Keraamilised kiud (0)

Tallinna Tehnikaülikool
Keraamilised kiud
Tallinn 2012

Sisukord

1. KERAAMILINE KIUD 3
Kiud on fibroosne aine, mis koosneb pikkadest kitsadest loomsetest, taimsetest, mineraalsetest või sünteetilist päritolu rakkudest. Loomse päritoluga kiud sisaldavad proteiini molekul . Niisugused kiud on vill, siid , mohäär, angoora ja hobusejõhv. Taimse päritoluga kiud koosnevad peamiselt tselluloosist. Sinna kuuluvad puuvill , lina, džuut, sisal ja taimsed ebemed. Asbest on looduslik anorgaaniline kiud. Tehiskiudu valmistatakse looduslikust materjalist keemilise lisandidega. Sünteetilist kiudu on valmistatud vedeliku või lahuse polümeersest vaigust. Kiu mineraalset päritolu kasutatakse armeerimisel ja valmistamisel eriti tugevate toodete valmistamiseks. Keraamiline kiud viitab mineraalse päritoluga kiu. 3
1.1 Keraamilise kiu valmistamine 3
Keraamilised materjalid omavad madalat soojusjuhtivus , omavad suurepärast elektri isolatsiooni omadusi kõrgel temperatuuril ja kõrgel õhuniiskusel. Neid võib kasutada pikka aega temperatuuril 1000°С ja lühemat aega kõrgematel temperatuuridel . Keraamilist kiudu kasutatakse termilise tõkkena erinevatel tehnoloogilistel protsessidel, millega kaasneb kõrge temperatuur (enne 1150 °С). Keraamilise kiu keemiline püsikindlus on РН 5-11. Keraamilise kiu toote soojusjuhtivus on 0,07 – 0,1W/m*K. Keraamilise kiu madala soojusjuhtivuse pärast kasutatakse neid soojustusmaterjalidena. 3
2.KERAAMILINE KIUD SOOJUSTUSMATERJALINA 3
Keraamilised kiud on kõige sagedamini kasutatavad soojustusmaterjalina. Soojustusmaterjal on materjal, mida iseloomustavad madal soojusjuhtivus, võime peegeldada soojust ning kasutatakse ehitusel termoisolatsiooniks, kui ka tööstusseadmete ja torustike termoisolatsiooniks. Soojustusmaterjalid aitavad vähendada kütusekulu hoonete kütmisel. Nende soojusjuhtivus temperatuuril, 1000оС ja rohkem on kaks korda madalam, kui poorse struktuuriga materjalidel. Soojusisolatsiooni materjalid ja tooted on klassifitseeritud järgmiste omaduste järgi: struktuur, kuju, peamise tooraine liigi, tiheduse, jäikuse, soojusjuhtivuse ja süttivuse. Soojustusmaterjalidel on erinev struktuur, näiteks kiud, teraline, pooriline. 3
Keraamilise kiu kasutamine kasvab iga päev ja toodete valik nendest suureneb. Kiudusid kasutatakse tulekindlatel voodritel, seina paisumisvuugi ja ahju võlvi täitmisele, ahju vankrites, kujuliste pihustide tihendamisele, kontroll-luukidele, rullidele, kuumade gaaside filtreerimisele, akustiliste ja elektriliste kohtade isolatsiooniks. Kiude kasutatakse laialdaselt ka muudeks keraamilise kiu tootede valmistamiseks nagu plaadid, lindid , mattid, papid , paberid, nöörid, köied, niidid , kangad, vaakum -vormistatud tooted, liimid, tsemendid . 4
3.1 Keraamilise kiu mattid 4
Keraamilise kiu matte kasutatakse alusmaterjalina kihiliste plokkide valmistamiseks, lintideks, pressitud nööriks, mooduliteks ja pressitud kujulise toodeteks . Seda kasutatakse tsementeeritud ja ankur kütte ja soojusenergia ahjude tulekindla voodrina seinadeks ja võlvideks, keraamikatööstuses ja värviliste metallide tööstuse ahjudes, termilise reaktorite isolatsioonina, kõrge temperatuuriga torujuhtmetes, eelsoojendites, soojendamisseadetes, valuvormis. Kasutatakse ahjupõrande sillutamiseks, talades ja muudeks liikuvateks osadeks . 4
3.2 Keraamilised moodulid 4
Keraamilised moodulid valmistamisel pressitakse plokki. Moodulid kindlalt pannakse kahe puit plaadi vahele ja kinnitatakse mitme plastmassist rihmaga. Mooduli alusel on puksid süsteemi kinnitamiseks. Pärast moodulite kinnitamist seinale või võlvidele rihmadega, on vaja nihutada puit plaati . See soodustab moodulite laienemist pilude vahele. 4
3.3Kangad ja Paelad 4
Tekstiilimaterjalid on valmis kootud või punutud lõngast, mis koosneb tulekindlast keraaamika kiudutest lisaks orgaanilistest kuidudest ( mitte rohkem kui 20% ), see tagab toode painduvuse tõusmist. Metallisulamist lõngade väljaarvamine taastuva suurima stabiilsusega kõrgel temperatuuril. Klaaskiu lõngade kasutamisega saab neid kasutada sellistes kohtades kus on vaja elektrilist stabiilsust. Tekstiil materjale on kasutatud kuni 1250 kraadi juures, aga kui on vaja et materjal oleks kõrgel temperatuuril paindlik, siis peab jääma temperatuur alla kõrgemat lubatud tempertuuri. 4
3.5CeraTex keraamiline riie 5
CeraTex keraamiline riie on valmistatud kõrge kvaliteediga keraamilisest lõngast. Seda võib kasutada kuni 1200oC temperatuuri juures. Riiet on tugevdatud klaaskiuga, vajadusel võib panna ka terastraati. Keraamilisest kiust tekstiilid (riie, teip, köis) on veel lisatud madala temperatuuri juures sidujat, mis ei mõjuta riide termoisolatsiooni omadusi. 5
Neid riideid kasutatakse peamiselt: turva tekid , kardinad , keevitus tekid, kaitsvad ja isoleerivad katted jne. Põhiline osa kus kasutatakse on keevitused, terase ja alumiiniumi tootmistehased. 5
Pidevaks töötemperatuuriks soovitatakse 980oC ja maksimum temperatuur on 1200oC 5
CeraTex tekk on nõel kootud ja kannatab kuuma nagu keraamiline riie. Tekk on paindlik, kergekaaluline, tekki on võimalik saada erinevate paksuste, laiuste ja tihedustega. Omaduste hulka kuuluvad ka madal soojusjuhtivus ja hea heli isolatsioon , madal sooja salvestus, vastupidav temperatuuri muutustele ja korrosiooni- ja tulekindel. 5

KERAAMILINE KIUD
Kiud on fibroosne aine, mis koosneb pikkadest kitsadest loomsetest, taimsetest, mineraalsetest või sünteetilist päritolu rakkudest. Loomse päritoluga kiud sisaldavad proteiini molekul. Niisugused kiud on vill, siid, mohäär, angoora ja hobusejõhv. Taimse päritoluga kiud koosnevad peamiselt tselluloosist. Sinna kuuluvad puuvill , lina, džuut, sisal ja taimsed ebemed. Asbest on looduslik anorgaaniline kiud. Tehiskiudu valmistatakse looduslikust materjalist keemilise lisandidega. Sünteetilist kiudu on valmistatud vedeliku või lahuse polümeersest vaigust. Kiu mineraalset päritolu kasutatakse armeerimisel ja valmistamisel eriti tugevate toodete valmistamiseks. Keraamiline kiud viitab mineraalse päritoluga kiu.
1.1 Keraamilise kiu valmistamine
Keraamilist kiudu toodetakse ainult elektrisulatusahjudega. Suland kiustatakse kas suurekiiruseliste ratastega või kõrgrõhu-õhujoaga, ning kiud tõmmatakse kogumislindile. Toode kas pallitakse sellel etapil, või töödeldakse tekiriideks, et seejärel pallida või nõeltehnikas vildistada. Võimalik on edasine järeltöötlemine.
1.2 Keraamilise kiu omadused
Keraamilised materjalid omavad madalat soojusjuhtivus, omavad suurepärast elektri isolatsiooni omadusi kõrgel temperatuuril ja kõrgel õhuniiskusel. Neid võib kasutada pikka aega temperatuuril 1000°С ja lühemat aega kõrgematel temperatuuridel. Keraamilist kiudu kasutatakse termilise tõkkena erinevatel tehnoloogilistel protsessidel, millega kaasneb kõrge temperatuur (enne 1150 °С). Keraamilise kiu keemiline püsikindlus on РН 5-11. Keraamilise kiu toote soojusjuhtivus on 0,07 – 0,1W/m*K. Keraamilise kiu madala soojusjuhtivuse pärast kasutatakse neid soojustusmaterjalidena.

KERAAMILINE KIUD SOOJUSTUSMATERJALINA
Keraamilised kiud on kõige sagedamini kasutatavad soojustusmaterjalina. Soojustusmaterjal on materjal, mida iseloomustavad madal soojusjuhtivus, võime peegeldada soojust ning kasutatakse ehitusel termoisolatsiooniks, kui ka tööstusseadmete ja torustike termoisolatsiooniks. Soojustusmaterjalid aitavad vähendada kütusekulu hoonete kütmisel. Nende soojusjuhtivus temperatuuril, 1000оС ja rohkem on kaks korda madalam, kui poorse struktuuriga materjalidel. Soojusisolatsiooni materjalid ja tooted on klassifitseeritud järgmiste omaduste järgi: struktuur, kuju, peamise tooraine liigi, tiheduse, jäikuse, soojusjuhtivuse ja süttivuse. Soojustusmaterjalidel on erinev struktuur, näiteks kiud, teraline, pooriline.

Tooted keraamilise kiu alusel
Keraamilise kiu kasutamine kasvab iga päev ja toodete valik nendest suureneb.
Kiudusid kasutatakse tulekindlatel voodritel, seina paisumisvuugi ja ahju võlvi täitmisele, ahju vankrites, kujuliste pihustide tihendamisele, kontroll-luukidele, rullidele, kuumade gaaside filtreerimisele, akustiliste ja elektriliste kohtade isolatsiooniks. Kiude kasutatakse laialdaselt ka muudeks keraamilise kiu tootede valmistamiseks nagu plaadid, lindid, mattid, papid, paberid, nöörid, köied, niidid, kangad, vaakum-vormistatud tooted, liimid, tsemendid.
3.1 Keraamilise kiu mattid
Keraamilise kiu matte kasutatakse alusmaterjalina kihiliste plokkide valmistamiseks, lintideks, pressitud nööriks, mooduliteks ja pressitud kujulise toodeteks. Seda kasutatakse tsementeeritud ja ankur kütte ja soojusenergia ahjude tulekindla voodrina seinadeks ja võlvideks, keraamikatööstuses ja värviliste metallide tööstuse ahjudes, termilise reaktorite isolatsioonina, kõrge temperatuuriga torujuhtmetes, eelsoojendites, soojendamisseadetes, valuvormis. Kasutatakse ahjupõrande sillutamiseks, talades ja muudeks liikuvateks osadeks.
3.2 Keraamilised moodulid
Keraamilised moodulid valmistamisel pressitakse plokki. Moodulid kindlalt pannakse kahe puit plaadi vahele ja kinnitatakse mitme plastmassist rihmaga. Mooduli alusel on puksid süsteemi kinnitamiseks. Pärast moodulite kinnitamist seinale või võlvidele rihmadega, on vaja nihutada puit plaati. See soodustab moodulite laienemist pilude vahele.

Kangad ja Paelad
Tekstiilimaterjalid on valmis kootud või punutud lõngast, mis koosneb tulekindlast keraaamika kiudutest lisaks orgaanilistest kuidudest ( mitte rohkem kui 20% ), see tagab toode painduvuse tõusmist. Metallisulamist lõngade väljaarvamine taastuva suurima stabiilsusega kõrgel temperatuuril. Klaaskiu lõngade kasutamisega saab neid kasutada sellistes kohtades kus on vaja elektrilist stabiilsust. Tekstiil materjale on kasutatud kuni 1250 kraadi juures, aga kui on vaja et materjal oleks kõrgel temperatuuril paindlik, siis peab jääma temperatuur alla kõrgemat lubatud tempertuuri.

Materjal kaetud turbiinide labadel
Teadlased on tõestanud, et keraamilised materjalid sobivad hästi tuule turbiinide labade valmistamiseks. Keraamilised materjalid mitte ainult ei talu kõrgemat kuumust kui metallid vaid jääb mehaaniliselt stabiilseks selle protsessi käigus. Keraamilised komposiidid koos nende kiududega kaaluvad kolmandiku tänapäeval metallic sulamist valmistatud turbiini labadest. Kuid sellest materjalist ei ole võimalik nn punuda turbiini labasid. Teadlased proovivad silikoon karbiidist kiudu põimida SiBNC mis annaks tugevuse turbiini labale. Need kiud põimitakse risti, millest üks annab kiule tugevuse ja teine kaitseb kiudu kuuma eest. Kõige lubavam lähenemine keraamiliste kiududele on keraamilise kiuga tugevdatud keraamika, et parandada sellist tüüpi materjalide viga- nende haprus.

CeraTex keraamiline riie
CeraTex keraamiline riie on valmistatud kõrge kvaliteediga keraamilisest lõngast. Seda võib kasutada kuni 1200oC temperatuuri juures. Riiet on tugevdatud klaaskiuga, vajadusel võib panna ka terastraati. Keraamilisest kiust tekstiilid (riie, teip, köis) on veel lisatud madala temperatuuri juures sidujat, mis ei mõjuta riide termoisolatsiooni omadusi.
Neid riideid kasutatakse peamiselt: turva tekid, kardinad, keevitus tekid, kaitsvad ja isoleerivad katted jne. Põhiline osa kus kasutatakse on keevitused, terase ja alumiiniumi tootmistehased.
Pidevaks töötemperatuuriks soovitatakse 980oC ja maksimum temperatuur on 1200oC

CeraTex tekk
CeraTex tekk on nõel kootud ja kannatab kuuma nagu keraamiline riie. Tekk on paindlik, kergekaaluline, tekki on võimalik saada erinevate paksuste, laiuste ja tihedustega. Omaduste hulka kuuluvad ka madal soojusjuhtivus ja hea heli isolatsioon, madal sooja salvestus, vastupidav temperatuuri muutustele ja korrosiooni- ja tulekindel.

Struktuur
Keemilise struktuuri ebakorrapärasus on see mis muudab keraamilised kiud tugevamaks samas hapramaks. Kuid kiud moodustavad sidemeid tavapärase süsteemi järgi, mis tähendab et aatomid reastuvad korrapäraselt kolmemõõtmelise ruumilise struktuuri. Nad moodustavad tasandeid nagu korrused majadel. Käituvad kui määratud murdumispunktid. Kui sinna peale panna rõhku siis need murduvad kui õmblused riietel . Kui murdumiskoht jõuab naaber kristallini, siis murdumiskiirus muutub kiiremaks. Kui võrrelda metallidega siis seal käituvad aatomid kui viskoosne liim ja sidemed ei lagune nii kiiresti. Kristall tasapinnad võivad teineteisest mööda minna ilma, et nad laguneks. Kuna keraamilistel materjalidel on teistsugused aatomite vahelised sidemed, siis ei saa sellist plastilist käitumist olla aatomite vahel.
Selleks et sidemed aatomite vahel oleks tugevamad püüdis Bonni ülikooli professor Martin Jensen teha amorfse struktuuriga keraamilist materjali. Klaasi tüüpi materjalides on struktuur ruumis ebakorrapäraselt ning ei ole ette määratud murdumispunkte. Kuid see tõi uue probleemi. Kui sulatatud materjal hakkab tahkestuma, siis kristallstruktuur võtab korrapärase järjestuse. Välja arvatud juhul kui midagi ei sega tahkestumise ajal neid ja nad ei jää kinni ebakorrapärasesse olekusse. Selleks pani Jansen vahekorraga 3:3:7 silikooni, borooni ja lämmastikku. See oli piisav et segada aatomite normaalset kristallumist ning struktuur võttis ebakorrapärase kuju.
Mõned aatomite vahelised sidemed tugevdavad keraamilist materjali. Boroon ja lämmastik mõlemad moodustavad kolm sidet ja silikoon neli. Kõik omavahel seotud aatomid moodustavad ühe terviku, mis muudab kogu ahelat tugevamaks. Teiseks ideeks oli see, et mida rohkem on aatomite vahel sidemeid seda raskem on neil mujale liikuda , sest teised aatomidhoiavad neid paigal. Selleks et sealt minema minna peab aatom purustama sidemed kahe naaber aatomiga, mis on väga ebatõenäoline.
Bibliography

http://www.fiberfrax.com/

http://ceramicfiber.com/

A Material that keeps its cool when hot

http://www.ceramicfiber.net/ceramicfibercloth.ht m