Material erregogor

Material erregogorren ezaugarri nagusia, beroarekiko erresistentzia da. Tenperatura oso altuak jasan ditzakete (1400º C baino gehiago) denbora luzean zehar haien propietate fisiko eta kimikoak aldatu barik; hau da, egonkortasun kimikoa eta erresistentzia mekanikoa aldatu barik.

Produktu polikristalinoak dira, fase kristalino bat edo gehiago dituztenak; normalean, fase likido edo kristalezkoa. Material hauen propietate fisikoak, mikroegituraren edo ehunduraren araberakoak dira. Ezinbestekoak dira aktibitate industrial guztietarako; hainbat industrietan elementuen erreaktore gisa erabiltzen baitira. Era berean, funtsezko elementuak dira; bestak beste, burdin eta altzairuetan, beira eta zementuetan. Jasan ditzaketen prozesuen artean, hauek dira adibide batzuk; tentsio mekanikoak eta eraso kimikoen erresistentziak.

Material erregogorra suaren ekintzaren eraginez egoera aldatzen edo desegiten ez duen gorputza da. Hau da, material erregogorra, tenperatura altuetan, propietate fisikoak, kimikoak eta mekanikoak kontserbatzeko gai den konposatu edo elementua da.

Material erregogorrak, hala nola produktu naturalak edo artifizialak, haien erregogortasuna (erresistentzia piroskopikoa) 1500º C edo handiagoko prozesuetan parte hartzen dutenak dira.

Denbora batean zehar eta tenperatura oso altuak izanda, aldaketak izaten ez dituen materiala.^[1]

Badira Lurran 7 konposatu, beraiek edo haien arteko konbinazioak direla eta, erregogorren gama gehienak zehazten dutenak.

•     SiO₂ – silizio oxidoa –silize  1713º
•     ZrO₂ –zirkonio oxidoa -zirkonia 2715º
•     Al₂O₃ –aluminio oxidoa –alumina 2072º
•     C –karbonoa – grafito 3800º
•     Cr₂O₃ –kromo oxidoa –kromita 2300º
•     CaO –kaltzio oxidoa –karea 2572º
•     MgO –magnesio oxidoa –magnesita 2852º

Haien eraginkortasuna hobetzeko, hauek gehitu daitezke: P (fosforoa), B (boroa), Na (sodioa), K (potasioa), T (titanioa) eta beste batzuk.

Material hau, gizakiak sua aurkitu zutenetik erabili izan da. Hasieran, kuartzoa, buztina eta granitoarekin zeramikak landu zituzten; modu honetan elikagaiak prestatzeko balio zuten. Azken mendeetan, erregogorren erabilpena industria metalikoekin erlazionatuta egon da, labeen fabrikazioan gehienbat. Material hauen erabilera nagusia adreiluak egiteko izan da, zeramika, beira, burdina eta burdina ez diren zenbait metalen industrietan.

Industria hauen eskaeraren ondorioz, etekin handiagoa lortzeko tamaina handiagoko labeak egin ziren hauen ezaugarriak hobetuz.

Material hauek hurrengo propietate fisiko eta kimikoak aurkezten dituzte:

Material eroalea izateko, erresistentzia elektrikoa ondo definitua egon behar da. Hau da, ezin da oso altua izan bestela isolatzailea izango litzatekeelako eta ezingo luke labea berotu. Kontraz, oso baxua bada ez litzateke korrontearekiko proportzionalki berotuko.  

Propietate mekanikoen kontserbazioa tenperatura altuetan oso garrantzitsua da material erregogorrentzat. Mikroegituran lotura kobalentea atal garrantzitsua jokatzen du, lotura interatomiko sendoak direla eta, fusio tenperatura oso altuak eratzen dira.

Tenperatura aldaketa nabarmenak daudenean, materialaren apurketa gertatzen da gainazal tentsioaren trakzioaren ondorioz. Horregatik, materialaren porositatea ere garrantzitsua da, zenbat eta txikiagoa izan, dentsitatea handiagoa eta talka termikoarekiko erresistentzia eta isolatzen gaitasuna murrizten dira; hala ere, erresistentzia mekanikoa handitzen da.

Bolumen aldaketak gertatzen dira, tenperatura aldaketaz gain, egoera isotropiko edo anisotropikoaren arabera, eta fase polimorfikoen trantsizioen ondorioz. Adibidez, ZrO₂-ren kasua, fase monoklinikotik tetragonalera gertatzen da trantsizioa.

Korrosio eta oxidazioarekiko erresistentzia zeramikak faboratzen duen ezaugarria da. Metodo honen bitartez, zati anionikoak zati kationikoa korrosioarengandik babesten du.

Material erregogorren sailkapena konposizio kimikoaren eta egituraren arabera definitu daiteke:

Material erregogorrak, polifasikoak eta heterogeneoak dira. Material hauen egituran eta konposizioan eragina duten zenbait faktoreak dira:  matrize eratzaileak (kristalezko faseak -SiO₂ edo 2CaO. 2SiO₂, 2MgO. SiO₂…-), eratzaile sakabanatuak (material eratzaileaz osatuta eta material erregogorren azido-base izaera definitzen du) eta porositatea (tenperatura aldaketa handiak ondo jasateko ezinbestekoa da).

SiO₂ kantitate handiaz osatuta dago eta erregogor basikoekin erreakzionatzen du tenperatura altuetan. Adb: Silizeak (SiO₂), aluminosilikatoak eta aluminak (Al₂O₃) eta buztinak.

Kuartzotik eratorriak diren mineraletik prestatzen dira; kuartzitak. Beraz, %93 < SiO₂ da eta CaO-ren %2-3 adizionatzen zaio sintesia errazagoa izateko. Frabrikaziorako zein erabilerarako tenperatura altuak behar dira; 573 °C-koak gutxi gorabehera.

Likatasun handiko minerala denez, adreiluak erabil daitezke ingurune urtsu batean ere. Oinarrizko konposizioa:  kristobalina %40-45, Kuartzoa <%1, Tridimita % 37-45, CaSiO₃ eta beira %5-10.

Merkea eta erabilera ugari dituen materiala da. %30<Al₂O₃<%45 artean aluminosilikatoa kontsideratzen da; hau da, ehunekoaren arabera kalitate desberdina izango du. Beste mineralekin batera ager daitezke ere, eta horien artean mineral porotsuak badaude ez dira eutektikorik eratuko, ezaugarri oso ona dena material erregogorrentzat. Al₂O₃-ren %45-tik gora Alumina deritzo. Bere ezpurutasun nagusiena silizea da, eta alumina puruaren kasuan %0,2∼MgO-rekin sintetizatu behar da, horrela bolumen konpentsazioa dago eta ez dira pitzadurarik sortzen.

Alumina kantitate altuarekin, beira eta mullitarekin batera, irudian ikusten den gainazala lortzen da.

Erregogor azidoekin erreakzionatzen dute tenperatura altuetan. Adb: Magnesio oxidoak (MgO), dolomita (CaCO₃·MgCO₃) eta kromita (Cr₂O₃).

Material oso erabiliak dira metalen erauzketarako labeetan, zepa urtuarekiko duen erresistentzia dela eta. Hala ere mineral hau arazo bat aurkezten du, MgO-ren oreka termikoa lortzea oso zaila da hidratazioa ekiditu ahal izateko. Horregatik, sinterizazioa errazagoa izateko, LiF erabiltzen da; honek trinkotasuna eta gardentasuna ematen dio.

%55<MgO<%80 artean eta kromoa gaineratuta, Kromo-Magnesia 3MgO·2SiO₂·2H₂O lortzen da, honek espinela egitura du edo bigarren egitura serpentina. Berotzean, bigarren fase hau deshidratatzen da eta beste metal batzuen oxidazioa gerta daiteke; adibidez Fe (II)-rena. Ondorioz espinela fase egitura gehiagoren eraketa ematen da.

Kostu altuko materialak dira gehienbat. Adb: Ikatza (C), espinela (MgO·Al₂O₃), zirkonia (ZrO₂) eta nitrogenodun zeramikak. ^[2]

Material geldoa da (SiO₂ geruzaz inguratua, pasibazio prozesua) eta zenbait aleazio metaliko baino tenperatura altuagoak jasan ditzake 3D-ko egitura dela eta, (Si,Al)(O,N)₄. Sintetizazioan zaila da maneiatzea hauts moduan dagoelako, material polikristalinoa lortu ahal izateko; eta beste elementuez nahastuta egon daiteke.

Gas turbinak fabrikatzeko erabiltzen da gehien bat.

Material erregogorrak tenperatura oso altuak jasan dezaketela aztertu da (1700-2700 C), horregatik tenperatura bortitzak lortzen diren prozesu industrialetan erabili ohi dira. Labe industrialetan (konbustio labeak edo indukzio labeak) aurkitu daitezke isolatzaile termiko gisa, nagusiki siderurgiaren industrian erabiltzen da. Adibidez, silizioaren kasuan, laborategiko materiala egiteko eta Al eta Cu hustutzeko hodiak fabrikatzeko erabiltzen da. Prozesu industrialetan eraginkortasun praktikoa ez ezik, isolamendu termikoa ingurumenarentzat oso faboragarria da kutsadura termikoa ekiditeko. ^[3]