Seramik elyaf ürünler için optimum yoğunluk nedir?
Ateşe dayanıklı seramik elyafların yığın yoğunluğu, seramik elyafların ağırlığının tüm malzemeye oranını ifade eder. Kütle yoğunluğu, fırın astarı seçiminin makul olup olmadığını belirleyen bir indekstir. Termal iletkenliği etkileyen önemli bir faktördür:
a. Seramik elyaf ürünlerin termal iletkenliği, kütle yoğunluğunun artmasıyla birlikte azalır, ancak azalan aralık kademeli olarak azalır, böylece yoğunluk belirli bir aralığı aştığında, termal iletkenlik azalmaz, aksine artma eğilimi gösterir.
b. Farklı sıcaklıklarda bir minimum termal iletkenlik ve buna karşılık gelen bir minimum yığın yoğunluğu vardır ve minimum termal iletkenliğe karşılık gelen yığın yoğunluğu, sıcaklık artışıyla birlikte artar.
Yukarıdaki yasaların doğru anlaşılması ve uygulanması, seramik elyafların uygulanması için büyük önem taşımaktadır. Seramik elyafların ısı yalıtım performansı, esas olarak ürünün gözeneklerindeki hava geçirmez havanın ısı yalıtım etkisine dayanmaktadır. Katı liflerin özgül ağırlığı sabit olduğunda, gözeneklilik ne kadar büyükse yığın yoğunluğu o kadar küçük olur.
Yığın yoğunluğu 96Kg/m³'den az olduğunda, karışık yapıdaki gazın geliştirilmiş salınımlı konveksiyon ve radyasyon ısı transferi nedeniyle, termal iletkenlik yığın yoğunluğu ile birlikte azalır ve katlanarak artar.
Yığın yoğunluğu 96Kg/m³'den büyük olduğunda yığın yoğunluğu arttıkça lif içinde dağılan gözenekler kapanır, mikro gözenek oranı artar, gözeneklerdeki hava akışı kısıtlanır, lifteki ısı transferi azalır (ısıl direnç artar) ve aynı zamanda delik duvarlarından radyasyon ısı transferi de buna bağlı olarak azalır, böylece termal iletkenlik azalır.
Yığın yoğunluğu 240~320Kg/m³ gibi belirli bir aralığa yükseldiğinde, katı lif temas noktaları artar, böylece lifin kendisi bir işaret oluşturur ve köprü boyunca ısı transfer ağırlığı artar. Sönümleme etkisi zayıflar, böylece termal iletkenlik artık azalmaz ve artma eğilimi gösterir. Bu nedenle gözenekli fiber malzeme, en küçük termal iletkenliğe sahip optimum bir kütle yoğunluğuna sahiptir. Yabancı katmanlı seramik elyaf duvar kaplaması, sıcak yüzey seramik elyaf kütle yoğunluğu 130~160Kg/m³ olarak belirtilmiştir ve düz lamine kompozit fırın astarı sıcak yüzey seramik elyaf hacmi Yoğunluk 200~240Kg/m³ olarak belirtilmiştir.
Fırın duvarının sıcak yüzeyinden sonra, fiber ürünlerin her bir tabakasının kütle yoğunluğu art arda azalır, çünkü seramik elyafların ısıl iletkenliği, düşük sıcaklıktakinden daha önemli olan yüksek sıcaklıkta kütle yoğunluğunun artmasıyla azalır. Yoğunluğa göre kalınlık yönünde farklı katmanlara sahip fiber astar yapısının kullanılması, ısıl direnci fırın astarının kalınlık yönünde üniform tutabilir. Aynı ısıl direnç koşulları altında, elyaf miktarından tasarruf edilebilir ve fırın yapım maliyeti azaltılabilir.