Néhány ipari hulladék hasznosnak bizonyult a mullit kerámiák gyártásában. Ezek az ipari hulladékok bizonyos fém-oxidokban, például szilícium-dioxidban (SiO2) és alumínium-oxidban (Al2O3) gazdagok. Ez lehetőséget ad a hulladékoknak arra, hogy kiindulási anyagforrásként használják fel a mullit kerámia előállításához. Ennek az áttekintő cikknek a célja, hogy összeállítson és áttekintsen különféle mullit kerámia-előállítási eljárásokat, amelyek különféle ipari hulladékokat használtak kiindulási anyagként. Ez az áttekintés ismerteti a szinterezési hőmérsékleteket és a készítményben használt kémiai adalékokat és annak hatásait is. Ebben a munkában a különböző ipari hulladékokból előállított mullit kerámiák mechanikai szilárdságának és hőtágulásának összehasonlításával is foglalkoztunk.
A mullit, amelyet általában 3Al2O3∙2SiO2-nak neveznek, rendkívüli fizikai tulajdonságai miatt kiváló kerámiaanyag. Magas olvadáspontja, alacsony hőtágulási együtthatója, nagy szilárdsága magas hőmérsékleten, valamint hősokk- és kúszásállósággal is rendelkezik [1]. Ezek a rendkívüli termikus és mechanikai tulajdonságok lehetővé teszik az anyag felhasználását tűzálló anyagokban, kemencebútorokban, katalizátorok hordozóiban, kemencecsövekben és hőpajzsokban.
A mullitot a skóciai Mull-szigeten csak szűkös ásványként találhatjuk meg [2]. A természetben való ritka előfordulása miatt az iparban használt összes mullit kerámia ember alkotta. Sok kutatást végeztek a mullit kerámiák különböző prekurzorok felhasználásával történő előállítására, kezdve akár ipari/laboratóriumi minőségű vegyi anyagokból [3], akár a természetben előforduló alumínium-szilikát ásványokból [4]. Ezeknek a kiindulási anyagoknak a költsége azonban drága, amelyeket előzetesen szintetizálnak vagy bányásznak. A kutatók évek óta keresnek gazdaságos alternatívákat a mullit kerámiák szintetizálására. Ezért az irodalomban számos ipari hulladékból származó mullit prekurzorról számoltak be. Ezek az ipari hulladékok nagy mennyiségű hasznos szilícium-dioxidot és alumínium-oxidot tartalmaznak, amelyek a mullit kerámiák előállításához szükséges alapvető kémiai vegyületek. Ezen ipari hulladékok felhasználásának további előnyei az energia- és költségmegtakarítás, ha a hulladékokat eltérítenék, és mérnöki anyagként hasznosítanák. Ezenkívül ez hozzájárulhat a környezeti terhelés csökkentéséhez és gazdasági hasznának növeléséhez.
Annak megvizsgálása érdekében, hogy a tiszta elektrokerámia hulladék felhasználható-e mullit kerámia szintetizálására, összehasonlítottuk a tiszta timföldporral kevert elektrokerámia hulladékot és a tiszta elektrokerámia hulladékot alapanyagként. A nyersanyagok összetételének és szinterezési hőmérsékletének hatásai a mikroszerkezetre és a fizikai A mullit kerámia tulajdonságait vizsgálták. A fázisösszetétel és a mikrostruktúra vizsgálatához XRD-t és SEM-et használtunk.
Az eredmények azt mutatják, hogy a szinterezési hőmérséklet emelésével nő a mullittartalom, és ezzel párhuzamosan nő a térfogatsűrűség is. Az alapanyag a tiszta elektrokerámia hulladék, így nagyobb a szinterezési aktivitás, és a szinterezési folyamat felgyorsítható, a sűrűség is nő. Ha a mullitot csak az elektrokerámia hulladékból állítják elő, akkor a térfogatsűrűség és a nyomószilárdság a legnagyobb, a porozitás a legkisebb, és az átfogó fizikai tulajdonságok a legjobbak
Az alacsony költségű és környezetbarát alternatívák iránti igény miatt számos kutatási erőfeszítés számos ipari hulladékot használt kiindulási anyagként a mullit kerámiák előállításához. Áttekintették a feldolgozási módszereket, a szinterezési hőmérsékleteket és a kémiai adalékanyagokat. Egyszerűsége és költséghatékonysága miatt a hagyományos útfeldolgozási módszer, amely a mullit prekurzor keverését, préselését és reakciószinterelését jelentette, a leggyakrabban használt módszer volt. Bár ezzel a módszerrel porózus mullit kerámia is előállítható, a kapott mullit kerámia látszólagos porozitása a jelentések szerint 50% alatt marad. Másrészt kimutatták, hogy a fagyasztva öntéssel nagyon porózus mullit kerámia állítható elő, amelynek látszólagos porozitása 67%, még nagyon magas, 1500 °C-os szinterezési hőmérsékleten is. Megvizsgáltuk a szinterezési hőmérsékleteket és a mullit gyártása során használt különböző kémiai adalékokat. A mullit előállításához 1500 °C feletti szinterezési hőmérsékletet kívánatos használni, mivel az Al2O3 és SiO2 között nagyobb a reakciósebesség a prekurzorban. A prekurzorban lévő szennyeződésekhez kapcsolódó túlzott szilícium-dioxid-tartalom azonban a minta deformálódásához vagy megolvadásához vezethet a magas hőmérsékletű szinterezés során. Ami a kémiai adalékanyagokat illeti, a CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 és MoO3 hatékony segédeszköznek bizonyult a szinterezési hőmérséklet csökkentésében, míg a V2O5, Y2O3-dal adalékolt ZrO2 és 3Y-PSZ felhasználható a mullit kerámiák tömörödésének elősegítésére. A kémiai adalékokkal, például AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 és MgO adalékolás elősegítette a mullit bajuszok anizotróp növekedését, ami ezt követően növelte a mullit kerámiák fizikai szilárdságát és szívósságát.
Feladás időpontja: 2023. augusztus 29