Показано, что некоторые промышленные отходы могут быть полезны при производстве муллитокерамики. Эти промышленные отходы богаты оксидами некоторых металлов, таких как кремнезем (SiO2) и оксид алюминия (Al2O3). Это дает отходам возможность использовать их в качестве источника исходного материала для изготовления муллитокерамики. Целью данного обзора является обобщение и обзор различных методов получения муллитокерамики, в которых в качестве исходных материалов используются различные промышленные отходы. В этом обзоре также описаны температуры спекания, химические добавки, использованные при приготовлении, и их влияние. В этой работе также было проведено сравнение механической прочности и термического расширения описанной муллитой керамики, полученной из различных промышленных отходов.
Муллит, обычно обозначаемый как 3Al2O3∙2SiO2, является отличным керамическим материалом благодаря своим исключительным физическим свойствам. Он имеет высокую температуру плавления, низкий коэффициент теплового расширения, высокую прочность при высоких температурах, а также обладает сопротивлением термическому удару и ползучести [1]. Эти исключительные термические и механические свойства позволяют использовать этот материал в таких областях, как огнеупоры, печная мебель, подложки для каталитических конвертеров, печные трубы и тепловые экраны.
Муллит можно найти только как редкий минерал на острове Малл в Шотландии [2]. Ввиду редкого существования в природе вся муллитовая керамика, используемая в промышленности, искусственная. Было проведено много исследований по приготовлению муллита керамики с использованием различных прекурсоров, начиная с химикатов промышленного/лабораторного класса [3] или встречающихся в природе алюмосиликатных минералов [4]. Однако стоимость этих исходных материалов, которые синтезируются или добываются заранее, высока. В течение многих лет исследователи искали экономичные альтернативы синтезу муллита керамики. Следовательно, в литературе сообщалось о многочисленных предшественниках муллита, полученных из промышленных отходов. Эти промышленные отходы имеют высокое содержание полезного кремнезема и глинозема, которые являются основными химическими соединениями, необходимыми для производства муллита керамики. Другими преимуществами использования этих промышленных отходов являются экономия энергии и затрат, если бы отходы были перенаправлены и повторно использованы в качестве инженерного материала. Кроме того, это также могло бы помочь снизить нагрузку на окружающую среду и повысить экономическую выгоду.
Чтобы выяснить, можно ли использовать чистые электрокерамические отходы для синтеза муллитовой керамики, сравнивали чистые электрокерамические отходы, смешанные с порошками оксида алюминия, и чистые электрокерамические отходы в качестве сырья. Влияние состава сырья и температуры спекания на микроструктуру и физические исследованы свойства муллитокерамики. Для изучения фазового состава и микроструктуры использовали рентгеноструктурный анализ и СЭМ.
Результаты показывают, что содержание муллита увеличивается с повышением температуры спекания, и в то же время увеличивается насыпная плотность. Сырьем являются чистые отходы электрокерамики, поэтому активность спекания выше, процесс спекания можно ускорить, а также увеличить плотность. Когда муллит получают только из отходов электрокерамики, объемная плотность и прочность на сжатие самые большие, пористость наименьшая, а комплексные физические свойства будут лучшими.
В связи с необходимостью найти недорогие и экологически чистые альтернативы, многие исследовательские усилия использовали различные промышленные отходы в качестве исходных материалов для производства муллита керамики. Рассмотрены методы обработки, температуры спекания и химические добавки. Традиционный метод обработки, включающий смешивание, прессование и реакционное спекание предшественника муллита, был наиболее часто используемым методом из-за его простоты и экономической эффективности. Хотя этот метод позволяет производить пористую муллитовую керамику, сообщается, что кажущаяся пористость полученной муллитовой керамики остается ниже 50%. С другой стороны, было показано, что литье замораживанием позволяет производить высокопористую муллитовую керамику с кажущейся пористостью 67% даже при очень высокой температуре спекания 1500 °C. Проведен обзор температур спекания и различных химических добавок, используемых при производстве муллита. Для производства муллита желательно использовать температуру спекания выше 1500 °С из-за более высокой скорости реакции между Al2O3 и SiO2 в предшественнике. Однако избыточное содержание кремнезема, связанное с примесями в прекурсоре, может привести к деформации или расплавлению образца при высокотемпературном спекании. Что касается химических добавок, то CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 и MoO3 считаются эффективным средством снижения температуры спекания, в то время как V2O5, ZrO2, легированный Y2O3, и 3Y-PSZ можно использовать для ускорения уплотнения муллита керамики. Легирование химическими добавками, такими как AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 и MgO, способствовало анизотропному росту усов муллита, что впоследствии повышало физическую прочность и ударную вязкость муллитовой керамики.
Время публикации: 29 августа 2023 г.