Einige Industrieabfälle erweisen sich bei der Herstellung von Mullitkeramik als nützlich. Diese Industrieabfälle sind reich an bestimmten Metalloxiden wie Siliziumoxid (SiO2) und Aluminiumoxid (Al2O3). Dadurch besteht die Möglichkeit, dass Abfälle als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Mullitkeramik genutzt werden. Der Zweck dieses Übersichtsartikels besteht darin, verschiedene Methoden zur Herstellung von Mullitkeramik zusammenzustellen und zu überprüfen, bei denen verschiedene Industrieabfälle als Ausgangsmaterialien verwendet wurden. In diesem Bericht werden auch die Sintertemperaturen und chemischen Zusätze beschrieben, die in der Zubereitung verwendet werden, sowie deren Auswirkungen. In dieser Arbeit wurde auch ein Vergleich sowohl der mechanischen Festigkeit als auch der thermischen Ausdehnung der berichteten Mullitkeramiken behandelt, die aus verschiedenen Industrieabfällen hergestellt wurden.
Mullit, allgemein als 3Al2O3∙2SiO2 bezeichnet, ist aufgrund seiner außergewöhnlichen physikalischen Eigenschaften ein ausgezeichnetes Keramikmaterial. Es hat einen hohen Schmelzpunkt, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen und verfügt sowohl über Thermoschock- als auch Kriechbeständigkeit [1]. Diese außergewöhnlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften ermöglichen den Einsatz des Materials in Anwendungen wie feuerfesten Materialien, Brennhilfsmitteln, Substraten für Katalysatoren, Ofenrohren und Hitzeschilden.
Mullit kommt nur als seltenes Mineral auf Mull Island in Schottland vor [2]. Aufgrund seines seltenen Vorkommens in der Natur sind alle in der Industrie verwendeten Mullitkeramiken künstlich hergestellt. Es wurde viel Forschung betrieben, um Mullitkeramik unter Verwendung verschiedener Vorläufer herzustellen, angefangen bei Chemikalien in Industrie-/Laborqualität [3] bis hin zu natürlich vorkommenden Alumosilikatmineralien [4]. Allerdings sind die Kosten für diese Ausgangsmaterialien hoch, da sie vorher synthetisiert oder abgebaut werden. Seit Jahren suchen Forscher nach wirtschaftlichen Alternativen zur Synthese von Mullitkeramik. Daher wurde in der Literatur über zahlreiche Mullitvorläufer berichtet, die aus Industrieabfällen stammen. Diese Industrieabfälle haben einen hohen Gehalt an nützlicher Kieselsäure und Aluminiumoxid, den wesentlichen chemischen Verbindungen, die zur Herstellung von Mullitkeramiken benötigt werden. Weitere Vorteile der Nutzung dieser Industrieabfälle sind die Energie- und Kosteneinsparungen, wenn die Abfälle umgeleitet und als technisches Material wiederverwendet würden. Darüber hinaus könnte dies auch dazu beitragen, die Umweltbelastung zu verringern und den wirtschaftlichen Nutzen zu erhöhen.
Um zu untersuchen, ob reine Elektrokeramikabfälle zur Synthese von Mullitkeramik verwendet werden können, wurden die reinen Elektrokeramikabfälle gemischt mit Aluminiumoxidpulvern und die reinen Elektrokeramikabfälle als Rohstoffe verglichen. Die Auswirkungen der Rohstoffzusammensetzung und der Sintertemperatur auf die Mikrostruktur und die physikalischen Eigenschaften Eigenschaften von Mullitkeramik wurden untersucht. Zur Untersuchung der Phasenzusammensetzung und Mikrostruktur wurden XRD und SEM verwendet.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Mullitgehalt mit steigender Sintertemperatur zunimmt und gleichzeitig die Schüttdichte ansteigt. Bei den Rohstoffen handelt es sich um reine Elektrokeramikabfälle, dadurch ist die Sinteraktivität größer, der Sinterprozess kann beschleunigt werden und auch die Dichte wird erhöht. Wenn das Mullit nur aus Elektrokeramikabfällen hergestellt wird, sind die Schüttdichte und die Druckfestigkeit am größten, die Porosität am geringsten und die umfassenden physikalischen Eigenschaften sind am besten
Aufgrund des Bedarfs an kostengünstigen und umweltfreundlichen Alternativen haben viele Forschungsanstrengungen eine Vielzahl von Industrieabfällen als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Mullitkeramik verwendet. Die Verarbeitungsmethoden, Sintertemperaturen und chemischen Zusätze wurden überprüft. Aufgrund seiner Einfachheit und Kosteneffizienz war die traditionelle Route-Verarbeitungsmethode, die das Mischen, Pressen und Reaktionssintern des Mullit-Vorläufers umfasste, die am häufigsten verwendete Methode. Obwohl mit dieser Methode poröse Mullitkeramiken hergestellt werden können, wurde berichtet, dass die scheinbare Porosität der resultierenden Mullitkeramik unter 50 % bleibt. Andererseits konnte durch Gefriergießen gezeigt werden, dass selbst bei einer sehr hohen Sintertemperatur von 1500 °C hochporöse Mullitkeramik mit einer scheinbaren Porosität von 67 % hergestellt werden kann. Es wurde eine Überprüfung der Sintertemperaturen und verschiedener chemischer Zusatzstoffe durchgeführt, die bei der Herstellung von Mullit verwendet werden. Aufgrund der höheren Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Al2O3 und SiO2 im Vorläufer ist es wünschenswert, für die Mullitproduktion eine Sintertemperatur von über 1500 °C zu verwenden. Ein übermäßiger Siliciumdioxidgehalt in Verbindung mit Verunreinigungen im Vorläufer könnte jedoch während des Hochtemperatursinterns zu einer Verformung oder zum Schmelzen der Probe führen. Was die chemischen Zusätze betrifft, so wurden CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 und MoO3 als wirksame Hilfsmittel zur Senkung der Sintertemperatur beschrieben, während V2O5, Y2O3-dotiertes ZrO2 und 3Y-PSZ zur Förderung der Verdichtung von Mullitkeramiken verwendet werden können. Die Dotierung mit chemischen Zusätzen wie AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 und MgO unterstützte das anisotrope Wachstum der Mullit-Whisker, was anschließend die physikalische Festigkeit und Zähigkeit der Mullit-Keramik erhöhte.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 29. August 2023