Niektoré priemyselné odpady sa ukázali ako užitočné pri výrobe mulitovej keramiky. Tieto priemyselné odpady sú bohaté na určité oxidy kovov, ako je oxid kremičitý (SiO2) a oxid hlinitý (Al2O3). To dáva odpadom potenciál byť použitý ako východiskový materiál na prípravu mulitovej keramiky. Účelom tohto prehľadového článku je zostaviť a zhodnotiť rôzne spôsoby prípravy mullitovej keramiky, ktoré ako východiskové materiály využívali rôzne priemyselné odpady. Tento prehľad popisuje aj teploty spekania a chemické prísady použité pri príprave a jej účinky. Práca sa tiež zaoberala porovnaním mechanickej pevnosti a tepelnej rozťažnosti uvádzanej mulitovej keramiky pripravenej z rôznych priemyselných odpadov.
Mullit, bežne označovaný ako 3Al2O3∙2SiO2, je vynikajúci keramický materiál vďaka svojim mimoriadnym fyzikálnym vlastnostiam. Má vysoký bod topenia, nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, vysokú pevnosť pri vysokých teplotách a má odolnosť proti tepelnému šoku a tečeniu [1]. Tieto mimoriadne tepelné a mechanické vlastnosti umožňujú použitie materiálu v aplikáciách, ako sú žiaruvzdorné materiály, pecný nábytok, substráty pre katalyzátory, rúry pecí a tepelné štíty.
Mullit možno nájsť len ako vzácny minerál na ostrove Mull v Škótsku [2]. Vďaka svojej vzácnej existencii v prírode je všetka mullitová keramika používaná v priemysle vyrobená človekom. Uskutočnilo sa veľa výskumov na prípravu mullitovej keramiky s použitím rôznych prekurzorov, počnúc buď priemyselnou/laboratórnou chemickou látkou [3], alebo prirodzene sa vyskytujúcimi hlinitokremičitanovými minerálmi [4]. Náklady na tieto východiskové materiály sú však drahé, pretože sa vopred syntetizujú alebo ťažia. Výskumníci už roky hľadajú ekonomické alternatívy syntézy mullitovej keramiky. Preto sa v literatúre uvádza množstvo mullitových prekurzorov odvodených z priemyselných odpadov. Tieto priemyselné odpady majú vysoký obsah užitočného oxidu kremičitého a oxidu hlinitého, čo sú základné chemické zlúčeniny potrebné na výrobu mulitovej keramiky. Ďalšími výhodami používania týchto priemyselných odpadov sú úspora energie a nákladov, ak by sa odpady odklonili a znovu využili ako inžiniersky materiál. Okrem toho by to mohlo pomôcť znížiť záťaž životného prostredia a zvýšiť jej ekonomický prínos.
Aby sa zistilo, či by sa čistý elektrokeramický odpad mohol použiť na syntézu mullitovej keramiky, porovnal sa čistý elektrokeramický odpad zmiešaný s práškom oxidu hlinitého a čistý elektrokeramický odpad ako suroviny. Účinky zloženia surovín a teploty spekania na mikroštruktúru a fyzikálne vlastnosti skúmali sa vlastnosti mullitovej keramiky. XRD a SEM sa použili na štúdium fázového zloženia a mikroštruktúry.
Výsledky ukazujú, že so zvyšujúcou sa teplotou spekania sa zvyšuje obsah mullitu a zároveň sa zvyšuje objemová hmotnosť. Suroviny sú čistý elektrokeramický odpad, takže aktivita spekania je väčšia a proces spekania sa môže urýchliť a tiež sa zvýši hustota. Keď sa mullit pripravuje iba z elektrokeramického odpadu, objemová hmotnosť a pevnosť v tlaku sú najväčšie, pórovitosť je najmenšia a komplexné fyzikálne vlastnosti budú najlepšie.
Poháňané potrebou lacných a ekologických alternatív, mnohé výskumné snahy použili rôzne priemyselné odpady ako východiskové materiály na výrobu mullitovej keramiky. Boli preskúmané spôsoby spracovania, teploty spekania a chemické prísady. Tradičná metóda spracovania, ktorá zahŕňala miešanie, lisovanie a reakčné spekanie mullitového prekurzora, bola najbežnejšie používanou metódou kvôli svojej jednoduchosti a nákladovej efektívnosti. Hoci tento spôsob je schopný produkovať poréznu mullitovú keramiku, zdanlivá pórovitosť výslednej mullitovej keramiky zostala pod 50 %. Na druhej strane sa ukázalo, že odlievanie mrazom je schopné produkovať vysoko poréznu mullitovú keramiku so zdanlivou pórovitosťou 67 %, dokonca aj pri veľmi vysokej teplote spekania 1500 °C. Uskutočnil sa prehľad teplôt spekania a rôznych chemických prísad používaných pri výrobe mullitu. Na výrobu mullitu je žiaduce použiť teplotu spekania nad 1500 °C, vzhľadom na vyššiu reakčnú rýchlosť medzi Al2O3 a Si02 v prekurzore. Avšak nadmerný obsah oxidu kremičitého spojený s nečistotami v prekurzore by mohol viesť k deformácii vzorky alebo roztaveniu počas vysokoteplotného spekania. Pokiaľ ide o chemické prísady, CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 a MoO3 boli hlásené ako účinná pomôcka na zníženie teploty spekania, zatiaľ čo V2O5, ZrO2 dopovaný Y2O3 a 3Y-PSZ sa môžu použiť na podporu zahusťovania mullitovej keramiky. Dopovanie chemickými prísadami ako AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 a MgO napomohlo anizotropnému rastu mullitových fúzov, čo následne zvýšilo fyzikálnu pevnosť a húževnatosť mullitovej keramiky.
Čas odoslania: 29. augusta 2023