Descripción general de los procesos de fabricación y aplicaciones de ingeniería de los paneles de fibra cerámica refractaria

Los paneles de fibra cerámica refractaria, como nuevo tipo de material compuesto que combina materiales cerámicos tradicionales con tecnología de refuerzo de fibra, ofrecen soluciones de mayor resistencia, mayor tenacidad y eficiencia energética superior para los campos de la decoración de edificios y la ingeniería industrial. Con el desarrollo de la cerámica para la construcción y los materiales térmicos hacia características de ligereza, gran formato y alto rendimiento, estos materiales demuestran un valor significativo en la mejora de la seguridad estructural, la reducción del consumo de energía y la ampliación de los escenarios de aplicación.

Las tendencias de desarrollo y los desafíos tecnológicos de la industria de la cerámica para la construcción han impulsado la investigación y el desarrollo continuos de nuevos materiales. A nivel mundial, la cerámica para la construcción ha mantenido durante mucho tiempo altos volúmenes de producción y aplicaciones generalizadas, pero los paneles cerámicos tradicionales generalmente presentan un alto consumo de energía, peso elevado y fragilidad. A medida que los paneles cerámicos delgados de gran formato y las losas de porcelana se utilizan cada vez más en fachadas y decoración de interiores, problemas como la deformación, la fractura y los daños por impacto durante el transporte, el procesamiento y la instalación se vuelven más prominentes, lo que exige mayores requisitos en las propiedades mecánicas y la estabilidad estructural de los productos cerámicos.

La investigación sobre materiales cerámicos de alta resistencia y alta tenacidad se centra principalmente en el fortalecimiento por densificación, la introducción de fases de refuerzo, el fortalecimiento por pretensado y el endurecimiento por transformación de fase. Estos métodos se han demostrado en investigaciones experimentales y algunas aplicaciones de ingeniería para mejorar eficazmente la resistencia a la flexión y la tenacidad a la fractura de la cerámica, pero aún enfrentan problemas como el alto costo, los procesos complejos o la estabilidad limitada a altas temperaturas en la industrialización real, lo que limita su promoción a gran escala en el campo de la cerámica para la construcción.

Las características técnicas del proceso de fabricación de los paneles de fibra cerámica refractaria proporcionan una nueva solución a los defectos estructurales de la cerámica tradicional, que es "dura y frágil". Este material se basa en materias primas minerales cerámicas convencionales como arcilla, caolín y arena de cuarzo. Después de la fusión a alta temperatura, se preparan fibras de vidrio de tamaño micrométrico mediante un proceso de estirado a alta temperatura, y se forma una estructura de red de fibras mediante tejido de tela no tejida. Posteriormente, mediante procesos de apilamiento multicapa y curado a temperatura ambiente, las fibras de vidrio se combinan con materiales de resina orgánica para formar un panel de fibra cerámica refractaria con una estructura reforzada en capas, mejorando significativamente la tenacidad general y la resistencia al impacto, al tiempo que se mantienen las características de resistencia al calor y durabilidad de la cerámica.

La composición estructural y las propiedades del material de los paneles de fibra cerámica refractaria proporcionan una base para su aplicación en múltiples campos. El material está compuesto principalmente de dióxido de silicio, dióxido de circonio y diversos óxidos de metales alcalinos y alcalinotérreos. Dependiendo del contenido de álcalis, se pueden fabricar sistemas de fibra de vidrio sin álcalis, con contenido medio de álcalis y con alto contenido de álcalis. En la estructura del panel, un sistema de unión inorgánica mejora la adhesión entre las capas de fibra, garantizando un rendimiento estable en cuanto a propiedades mecánicas, aislamiento eléctrico, resistencia a la corrosión química y adaptabilidad al procesamiento.

Los resultados de las pruebas y el rendimiento integral del panel de fibra cerámica refractaria muestran una densidad aparente de aproximadamente 2,4–2,76 g/cm³, una resistencia a la tracción de 6,3–6,9 MPa y una excelente retención de la resistencia a temperaturas medias y altas. El material también presenta baja absorción de agua, buena resistencia a la llama y alta resistencia a agentes químicos. Permite diversos métodos de procesamiento, como corte y perforación, satisfaciendo las necesidades de condiciones de ingeniería complejas.

Las perspectivas de aplicación de los paneles de fibra cerámica refractaria se están expandiendo desde el sector de la construcción y la decoración a la ingeniería eléctrica, los equipos industriales y los materiales de construcción compuestos. En sistemas de muros cortina y aplicaciones de paneles de gran formato, este material puede mejorar significativamente la resistencia a la flexión, el agrietamiento y el impacto de los paneles grandes; en ingeniería eléctrica, su excelente aislamiento y resistencia al calor lo hacen adecuado para componentes estructurales resistentes al calor; y en materiales compuestos a base de cemento y materiales especiales, la estructura reforzada con fibra muestra el potencial para reemplazar los materiales de refuerzo tradicionales. Con la continua maduración de la tecnología de fabricación, se espera que los paneles de fibra cerámica refractaria se conviertan en una importante vía tecnológica para impulsar la mejora estructural y la expansión de las aplicaciones de los materiales cerámicos.