chất đàn hồi của nó. 
3. Độ bền cơ học 
11 
Một tính chất quan trọng của vật liệu chịu lửa là khả năng chống lại 
đồng thời tác dụng của nhiệt độ và tải trọng. Độ bền cơ học được đặc trưng 
bằng nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng 0,2 N/mm2, biểu thị khoảng mềm khi 
đó sản phẩm sẽ bị biến dạng dẻo. 
Tải trọng thực tế khi làm việc thường nhỏ hơn tải trọng kiểm tra (0,2 
N/mm2) nhiều. Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng là một chỉ tiêu rất quan 
trọng của vật liệu đặc trưng cho khả năng làm việc dưới tác dụng của nhiệt 
độ và tải trọng. Chỉ tiêu này phản ánh đúng khả năng sử dụng hơn so với độ 
chịu lửa trong những điều kiện cụ thể. 
4. Tính ổn định thể tích ở nhiệt độ cao 
Vật liệu chịu lửa khi sử dụng thường phải chịu tác dụng nhiệt độ cao và 
lâu hơn nhiệt độ nung khi chế tạo ra chúng. Do vậy, khi làm việc sẽ có sự 
thay đổi thành phần pha, kết tinh lại và kết khối phụ. Do đó vật liệu sẽ có thể 
bị co hoặc nở phụ; hiện tượng đó làm sản phẩm biến đổi không thuận 
nghịch kích thước dài của chúng. 
Ở nhiệt độ cao, phần lớn sản phẩm chịu lửa sẽ xít chặt lại do kết khối. 
Sự xít chặt này xảy ra do sự căng bề mặt của pha lỏng, gây nên hiện tượng 
sắp xếp lại và có sự sát nhập các hạt trong vật liệu. Khi duy trì lâu dài ở nhiệt 
độ cao, tinh thể lớn dần và sản phẩm trở nên xít chặt hơn. Hiện tượng co 
phụ sẽ làm xuất hiện kẽ nứt giữa mạch vữa và các viên gạch, bong vữa và 
dẫn đến hạ thấp độ bền xỉ, độ bền nhiệt của vật liệu chịu lửa. Tường và vòm 
lò sẽ bị lún xuống dần sẽ bị phá hủy. 
5. Độ bền xỉ 
Trong lò công nghiệp ở nhiệt độ cao vật liêu chịu lửa thường phải tiếp 
xúc với môi trường lỏng, môi trường khí và môi trường rắn. Môi trường 
lỏng tiếp xúc với gạch như xỉ nóng chảy, kim loại nóng chảy, thủy tinh lỏng, 
tro xỉ, nhiên liệu chảy lỏng. 
Môi trường khí phá hoại chi tiết thường là sản phẩm cháy, nhiên liệu 
khí, khí co trong lò cao, khí cácbuahyđro trong lò cốc hoá... Các khí này thấm 
sâu vào các lỗ của gạch phá hoại hoặc hạ thấp độ bền của chúng. 
Môi trường rắn tác dụng với gạch chịu lửa như bụi quặng, bụi phối 
liệu, bụi xỉ hoặc xỉ rắn hoặc tiếp xúc giữa hai loại vật liệu chịu lửa với nhau. 
Xỉ phá hoại gạch chịu lửa có hai dạng: ăn mòn và xâm thực. 
6.Dãn nở nhiệt 
Các vật liệu chịu lửa khi đốt nóng thường bị giãn nở, sau khi làm nguội 
sẽ trở về thể tích ban đầu. Sự dãn nở do đốt nóng khác với hiện tượng dãn 
nở phụ do sự biến đổi thành phần pha và cấu tạo của vật liệu. Ứng suất 
12 
trong vật liệu hình thành do đốt nóng hoặc làm nguội nhanh; nó phụ thuộc 
vào độ dãn nở nhiệt. Hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu được xác định bởi các 
chỉ tiêu sau: 
Hệ số dãn nở nhiệt trung bình: 
Hê số dãn nở nhiêt thực: 
Hệ số dãn nở nhiệt tương đối: 
Lt0- chiều dài mẫu ở 0°c hay ở nhiệt độ trong phòng, m; 
Lt- chiều dài mẫu ở nhiệt độ đo, m; 
dL/dt- biến đổi chiều dài theo nhiệt độ 
1.3. Các loại vật liệu chịu lửa 
Vật liệu chịu lửa là loại vật liệu dùng để xây lắp các lò và thiết bị công 
nghiệp làm việc ở nhiệt độ cao. Theo quy ước chung, vật liệu được gọi là vật 
liệu chịu lửa khi nó có độ chịu lửa lớn hơn 15800C, tức nhiệt độ tại đó mà 
khối vật liệu hình chóp không bị phá hủy. Ngoài ra nó còn phải đảm bảo độ 
bền cơ học và hóa học, ổn định về mặt kích thước để làm việc ổn định lâu dài 
trong từng điều kiện cụ thể của nhiệt độ cao và ăn mòn hóa học. 
Các vật liệu chịu lửa quan trọng đều là vật liệu gốm. 
1.3.1. Vật liêu Đinat (Silica) 
Vật liệu silica có hàm lượng SiO2lớn hơn hoặc bằng 93%, được gọi là 
đinát, khoáng chính là tridimit và crisobalit được sản xuất từ nguyên liệu 
thiên nhiên có hàm lượng SiO2 cao (cát thạch anh, qua ... + 6HCl 
Bo phân giải ở thể khí, được lắng tụ tiếp theo trên sợi vonfram mảnh 
(d ≈ 12μm) đã được nung nóng. Do tương tác giữa bo và vonfram lồi các sợi 
bo sẽ bao gồm các voníram borit với thành phần khác nhau: WB, W2B5, 
WB5. Khi tiếp tục nung nóng, trong thành phần dây về cơ bản chỉ còn lại 
WB4. Sợi bo tạo thành bằng phương pháp này có d = 70÷200μm. 
Độ bền ở nền sợi thấp hơn độ bền của toàn sợi nói chung, ở vùng nền 
xuất hiện ứng suất kéo. Điều này làm xuất hiện ứng suất dư và hình thành 
vết nứt hướng kính. Với khối lượng riêng nhỏ, sợi bo có độ bền và môđun 
đàn hồi cao. Độ bền cao của sợi bo được giải thích bằng cấu trúc tinh thể nhỏ 
mịn của nó. Tổ chức bề mặt gây ảnh hưởng lớn đến độ bền học với nền 
nhôm. Để nâng cao độ bền nổng, ngăn ngừa tương tác hóa học với nền, sợi 
bo thường đượe phủ một lớp bề mặt mỏng 3÷5 mm từ silic cacbua, bo 
cacbua hoặc nitrua. 
Hiện nay, cùng với các sợi bo thuần túy, người ta còn sản xuất các sợi 
bo được bện với sợi thủy tinh. 
Sợi phối hợp kiểu này có tính ổn định cao. Nhược điểm cơ bản của sợi 
bo là giá thành cao. Người ta có thể hạ giá thành bằng cách tăng thêm đường 
kính và thay thế sợi mầm vonfram bằng sợi cacbon. 
Sợi cacbon môđun cao có độ bền, độ bền riêng lớn và tính ổn định 
nhiệt của các chỉ tiêu cơ tính. Chúng được chế tạo bằng gia công nhiệt các 
sợi hữu cơ tổng hợp ở nhiệt độ cao trong mồi trường khí trơ. Phụ thuộc sản 
phẩm ban đầu, sợi cacbon có các dạng sau: sợi mảnh, dải bện, vải, băng, 
phớt. Sử dụng rộng rãi nhất để sản xuất sợi cacbon là các sợi viscô, 
polyaxilinitril (HAII). Khi nung nóng, sợi hữu cơ tổng hợp phân giải với sự 
tạo ra các lớp cacbon dạng dải có cấu trúc lục giác gọi là và sợi (mixofibril). 
Các nhóm vi sợi định hướng giống nhau, ngăn cách nhau bằng các khe hẹp, 
tạo thành sợi mảnh (fibril). Kích thước theo chiều ngang các sợi mảnh nằm 
trong một giới hạn rộng, từ một vài phần mười đến phần trăm mixomet. Mỗi 
sợi cacbon bao gồm hàng nghìn sợi mảnh. Tổ chức sợi cacbon, đặc biệt là sự 
phân bố tương hỗ của các sợi mảnh, mức độ định hướng của chung phụ 
thuộc vào nguyên liệu ban đầu: thành phần của cao phân tử, mức độ kéo 
158 
vuốt, công nghệ tạo ra chúng... Do đó, sợi cacbon tạo thành từ các sợi tổng 
hợp khác nhau có tính chất khác nhau và ngay cả tương quan giữa độ bền 
với môđun đàn hồi cũng khác nhau. 
 Tổ chức và tính chất của sợi cacbon phụ thuộc khá mạnh vào nhiệt độ 
gia công nhiệt luyện các sợi tổng hợp. Ngoài ra, sự có mặt của các khuyết tật 
như lỗ hổng, vết nứt cũng ảnh hưởng rất mạnh đến độ bền của sợi. Trị số 
của đại lượng này giảm đáng kể nếu như kích thước các khuyết tật vượt quá 
0,05µm. Khi nung nóng trong không khí quá 4500C, sợi cacbon bị ôxy hóa, 
còn trong môi trường hoàn nguyên hoặc trung tính, các chỉ tiêu cơ tính của 
nó giữ được đến tận 22000C. 
Những ưu điểm khác của sợi cacbon cần phải kể đến là độ dẫn điện, 
dẫn nhiệt cao, tính ổn định chống ăn mòn tốt, có khả năng ổn định chốiig sốc 
nhiệt, hệ số giăn nở nhiệt nhỏ. Các nhược điểm của sợi này là độ dính ướt 
kém đối với các vật liệu làm nền ở trạng thái nóng chảy. Để cải thiện độ dính 
ướt, giảm bớt sự tương tác hóa học với nền, người ta tiến hành phủ bọc sợi. 
Kết qựả nghiên cứu chỉ ra rằng, sự tiếp Xúc .với nền nhôm trở nên tốt hơn 
khi bề mặt sợi cacbon được phủ lớp titan cacbit hoặc ziriconi cacbit. 
Sợi gốm ôxyt, nitrua, cacbit được đặc trưng bởi độ cứng, độ bền, 
môđun đàn hồi cao, khối lượng riêng không lớn và tính ổn định nhiệt cao. 
Từ bảng 7.3 thấy rằng các râu đơn tinh thể có độ bền và tính cứng 
vững đặc biệt cao. Độ bền đặc biệt cao này được giải thích bởi cấu trúc hoàn 
thiện của nó với mật độ lệch rất nhỏ. Người ta đã chứng minh rằng sự tăng 
trường của các râu tinh thể trong quá trình nuôi đơn tinh thể A12O3 và SiO2 
là do sự có mặt trong những đơn tinh thể đó một lệch xoắn duy nhất nằm 
dọc theo trục lớn lên của tinh thể. 
Sợi thủy tinh được đặc trưng bởi sự tổng hợp độ bền cao (30005000 
MPa), tính ổn định nhiệt và cách điện lớn, độ dẫn nhiệt nhỏ và chống ăn mòn 
tốí Người ta chế tạo sợi thủy tinh bằng cách nén ép thủy tinh lỏng qua phễu 
lọc đặc biệt, hoặc kéo sợi từ pha lỏng. Hai dạng sợi thủy tinh được chế tạo là 
sợi dài liên tục, đường kính 3100 μm, chiều dài đến 20 km hoặc hơn nữa 
và sợi cắt (stapel) đường kính 0,520 μm, chiều dài 0,010,5 m. 
Sợi cắt được sử dụng để chế tạo vật liệu kết cấu với tính chất đồng 
nhất và các vật liệu cách âm, cách nhiệt. Còn sợi dài, về cơ bản, được dùng 
chế tạo các compozit độ bền cao, nền phi kim loại. Các sợi dài liên tục hiện 
tại đang được sẳn xuất với tiết diện ngang hình vuông, hình chữ nhật, hình 
sau cạnh, nâng cao độ bền, độ cứng vững của compozit nhờ sự sắp xếp định 
vị bền chắc hơn trong vật liệu. 
159 
Ứng dụng các sợi hình, rỗng làm giảm khối lượng riêng, nâng cao độ 
cứng vững khi uốn, độ bền khi nén của vật liệu compozit. Ngoài ra các tính 
chất cách cản của chủng cũng được cải thiện. 
160 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
I. Tiếng Việt 
1 Lê Công Dưỡng (chủ biên), Vật liệu học; Nhà xuất bản KHKT– 2000 
2 2 B.N.ARZAMAXOV (Người dịch: Nguyễn Khắc Cường, Đỗ Minh 
Nghiệp, Chu Thiên Trường, Nguyễn Khắc Xương)Vật liệu học; Nhà 
xuất bản Giáo dục-2000 
3 Nguyễn Đức Lợi (chủ biên), Vũ Diễm Hương, Nguyễn Khắc Xương, 
Vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội - 2012 
4 Lê Thị Chiều, Vật liệu kim loại kỹ thuật, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà 
Nội – 2015. 
5 Lê Thị Chiều, Nguyễn Dương Nam; Vật liệu sử dụng trong tàu thủy; 
Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội – 2013 
6 Nguyễn Đăng Hưng, Kỹ thuật sản xuất vật liệu chịu lửa, Nhà xuất bản 
Giáo dục, 1996. 
7 Trần Văn Địch, Ngô Tri Phúc, Sổ tay tra cứu mác thép thế giới; Nhà 
xuất bản khoa học - kỹ thuật, 2002 
I. Tiếng Anh 
8 William D, Callister.JR; Materials Science and Engineering; John 
Wiley & sons; JNC. 1990 
9 Yu.M.Lakhtin (Translated from Russian by Nicholá Weinstein) 
Engineering physical metallurgy and heat-treatment; Mir publishers. 
Moscow - 1977 
10 www.key-to-steel.com 
11 ASM Metals Handbook Volum 3 , 2004 Phase Diagram 
12 Metals Handbook Vol 9: Metallography and microstructure. p. 627-
643 
161 
MỤC LỤC 
Chương 1. VẬT LIỆU CHỊU LỬA ............................................................................... 3 
1.1. Mở đầu và phân loại ........................................................................................ 3 
1.2. Các tính chất của vật liệu chịu lửa .............................................................. 4 
1.2.1. Tính chất vật lí của vật liệu chịu lửa .................................................. 4 
1.2.2.Tính chất sử dụng của vật liệu chịu lửa .......................................... 10 
1.3. Các loại vật liệu chịu lửa .............................................................................. 12 
1.3.1. Vật liêu Đinat (Silica) ............................................................................ 12 
1.3.2. Sản phẩm họ aluminnosilicat ............................................................. 20 
1.3.4.Vật liệu chịu lửa Forstenit .................................................................... 25 
1.3.5. Vật liệu chịu lửa nhóm spinen ........................................................... 25 
1.3.6. Vật liệu chịu lửa đôlômi ....................................................................... 28 
1.3.7. Vật liệu chịu lửa sản xuất theo phương pháp nấu chảy ........... 30 
1.3.8. Vật liệu chịu lửa trên cơ sở graphit và silic cacbit ..................... 31 
1.3.9. Sản phẩm chịu lửa đặc biệt từ các ôxyt tinh khiết ..................... 39 
Chương 2. VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT ....................................................................... 42 
2.1. Đặc điểm vật liệu cách nhiệt ....................................................................... 42 
2.2. Vật liệu chịu lửa cách nhiệt và phương pháp sản xuất ..................... 42 
2.2.1. Phương pháp dùng phụ gia cháy ...................................................... 43 
2.2.2. Phương pháp tạo bọt khí ..................................................................... 44 
2.3. Vật liệu cách nhiệt vô cơ .............................................................................. 45 
2.3.1. Điatômit và trêpen ................................................................................. 45 
2.3.2. Amiăng ........................................................................................................ 45 
2.4. Vật liệu cách nhiệt hữu cơ ........................................................................... 47 
2.4.1. Tấm cói ....................................................................................................... 47 
2.4.2. Fibrôlit ........................................................................................................ 47 
2.4.3. Tấm cách nhiệt bằng sợi gỗ ................................................................ 48 
2. 4. 4. Tấ m vỏ bào .................................................................................................... 48 
162 
2.4.5. Sản phẩm cách nhiệt bằng than bùn ............................................... 48 
Chương 3. VẬT LIỆU KIM LOẠI CHỊU NHIỆT.................................................... 50 
3.1. Khái niệm, phân loại gang và thép ........................................................... 50 
3.1.1. Khái niệm, phân loại gang ................................................................... 50 
3.1.2. Khái niệm, phân loại thép .................................................................... 51 
3.2. Thép và hợp kim đặc biệt ............................................................................ 55 
3.2.1. Thép không gỉ........................................................................................... 55 
3.2.2. Hợp kim có điện trở lớn để làm dây đốt nóng ............................. 57 
3.3. Vật liệu ổn định nóng và bền nóng .......................................................... 58 
3.3.1. Vật liệu ổn định nóng ............................................................................ 58 
3.3.2 Vật liệu bền nóng ......................................................................................... 62 
3.4. Hợp kim màu .................................................................................................... 76 
3.4.1. Hợp kim nhôm ......................................................................................... 76 
3.4.2. Hợp kim đồng ........................................................................................... 84 
3.4.3. Hợp kim Titan .......................................................................................... 94 
Chương 4.ĐẶC ĐIỂM VẬT LIỆU CHỊU LẠNH .................................................. 100 
4.1. Đặc điểm làm việc và yêu cầu của vật liệu chịu lạnh ...................... 100 
4.2. Vật liệu kim loại chịu lạnh ........................................................................ 102 
4.3. Vật liệu chịu lạnh phi kim loại ............................................................ 107 
Tính chất vật lí và cơ học .............................................................................. 110 
Chương 5.VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT LẠNH ........................................................ 113 
5.1. Đại cương ........................................................................................................ 113 
5.2. Một số phương pháp cách nhiệt lạnh................................................... 114 
5.2.1. Cách nhiệt bằng bọtxôp ..................................................................... 114 
Cách nhiệt bằng điển đẩy, nhét đầy .......................................................... 114 
5.1.2. Phương pháp cách nhiệt lạnh chân không ................................. 115 
5.3. Các tính chất của vật liệu cách nhiệt .................................................... 116 
Các yêu cầu đối với vật liệu cách nhiệt lạnh .......................................... 116 
Độ khuếch tán ẩm qua vật íiệu cách nhiệt .................................................. 124 
Một số tính chất khác ..................................................................................... 125 
Gây nấm mốc và các ioại kí sinh trùng ......................................................... 125 
163 
5.4. Một số vật liệu xây dựng thông dụng ................................................... 126 
5.4.1. Vật liệu xây dựng ................................................................................. 126 
5.4.2. Vật liệu cách nhiệt ............................................................................... 128 
5.4.3. Vật liệu cách ẩm ................................................................................... 131 
5.5. Các phương pháp cách ẩm ....................................................................... 132 
Sử dụng lớp cách ẩm ........................................................................................... 133 
Tăng hệ số trở kháng khuếch tán ẩm của vật liệu ................................... 134 
Sử dụng lớp vữa trát phía trong buồng lạnh có độ khuếch tán ẩm lớn135 
5.6. Cấu trúc cách nhiệt và độ dày cách nhiệt ........................................... 135 
5.6.1. Cấu trúc cách nhiệt .............................................................................. 135 
5.6.2. Độ dày cách nhiệt................................................................................. 136 
Chương 6. VẬT LIỆU HÚT ẨM ............................................................................. 139 
6.1. Đại cương ........................................................................................................ 139 
6.2. Các vật liệu hút ẩm chính .......................................................................... 140 
6.2.1. Nhiệm vụ của vật liệu hút ẩm.......................................................... 140 
6.2.2. Yêu cầu đối với vật liệu hút ẩm ...................................................... 140 
6.2.3. Nguyên tắc hút ẩm............................................................................... 141 
6.2.4. Các vật liệu hút ẩm dựa trên liên kết cơ học ............................. 141 
- Các chất hấp thụ ........................................................................................... 144 
- Các chất phản ứng hóa học với nước ................................................... 144 
Chương 7.VẬT LIỆU COMPOZIT ......................................................................... 145 
7.1. Khái niệm và phân loại .............................................................................. 145 
7.2. Các phương pháp hóa bền ........................................................................ 147 
7.3. Lựa chọn và ứng dụng vật liệu compozit ............................................ 148 
7.3.1 Vật liệu compozit hóa bền phân tán .............................................. 148 
7.3.2 Vật liệu compozit cốt sợi.................................................................... 151 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 160