Đây là cách các kỹ sư đã tìm ra cách tạo ra vật liệu chịu lửa tốt hơn.

Nguyên liệu thô cho vật liệu chịu lửa áp dụng trong lò nung hoặc lò nung rất khác nhau. Các nhà khoa học và kỹ sư đang tìm cách cải thiện hiệu quả, giảm chi phí và kéo dài tuổi thọ của chúng.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự tồn tại của một tỷ lệ nhỏ pha lỏng có thể làm giảm nồng độ ứng suất một cách hiệu quả và tránh sự xói mòn quá mức cục bộ do nồng độ ứng suất cơ học và nứt vỡ do nồng độ ứng suất nhiệt. Lấy hệ thống corundum-spinel làm ví dụ, khi so sánh với hệ thống Spinel tiền tổng hợp corundum, hệ thống Spinel corundum-in-situ có hiệu suất sử dụng tốt hơn. Một mặt, Spinel tại chỗ có độ phân tán trong nền cao hơn, dẫn đến khả năng chống thấm xỉ tốt hơn, nhưng quan trọng hơn là một tỷ lệ pha lỏng nhất định được tạo ra ở nhiệt độ cao do có thêm một lượng nhỏ lượng tro silic. Hàm lượng chất lỏng của hệ thống Spinel corundum-in-situ ở nhiệt độ cao có liên quan mật thiết đến lượng tro silic. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng lượng tro silic tối ưu phải là 0.7-0,8% trọng lượng của tổng nguyên liệu công thức. Tuy nhiên, sự hình thành pha lỏng trong vật liệu chịu lửa bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thành phần, hàm lượng và sự phân bố tạp chất cũng như sự thay đổi nhiệt độ nên khó nhận ra sự hình thành pha lỏng có thể kiểm soát được trong ứng dụng.

Một tỷ lệ phần trăm được kiểm soát của pha lỏng được tạo ra bằng phản ứng tại chỗ bằng cách đưa một nguyên liệu thô cụ thể vào vật liệu chịu lửa. Các ví dụ thành công bao gồm việc đưa tấm chắn magie vào gạch magie-cacbon và andalusite vào vật liệu rãnh sắt.

Lá chắn magiê là một loại vật liệu đa pha xốp tổng hợp. Đặc điểm cấu trúc vi mô chính của tấm chắn magie là pha aluminat canxi được phân tán giữa các hạt Spinel.

Trong quá trình sử dụng, pha canxi aluminat trong lá chắn magie phản ứng với các tạp chất như SiO2 trong gạch magie-cacbon tạo thành pha lỏng, gây biến dạng dẻo của các hạt lá chắn magie và làm giảm nồng độ ứng suất.

Hơn nữa, pha lỏng thẩm thấu vào nền dưới tác dụng của lực mao dẫn để đóng các lỗ rỗng và làm chậm phản ứng oxy hóa, do đó cải thiện hiệu suất sử dụng của gạch magie-cacbon.

Đối với gạch magiê-cacbon dùng để xây tường, việc bổ sung tấm chắn magiê có thể làm giảm tốc độ xói mòn và kéo dài tuổi thọ. Đối với gạch magiê-cacbon dòng xỉ, việc bổ sung tấm chắn magiê có thể thay thế chất chống oxy hóa kim loại mà không ảnh hưởng đến hiệu suất sử dụng, mặc dù tốc độ xói mòn không thể giảm đáng kể.

Việc đưa andalusite vào vật liệu mương sắt cũng có thể cải thiện khả năng chống oxy hóa.

Cơ chế là: phản ứng mulitization của andalusite xảy ra trong quá trình sử dụng và pha lỏng được tạo ra sẽ thâm nhập vào ma trận rãnh sắt dưới tác động của lực mao dẫn, do đó làm kín khí khổng.

Nhưng do chu kỳ sử dụng của vật liệu mương sắt dài nên sự tích tụ liên tục của pha lỏng sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất chống xói mòn của vật liệu mương sắt trong giai đoạn sau nên nhìn chung không nên sử dụng andalusite trong mương chính, đặc biệt là vật liệu mương sắt gần điểm rơi sắt.

Đối với các nhà máy, điều tối quan trọng là phải thử nghiệm các vật liệu mới và phương pháp sản xuất mới, đặc biệt là trong hoàn cảnh hiện tại khi nguyên liệu thô tăng vọt và người dân trên toàn thế giới đang ủng hộ mục tiêu không phát thải carbon và bảo vệ môi trường.