შეიძლება თუ არა სუფთა ელექტროკერამიკის ნარჩენების გამოყენება მულიტის კერამიკის სინთეზისთვის?

ზოგიერთი სამრეწველო ნარჩენი სასარგებლოა მულიტის კერამიკის წარმოებაში. ეს სამრეწველო ნარჩენები მდიდარია გარკვეული ლითონის ოქსიდებით, როგორიცაა სილიციუმი (SiO2) და ალუმინა (Al2O3). ეს ნარჩენებს აძლევს პოტენციალს გამოიყენონ როგორც საწყისი მასალის წყარო მულიტის კერამიკის მოსამზადებლად. ამ მიმოხილვითი ნაშრომის მიზანია შეადგინოს და მიმოიხილოს მულიტის კერამიკის მომზადების სხვადასხვა მეთოდები, რომლებიც იყენებდნენ სხვადასხვა სამრეწველო ნარჩენებს, როგორც საწყისი მასალა. ეს მიმოხილვა ასევე აღწერს აგლომერაციის ტემპერატურას და ქიმიურ დანამატებს, რომლებიც გამოიყენება პრეპარატში და მის ეფექტებს. სხვადასხვა სამრეწველო ნარჩენებისგან მომზადებული მულიტის კერამიკის როგორც მექანიკური სიძლიერის, ასევე თერმული გაფართოების შედარება ასევე განხილული იყო ამ ნაშრომში.

მულიტი, რომელიც ჩვეულებრივ აღინიშნება როგორც 3Al2O3∙2SiO2, არის შესანიშნავი კერამიკული მასალა მისი არაჩვეულებრივი ფიზიკური თვისებების გამო. მას აქვს მაღალი დნობის წერტილი, თერმული გაფართოების დაბალი კოეფიციენტი, მაღალი სიძლიერე მაღალ ტემპერატურაზე და გააჩნია როგორც თერმული შოკი, ასევე მცოცავი წინააღმდეგობა [1]. ეს არაჩვეულებრივი თერმული და მექანიკური თვისებები საშუალებას აძლევს მასალის გამოყენებას ისეთ აპლიკაციებში, როგორიცაა ცეცხლგამძლე, ღუმელის ავეჯი, კატალიზური გადამყვანების სუბსტრატები, ღუმელის მილები და სითბოს ფარები.

მულიტი მხოლოდ მწირი მინერალის სახით გვხვდება შოტლანდიის მულ კუნძულზე [2]. ბუნებაში იშვიათი არსებობის გამო, მულტიტის ყველა კერამიკა, რომელიც გამოიყენება ინდუსტრიაში, არის ხელოვნურად შექმნილი. ბევრი კვლევა ჩატარდა მულიტის კერამიკის მოსამზადებლად სხვადასხვა წინამორბედების გამოყენებით, დაწყებული სამრეწველო/ლაბორატორიული კლასის ქიმიურიდან [3] ან ბუნებრივად წარმოქმნილი ალუმოსილიკატური მინერალებიდან [4]. თუმცა, ამ საწყისი მასალების ღირებულება ძვირია, რომლებიც წინასწარ სინთეზირებული ან მოპოვებულია. წლების განმავლობაში მკვლევარები ეძებდნენ ეკონომიურ ალტერნატივებს მულიტის კერამიკის სინთეზირებისთვის. აქედან გამომდინარე, ლიტერატურაში მოხსენებულია მრავალი მულიტის წინამორბედი, მიღებული სამრეწველო ნარჩენებისგან. ამ სამრეწველო ნარჩენებს აქვთ სასარგებლო სილიციუმის და ალუმინის მაღალი შემცველობა, რომლებიც აუცილებელი ქიმიური ნაერთებია, რომლებიც საჭიროა მულიტის კერამიკის წარმოებისთვის. ამ სამრეწველო ნარჩენების გამოყენების სხვა სარგებელი არის ენერგიისა და ხარჯების დაზოგვა, თუ ნარჩენები გამოიყენებოდა საინჟინრო მასალად. გარდა ამისა, ეს ასევე ხელს შეუწყობს გარემოსდაცვითი ტვირთის შემცირებას და მის ეკონომიკურ სარგებელს.

იმის გამოსაკვლევად, შეიძლებოდა თუ არა სუფთა ელექტროკერამიკის ნარჩენების გამოყენება მულიტის კერამიკის სინთეზისთვის, შედარებული იყო სუფთა ელექტროკერამიკის ნარჩენები, შერეული ალუმინის ფხვნილებით და სუფთა ელექტროკერამიკის ნარჩენები, როგორც ნედლეული. გამოკვლეული იყო მულიტის კერამიკის თვისებები. XRD და SEM გამოიყენეს ფაზის შემადგენლობისა და მიკროსტრუქტურის შესასწავლად.

შედეგები აჩვენებს, რომ მულიტის შემცველობა იზრდება აგლომერაციის ტემპერატურის მატებასთან ერთად და ამავდროულად იზრდება ნაყარი სიმკვრივე. ნედლეული არის სუფთა ელექტროკერამიკის ნარჩენები, ამდენად, აგლომერაციის აქტივობა უფრო დიდია და შეიძლება დაჩქარდეს შედუღების პროცესი და ასევე იზრდება სიმკვრივე. როდესაც მულიტი მზადდება მხოლოდ ელექტროკერამიკის ნარჩენებით, მასობრივი სიმკვრივე და კომპრესიული ძალა ყველაზე დიდია, ფორიანობა ყველაზე მცირეა და ყოვლისმომცველი ფიზიკური თვისებები საუკეთესო იქნება.

იაფფასიანი და ეკოლოგიურად სუფთა ალტერნატივების საჭიროებიდან გამომდინარე, მრავალმა კვლევამ გამოიყენა სხვადასხვა სამრეწველო ნარჩენები, როგორც საწყისი მასალა მულიტის კერამიკის წარმოებისთვის. განხილულია დამუშავების მეთოდები, შედუღების ტემპერატურა და ქიმიური დანამატები. ტრადიციული მარშრუტის დამუშავების მეთოდი, რომელიც მოიცავდა მულიტის წინამორბედის შერევას, დაჭერით და რეაქციით შერევას, იყო ყველაზე ხშირად გამოყენებული მეთოდი მისი სიმარტივისა და ეკონომიურობის გამო. მიუხედავად იმისა, რომ ამ მეთოდს შეუძლია ფოროვანი მულიტის კერამიკის წარმოება, მიღებული მულიტის კერამიკის აშკარა ფორიანობა 50%-ზე დაბალია. მეორეს მხრივ, ყინვაგამძლე ჩამოსხმას შეეძლო მაღალი ფოროვანი მულიტის კერამიკის წარმოება, აშკარა ფორიანობით 67%, თუნდაც ძალიან მაღალი აგლომერაციის ტემპერატურაზე 1500 °C. ჩატარდა მულიტის წარმოებაში გამოყენებული აგლომერაციის ტემპერატურისა და სხვადასხვა ქიმიური დანამატების მიმოხილვა. სასურველია გამოვიყენოთ აგლომერაციის ტემპერატურა 1500 °C-ზე მეტი მულიტის წარმოებისთვის, წინამორბედში Al2O3-სა და SiO2-ს შორის რეაქციის უფრო მაღალი სიჩქარის გამო. თუმცა, სილიციუმის გადაჭარბებულმა შემცველობამ, რომელიც დაკავშირებულია მინარევებით წინამორბედში, შეიძლება გამოიწვიოს ნიმუშის დეფორმაცია ან დნობა მაღალტემპერატურული აგლომერაციის დროს. რაც შეეხება ქიმიურ დანამატებს, CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 და MoO3 მოხსენებულია, როგორც ეფექტური დამხმარე საშუალება აგლომერაციის ტემპერატურის შესამცირებლად, ხოლო V2O5, Y2O3-დოპირებული ZrO2 და 3Y-PSZ შეიძლება გამოყენებულ იქნას მულიტის კერამიკის გამკვრივებისთვის. ქიმიურ დანამატებთან დოპინგმა, როგორიცაა AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 და MgO, ხელი შეუწყო მულიტის ულვაშის ანიზოტროპულ ზრდას, რამაც შემდგომში გააძლიერა მულიტის კერამიკის ფიზიკური ძალა და სიმტკიცე.