純粋なエレクトロセラミックス廃棄物をムライトセラミックスの合成に使用できるかどうか?

一部の産業廃棄物はムライトセラミックの製造に有用であることが示されています。これらの産業廃棄物には、シリカ (SiO2) やアルミナ (Al2O3) などの特定の金属酸化物が豊富に含まれています。これにより、廃棄物にムライトセラミック製造の出発原料源として使用できる可能性が与えられます。このレビュー論文の目的は、出発原料としてさまざまな産業廃棄物を利用したさまざまなムライトセラミックスの製造方法を編集し、レビューすることです。このレビューでは、焼結温度と、準備に使用される化学添加剤とその効果についても説明します。この研究では、さまざまな産業廃棄物から調製された報告されているムライトセラミックの機械的強度と熱膨張の両方の比較も取り上げられました。

一般に 3Al2O3・2SiO2 と呼ばれるムライトは、その並外れた物理的特性により優れたセラミック材料です。融点が高く、熱膨張係数が低く、高温での強度が高く、熱衝撃性と耐クリープ性を兼ね備えています[1]。これらの並外れた熱的および機械的特性により、この材料は耐火物、窯の設備、触媒コンバーター用の基材、炉管、熱シールドなどの用途に使用できます。

ムライトは、スコットランドのマル島でのみ希少な鉱物として発見されています[2]。自然界には稀に存在するため、産業で使用されるムライトセラミックはすべて人工のものです。工業用/実験室用グレードの化学物質 [3] または天然に存在するアルミノケイ酸塩鉱物 [4] から始まる、さまざまな前駆体を使用してムライト セラミックを調製するために多くの研究が行われてきました。しかし、これらの出発材料は事前に合成または採掘されるため、コストが高価です。研究者たちは何年もの間、ムライトセラミックを合成するための経済的な代替手段を探してきました。したがって、産業廃棄物に由来する多数のムライト前駆体が文献に報告されている。これらの産業廃棄物には、ムライトセラミックの製造に必要な必須の化合物である有用なシリカおよびアルミナが多く含まれている。これらの産業廃棄物を利用することの他の利点は、廃棄物がエンジニアリング材料として転用され、再利用された場合にエネルギーとコストが節約されることです。さらに、これは環境負荷を軽減し、経済的利益を高めることにも役立ちます。

純粋なエレクトロセラミックス廃棄物がムライトセラミックの合成に使用できるかどうかを調べるために,アルミナ粉末と混合した純粋なエレクトロセラミックス廃棄物と原料としての純粋なエレクトロセラミックス廃棄物を比較した。微細構造と物理的性質に対する原料の組成と焼結温度の影響ムライトセラミックの特性を調べた。 XRDとSEMを使用して、相組成と微細構造を研究しました。

結果は、焼結温度の上昇とともにムライトの含有量が増加し、同時に嵩密度が増加することを示しています。原料は純粋なエレクトロセラミックス廃棄物であるため、焼結活性がより高く、焼結プロセスを加速することができ、密度も増加します。ムライトがエレクトロセラミックス廃棄物のみから製造される場合、かさ密度と圧縮強度は最大であり、気孔率は最小であり、総合的な物性は最高になります。

低コストで環境に優しい代替品の必要性から、ムライト セラミックを製造するための出発材料としてさまざまな産業廃棄物を使用する研究が数多く行われています。加工方法、焼結温度、化学添加剤を見直しました。ムライト前駆体の混合、加圧、反応焼結を含む従来のルート処理方法は、その簡素さとコスト効率の高さから最も一般的に使用されています。この方法では多孔質のムライト セラミックを製造できますが、得られるムライト セラミックの見かけの気孔率は 50% 未満にとどまると報告されています。一方、凍結鋳造では、1500 °C という非常に高い焼結温度であっても、見かけの気孔率が 67% である高多孔質のムライト セラミックを製造できることが示されました。ムライトの製造に使用される焼結温度とさまざまな化学添加剤の検討が行われました。前駆体中の Al2O3 と SiO2 の間の反応速度がより高いため、ムライトの製造には 1500 ℃を超える焼結温度を使用することが望ましい。ただし、前駆体中の不純物に関連する過剰なシリカ含有量は、高温焼結中にサンプルの変形やメルトダウンを引き起こす可能性があります。化学添加剤としては、CaF2、H3BO3、Na2SO4、TiO2、AlF3、MoO3 が焼結温度を下げる効果的な助剤として報告されており、V2O5、Y2O3 ドープ ZrO2 および 3Y-PSZ はムライトセラミックの緻密化を促進するために使用できます。 AlF3、Na2SO4、NaH2PO4・2H2O、V2O5、MgOなどの化学添加剤をドーピングすると、ムライトウィスカーの異方性成長が促進され、ムライトセラミックの物理的強度と靱性が向上しました。