Noe industriavfall har vist seg å være nyttig i produksjon av mullittkeramikk. Dette industriavfallet er rikt på visse metalloksider som silika (SiO2) og alumina (Al2O3). Dette gir avfall potensialet til å bli brukt som en utgangsmaterialekilde for mullitt keramikkfremstilling. Hensikten med denne gjennomgangsartikkelen er å kompilere og gjennomgå ulike mullitt keramiske fremstillingsmetoder som benyttet en rekke industriavfall som utgangsmaterialer. Denne gjennomgangen beskriver også sintringstemperaturene og kjemiske tilsetningsstoffer som brukes i preparatet og dets effekter. En sammenligning av både mekanisk styrke og termisk ekspansjon av den rapporterte mullittkeramikken fremstilt fra ulike industriavfall ble også behandlet i dette arbeidet.
Mullite, ofte betegnet som 3Al2O3∙2SiO2, er et utmerket keramisk materiale på grunn av dets ekstraordinære fysiske egenskaper. Den har et høyt smeltepunkt, lav termisk ekspansjonskoeffisient, høy styrke ved høye temperaturer, og har både termisk sjokk og krypemotstand [1]. Disse ekstraordinære termiske og mekaniske egenskapene gjør at materialet kan brukes i applikasjoner som ildfaste materialer, ovnsmøbler, substrater for katalytiske omformere, ovnsrør og varmeskjold.
Mullitt kan bare finnes som et lite mineral på Mull Island, Skottland [2]. På grunn av sin sjeldne eksistens i naturen, er all mullittkeramikk som brukes i industrien menneskeskapt. Mye forskning har blitt gjort for å tilberede mullittkeramikk ved å bruke forskjellige forløpere, enten fra industrielle/laboratorieklasse kjemiske [3] eller naturlig forekommende aluminosilikatmineraler [4]. Imidlertid er kostnadene for disse utgangsmaterialene dyre, som syntetiseres eller utvinnes på forhånd. I årevis har forskere lett etter økonomiske alternativer for å syntetisere mullittkeramikk. Derfor er det rapportert om mange mullitt-forløpere fra industriavfall i litteraturen. Dette industriavfallet har høyt innhold av nyttig silika og alumina, som er de essensielle kjemiske forbindelsene som trengs for å produsere mullittkeramikk. Andre fordeler ved å bruke dette industriavfallet er energi- og kostnadsbesparelsen hvis avfallet ble omdirigert og gjenbrukt som et teknisk materiale. Videre kan dette også bidra til å redusere miljøbelastningen og øke den økonomiske fordelen.
For å undersøke om rent elektrokeramikkavfall kunne brukes til å syntetisere mullittkeramikk, ble det rene elektrokeramikkavfallet blandet med aluminapulver og det rene elektrokeramikkavfallet som råmateriale sammenlignet. Effektene av råmaterialenes sammensetning og sintringstemperatur på mikrostrukturen og den fysiske egenskapene til mullittkeramikk ble undersøkt. XRD og SEM ble brukt til å studere fasesammensetningen og mikrostrukturen.
Resultatene viser at innholdet av mullitt øker med økende sintringstemperatur, samtidig som bulktettheten eskaleres. Råvarene er det rene elektrokeramiske avfallet, dermed er sintringsaktiviteten større, og sintringsprosessen kan akselereres, og tettheten økes også. Når mullitten kun tilberedes av det elektrokeramiske avfallet, er bulktettheten og trykkstyrken størst, porøsiteten er minst, og de omfattende fysiske egenskapene vil være best
Drevet av behovet for rimelige og miljøvennlige alternativer, har mange forskningsinnsatser brukt en rekke industriavfall som utgangsmaterialer for å produsere mullittkeramikk. Bearbeidingsmetodene, sintringstemperaturene og kjemiske tilsetningsstoffer er gjennomgått. Den tradisjonelle prosesseringsmetoden som involverte blanding, pressing og reaksjonssintring av mullittforløperen var den mest brukte metoden på grunn av dens enkelhet og kostnadseffektivitet. Selv om denne metoden er i stand til å produsere porøs mullittkeramikk, ble de tilsynelatende porøsitetene til den resulterende mullittkeramikken rapportert å holde seg under 50 %. På den annen side ble frysestøping vist å kunne produsere svært porøs mullittkeramikk, med en tilsynelatende porøsitet på 67 %, selv ved en svært høy sintringstemperatur på 1500 °C. Det ble foretatt en gjennomgang av sintringstemperaturene og ulike kjemiske tilsetningsstoffer brukt i produksjonen av mullitt. Det er ønskelig å bruke en sintringstemperatur på over 1500 °C for mullittproduksjon, på grunn av den høyere reaksjonshastigheten mellom Al2O3 og SiO2 i forløperen. Imidlertid kan for høyt silikainnhold assosiert med urenheter i forløperen føre til prøvedeformasjon eller nedsmelting under høytemperatursintring. Når det gjelder de kjemiske tilsetningsstoffene, har CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 og MoO3 blitt rapportert som et effektivt hjelpemiddel for å senke sintringstemperaturen mens V2O5, Y2O3-dopet ZrO2 og 3Y-PSZ kan brukes til å fremme fortetting for mullittkeramikk. Doping med kjemiske tilsetningsstoffer som AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 og MgO bidro til anisotropisk vekst av mullitthårhårene, noe som deretter forbedret den fysiske styrken og seigheten til mullittkeramikken.
Innleggstid: 29. august 2023