Conduttività termica dei mattoni di silice

(1) Effetto della porosità sulla conduttività termica.
È generalmente riconosciuto che la conduttività termica dei gas è molto inferiore a quella dei solidi. L'elevata porosità del materiale isolante blocca efficacemente il trasferimento di calore e contribuisce notevolmente a ridurre la conduttività termica del materiale. La porosità gioca un ruolo importante nelle proprietà di isolamento termico dei materiali. Maggiore è la porosità, minore è l'area occupata dalle pareti dei pori e minore è la conduttività termica. Ma esiste un limite all’aumento della porosità. Se la porosità è troppo elevata, il contenuto solido dello stesso volume di mattoni refrattari termoisolanti è inferiore e le proprietà meccaniche del materiale sono inferiori e non possono soddisfare i requisiti di utilizzo.
Inoltre, la natura dei pori ha una grande influenza sulla conduttività termica del materiale. A parità di densità apparente, i mattoni refrattari ad alta porosità aperta e a porosità collegata hanno una conduttività termica più elevata rispetto ai materiali ad alta porosità chiusa.

(2) L'effetto della dimensione dei pori sulla conduttività termica dei materiali di isolamento termico.
Quando la porosità è certa, minore è la dimensione dei pori, minore è la conduttività termica, migliore è la prestazione di isolamento termico. Questo perché, a parità di porosità, se la dimensione dei pori nel materiale è piccola, il numero di pori nello stesso volume di materiale aumenta. Da un lato, quando la dimensione dei pori diminuisce, il movimento delle molecole di gas nei pori viene limitato e la quantità di convezione termica nei pori diminuisce, quindi la conduttività termica del materiale diminuisce naturalmente. D'altra parte, l'aumento del numero di fori aumenta l'area della parete dei pori a parità di volume, il che aumenta la distanza di trasferimento del calore della fase solida, prolunga il tempo di trasferimento del calore e riduce la conduttività termica del materiale. Quando la dimensione dei pori è maggiore di 0.1, la conduttività termica del materiale è conforme al modello di Loeb.
Quando la dimensione dei pori è maggiore di 1, la conduttività termica è proporzionale al cubo del fattore di forma, dimensione dei pori, costante di radiazione, emissività termica e temperatura. Quando la dimensione dei pori è inferiore a 0.1, la variazione della conduttività termica del materiale non seguirà più il modello di Loeb. Se la dimensione dei pori è piccola, fino a 50 nm, il movimento delle molecole di gas sarà limitato e senza movimento verranno adsorbite sulla parete dei pori e non si verificherà alcun trasferimento di calore.

(3) L'effetto della fase solida sulla conduttività termica del materiale.
La modalità di trasferimento del calore della fase solida del materiale è principalmente il trasferimento del calore per conduzione, ovvero la vibrazione termica del reticolo. Se la conduttività termica e la capacità termica delle materie prime sono ridotte, la capacità di isolamento termico dei mattoni refrattari aumenterà. 1000 gradi sotto, con l'aumento della temperatura, la maggior parte della conduttività termica del materiale tende generalmente al ribasso; con la temperatura superiore a 1000 gradi, la maggior parte della conduttività termica del materiale ha una tendenza al rialzo. Inoltre, la conduttività termica dei non-ossidi è generalmente superiore a quella degli ossidi e, tra gli ossidi, la conduttività termica dei materiali di alluminosilicato è inferiore a quella dei materiali di ossido puro. A causa della struttura reticolare complessa generale, la distribuzione interna degli atomi è caotica, il trasferimento di calore è lento e la conduttività termica è ridotta.