순수한 전기세라믹 폐기물을 사용하여 멀라이트 세라믹을 합성할 수 있습니까?

일부 산업 폐기물은 멀라이트 세라믹 생산에 유용한 것으로 나타났습니다. 이러한 산업 폐기물에는 실리카(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)와 같은 특정 금속 산화물이 풍부합니다. 이는 폐기물이 멀라이트 세라믹 준비를 위한 출발 물질 공급원으로 사용될 수 있는 가능성을 제공합니다. 본 리뷰 논문의 목적은 다양한 산업 폐기물을 출발 물질로 활용한 다양한 멀라이트 세라믹 제조 방법을 정리하고 검토하는 것입니다. 이 리뷰에서는 또한 준비에 사용된 소결 온도와 화학 첨가제 및 그 효과에 대해 설명합니다. 다양한 산업 폐기물로 제조된 보고된 멀라이트 세라믹의 기계적 강도와 열팽창에 대한 비교도 이 연구에서 다루어졌습니다.

일반적으로 3Al2O3∙2SiO2로 표시되는 멀라이트는 탁월한 물리적 특성으로 인해 탁월한 세라믹 소재입니다. 녹는점이 높고 열팽창계수가 낮으며 고온에서 강도가 높고 열충격과 크리프 저항성을 모두 갖고 있습니다[1]. 이러한 뛰어난 열적 및 기계적 특성으로 인해 이 소재는 내화물, 가마 가구, 촉매 변환기용 기판, 용광로 튜브 및 열 차폐재와 같은 응용 분야에 사용할 수 있습니다.

멀라이트는 스코틀랜드의 멀 아일랜드(Mull Island)에서만 희귀한 광물로 발견될 수 있습니다[2]. 자연에서 드물게 존재하기 때문에 산업에서 사용되는 모든 멀라이트 세라믹은 인공입니다. 산업/실험실 등급의 화학물질[3] 또는 자연적으로 발생하는 알루미노실리케이트 광물[4]을 시작으로 다양한 전구체를 사용하여 멀라이트 세라믹을 제조하기 위한 많은 연구가 수행되었습니다. 그러나 이러한 출발물질은 사전에 합성하거나 채굴하여 사용하기 때문에 가격이 비싸다. 수년 동안 연구자들은 멀라이트 세라믹을 합성하기 위한 경제적인 대안을 찾고 있었습니다. 따라서, 산업 폐기물로부터 유래된 다수의 멀라이트 전구체가 문헌에 보고되어 있다. 이들 산업 폐기물은 멀라이트 세라믹을 제조하는데 필요한 필수 화합물인 유용 실리카 및 알루미나의 함량이 높다. 이러한 산업 폐기물을 사용함으로써 얻을 수 있는 또 다른 이점은 폐기물을 엔지니어링 재료로 전환하여 재사용할 경우 에너지와 비용을 절약할 수 있다는 것입니다. 또한 이는 환경부담을 줄이고 경제적 이익을 높이는 데에도 도움이 될 수 있습니다.

순수 전기세라믹 폐기물을 멀라이트 세라믹 합성에 사용할 수 있는지 알아보기 위해 알루미나 분말을 혼합한 순수 전기세라믹 폐기물과 순수 전기세라믹 폐기물을 원료로 비교하였다. 원료의 조성과 소결온도가 미세조직 및 물리적 특성에 미치는 영향을 비교하였다. 멀라이트 세라믹의 특성을 조사했습니다. XRD와 SEM은 상 조성과 미세 구조를 연구하는 데 사용되었습니다.

그 결과, 소결온도가 증가함에 따라 멀라이트 함량이 증가함과 동시에 부피밀도도 증가하는 것으로 나타났다. 원료는 순수한 전기세라믹 폐기물이므로 소결 활성이 더 크고 소결 공정이 가속화될 수 있으며 밀도도 증가합니다. 전기세라믹 폐기물만으로 멀라이트를 제조할 경우 부피밀도와 압축강도는 가장 크고 기공률은 가장 작으며 종합적인 물성이 가장 우수하다

저렴하고 환경 친화적인 대안에 대한 필요성에 따라 다양한 산업 폐기물을 멀라이트 세라믹 생산을 위한 출발 물질로 사용하는 많은 연구 노력이 이루어졌습니다. 가공방법, 소결온도, 화학첨가물 등을 검토하였습니다. 멀라이트 전구체의 혼합, 압착 및 반응 소결을 포함하는 전통적인 경로 처리 방법은 단순성과 비용 효율성으로 인해 가장 일반적으로 사용되는 방법이었습니다. 이 방법으로 다공성 멀라이트 세라믹을 생산할 수 있지만, 생성된 멀라이트 세라믹의 겉보기 다공성은 50% 미만으로 유지되는 것으로 보고되었습니다. 반면, 동결 주조는 1500°C의 매우 높은 소결 온도에서도 겉보기 기공률이 67%인 고다공성 멀라이트 세라믹을 생산할 수 있는 것으로 나타났습니다. 멀라이트 생산에 사용되는 소결 온도와 다양한 화학 첨가제에 대한 검토가 수행되었습니다. 전구체에서 Al2O3와 SiO2 사이의 반응 속도가 더 높기 때문에 멀라이트 생산에는 1500°C 이상의 소결 온도를 사용하는 것이 바람직합니다. 그러나 전구체의 불순물과 관련된 과도한 실리카 함량은 고온 소결 중에 샘플 변형 또는 용융을 초래할 수 있습니다. 화학 첨가제로는 CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 및 MoO3가 소결 온도를 낮추는 데 효과적인 보조제로 보고되었으며, V2O5, Y2O3 도핑된 ZrO2 및 3Y-PSZ는 멀라이트 세라믹의 치밀화를 촉진하는 데 사용될 수 있습니다. AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 및 MgO와 같은 화학 첨가제를 사용한 도핑은 멀라이트 위스커의 이방성 성장을 지원하여 결과적으로 멀라이트 세라믹의 물리적 강도와 인성을 향상시켰습니다.