Τα κύρια συστατικά του μουλλίτη είναι η αλουμίνα και το οξείδιο του πυριτίου, που είναι το ορυκτό όνομα των αλουμινοπυριτικών, είναι ένα ορυκτό που σχηματίζεται από αργίλιο-πυριτικά άλατα σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και ο μουλλίτης σχηματίζεται επίσης όταν θερμαίνει τεχνητά αργίλιο-πυριτικά. Τα τελευταία χρόνια, η Κίνα έχει αυξήσει την καθαρή χρήση των πόρων άνθρακα, η παραγωγή ηλεκτροπαραγωγής της ιπτάμενης τέφρας περιέχει επίσης τη φάση mullite, συμπεριλαμβανομένης της Jungar εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας κονιοποιημένη ιπτάμενη τέφρα φούρνου άνθρακα στην περιεκτικότητα σε mullite περίπου 40%. Η χημική σύσταση του μουλλίτη είναι 3Al2O3-2SiO2-2Al2O3-SiO2 και από την άποψη του διαγράμματος φάσεων, ο μουλλίτης είναι το μόνο σταθερό κρυσταλλικό πυριτικό αργίλιο στο σύστημα δυαδικού διαγράμματος φάσης. Η κρυσταλλική δομή του αποτελείται από τετράεδρα πυριτίου-οξυγόνου και τετράεδρα αλουμινίου-οξυγόνου διατεταγμένα κατά μήκος του άξονα C με άτακτο τρόπο ώστε να σχηματίζουν μια διπλή αλυσίδα και η διπλή αλυσίδα συνδέεται με οκτάεδρα αλουμινίου-οξυγόνου, στα οποία παίζουν οκτάεδρα αλουμινίου-οξυγόνου ρόλος υποστήριξης ραχοκοκαλιάς σε ολόκληρη τη δομή και η μη μετρική διαμόρφωση πλάτους του δύο είδη λειτουργίας παραγγελίας το κάνουν να έχει σταθερή ενέργεια, και έτσι ο mullite έχει πολύ καλή χημική σταθερότητα. Ταυτόχρονα, έχει επίσης καλή ανθεκτικότητα, ηλεκτρική μόνωση και άλλες ιδιότητες, αντοχή στη χημική διάβρωση, καλή αντοχή σε κραδασμούς, υψηλή θερμοκρασία μαλακώματος φορτίου, αντίσταση ερπυσμού, χρησιμοποιείται πλέον ευρέως στη μεταλλουργία, τη χημική βιομηχανία, το πετρέλαιο, την ηλεκτρική ενέργεια, την εθνική άμυνα και πολλά άλλα βιομηχανικά πεδία.
Τα τελευταία χρόνια, με την άνοδο του μουλλίτη και των σύνθετων νέων υλικών του, έχει προκαλέσει εγχώριους και ξένους ερευνητές να δώσουν μεγάλη προσοχή στα υλικά μουλλίτη. -καθαρότητα mullite, και η εφαρμογή του στον τομέα των πυρίμαχων υλικών και της ηλεκτρικής ενέργειας.
Φυσικές και χημικές ιδιότητες μουλλίτη υψηλής καθαρότητας
Οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του μουλλίτη υψηλής καθαρότητας φαίνονται στον πίνακα.
Μέθοδος παρασκευής υλικού μουλλίτη υψηλής καθαρότητας
Μέθοδος Sol-gel
Η μέθοδος Sol-gel είναι ένα άλας μετάλλου αλκοόλης ή ανόργανο υλικό ως πρόδρομος για την παρασκευή υλικών, πρώτα οι πρώτες ύλες αναμιγνύονται ομοιόμορφα, στη συνέχεια υδρόλυση, χημική αντίδραση συμπύκνωσης, σχηματισμός σταθερού και διαφανούς διαλύματος συστήματος sol-gel σε διάλυμα, και τέλος το sol-gel με τη γήρανση των σωματιδίων της γέλης μέσω του αργού πολυμερισμού της γέλης μέσω του σχηματισμού μιας πολυδιάστατης δομής δικτύου, πολυδιάστατη δομή δικτύου γεμάτη με μη ρέον διαλύτη, και τελικά ο σχηματισμός του Τα ανόργανα λειτουργικά υλικά μπορούν να παρασκευαστούν με ξήρανση της γέλης για την απομάκρυνση της οργανικής ύλης.
Οι Luo Fa et al. συνέθεσαν λειτουργικά κεραμικά υλικά mullite με τη μέθοδο Sol-Gel χρησιμοποιώντας σκόνη αλουμινίου, ορθοπυριτικό αιθυλεστέρα (TEOS) και HCl ως πρώτες ύλες και διερεύνησαν τη σχέση μεταξύ των πυκνοτήτων πυροσυσσωμάτωσης, των διηλεκτρικών ιδιοτήτων μικροκυμάτων, των προσθέτων πυροσυσσωμάτωσης MgO και των συχνοτήτων δοκιμής κεραμικών υλικών mullite . Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι οι συνθήκες πυροσυσσωμάτωσης που χρησιμοποιούνται για το παρασκεύασμα έχουν μεγάλη επίδραση στην πυκνότητα πυροσυσσωμάτωσης και τη διηλεκτρική σταθερά των κεραμικών υλικών mullite και η θερμοκρασία θερμής συμπίεσης έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στην πυκνότητα πυροσυσσωμάτωσης και τη σύνθετη διηλεκτρική σταθερά του κεραμικού μουλλίτη υλικά μεταξύ των παραμέτρων που μελετήθηκαν. Η προσθήκη του πρόσθετου MgO αυξάνει επίσης τα πραγματικά και τα φανταστικά μέρη της σύνθετης διηλεκτρικής σταθεράς των κεραμικών υλικών mullite και δεν υπάρχει σημαντική επίδραση διασποράς στη σύνθετη διηλεκτρική σταθερά.
Ο He Wen et al. μελέτησε την παρασκευή ξηρής γέλης εξαιρετικά λεπτής σκόνης χρησιμοποιώντας TEOS και Al(NO3)3-9H2O ως πρώτες ύλες, με τη μέθοδο sol-gel (Sol-Gel), με αντικατάσταση διαλύτη σε γέλη αλκοόλης και με χρήση υπερκρίσιμου υγρού CO2 για να πραγματοποιήσετε τεχνολογία εκχύλισης και ξήρανσης σε χαμηλή θερμοκρασία στο τζελ αλκοόλης και στη συνέχεια μετά από επεξεργασία θέρμανσης σε υψηλή θερμοκρασία 1150 μοιρών για 2 ώρες, μπορεί να είναι σχετικά εύκολο να προετοιμαστεί σε υψηλή θερμοκρασία καθαρότητας mullite εξαιρετικά λεπτές σκόνες. Η σκόνη mullite μπορεί εύκολα να παρασκευαστεί με υψηλή καθαρότητα με θέρμανση στους 1150 βαθμούς για 2 ώρες. Η παρασκευασμένη σκόνη mullite έχει μέγεθος σωματιδίων 5~15 nm, η ειδική επιφάνειά της είναι τόσο υψηλή όσο 376 m2/g και τα σωματίδια είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα, δείχνοντας μια κοντή βελόνα ή σχήμα κοντής στήλης.
Ο Zhang Xintao χρησιμοποίησε νιτρικό αλουμίνιο και ορθοπυριτικό αιθυλεστέρα ως πρώτες ύλες, μέθοδο sol-gel (μέθοδος Sol-Gel) για να παρασκευάσει λειτουργικά υλικά σε σκόνη mullite, μέσω της θερμικής επεξεργασίας υψηλής θερμοκρασίας στους 1300 βαθμούς για 2 ώρες, τα παρασκευασμένα κονιοποιημένα υλικά mullite, παρουσιάζοντας εξαιρετική απόδοση , όπως οι χαμηλές διηλεκτρικές ιδιότητες, η σχετική διηλεκτρική απώλεια και η διηλεκτρική σταθερά θα αυξηθούν με την αύξηση της περιεκτικότητας σε μουλλίτη, Η διηλεκτρική απώλεια θα είναι με την αύξηση της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης, η διηλεκτρική απώλεια θα παρουσιάσει πτωτική τάση με την άνοδο της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης. το υψόμετρο δείχνει πτωτική τάση.
Μέθοδος υδροθερμικής κρυστάλλωσης
Η υδροθερμική κρυστάλλωση πραγματοποιείται συνήθως σε ένα κλειστό ειδικό δοχείο αντιδραστήρα, όπως ένα αυτόκλειστο και άλλο ειδικό εξοπλισμό, όπου χρησιμοποιείται ένα υδατικό διάλυμα ως μέσο για την υδροθερμική αντίδραση και η γεννήτρια του αντιδραστήρα θερμαίνεται, δημιουργώντας μια υψηλή πίεση, περιβάλλον αντίδρασης υψηλής θερμοκρασίας, που κάνει τις ουσίες που είναι δύσκολο να διαλυθούν ή αδιάλυτες υπό κανονικές συνθήκες να διαλυθούν και να σχηματιστούν εξαιρετικά διασπαρμένες νανοκρυσταλλικοί πυρήνες με ανακρυστάλλωση, η οποία είναι γνωστή ως μέθοδος υδροθερμικής κρυστάλλωσης. Χρησιμοποιώντας φυσικά μέταλλα, οι Yinye Wang et al. συνθετικά σύνθετα νανοκρυσταλλικά υλικά με κύρια κρυσταλλική φάση μουλλίτη με υδροθερμική κρυστάλλωση. Οι ερευνητές θέρμαναν τους σύνθετους νανοκρυστάλλους τους σε θερμοκρασίες που κυμαίνονταν από 500 βαθμούς έως 1005 βαθμούς και διαπίστωσαν ότι οι σύνθετοι νανοκρύσταλλοι είχαν πολύ καλή χημική θερμική σταθερότητα. Δοκιμασμένο με την τεχνική TPR, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το σύνθετο υλικό έχει δομική επίδραση στον φορέα και καταναλώνει διαφορετικές ποσότητες υδρογόνου με την επιφανειακή δομή των κρυστάλλων.
Μέθοδος καθίζησης υδρόλυσης
Η μέθοδος υδρολυτικής κατακρήμνισης αναφέρεται στην πρώτη προσθήκη ιζήματος στο διαυγασμένο διάλυμα για να ληφθεί το ίζημα, και στη συνέχεια φρύξτε το ίζημα σε υψηλή θερμοκρασία για να αποσυντεθεί και τελικά λάβετε το υλικό σκόνης. Η μέθοδος υδρολυτικής κατακρήμνισης χωρίζεται σε μέθοδο συγκαταβύθισης και σε μέθοδο μονοφασικής καθίζησης. Η μέθοδος ταυτόχρονης κατακρήμνισης είναι η προσθήκη του ιζήματος στο διάλυμα για να σχηματιστεί ένα ίζημα. το τελευταίο θα διαλύσει πρώτα το ίζημα στο διάλυμα και στη συνέχεια θα αλλάξει την τιμή του pH του διαλύματος μέσω της αποσύνθεσης του καθιζήματος μετά την πλήρη διάλυση και τελικά θα σχηματίσει ένα ίζημα. Ο ερευνητής Zhang Zhijie χρησιμοποίησε Al13 και ενεργοποιημένο πυριτικό οξύ ως πρώτες ύλες και αρχικά συνέθεσε πρόδρομο μουλλίτη με μέθοδο καθίζησης υδρόλυσης, το οποίο υποβλήθηκε σε θερμική επεξεργασία σε θερμοκρασία μικρότερη από 900 βαθμούς για περίπου 1 ώρα και σχημάτισε την κρυσταλλική φάση του μουλλίτη. Η μέθοδος της υδρολυτικής καθίζησης συνθέτει μουλλίτη σε χαμηλότερη θερμοκρασία, γεγονός που μειώνει τη δυσκολία παρασκευής και έχει το πλεονέκτημα της σύνθεσης σε χαμηλή θερμοκρασία.
Εφαρμογή mullite
Εφαρμογή του μουλλίτη στον τομέα των πυρίμαχων υλικών
Τα τελευταία χρόνια, η ανάπτυξη των πυρίμαχων υλικών mullite είναι πολύ γρήγορη, με τη συνεχή πρόοδο και τη βελτίωση της βιομηχανικής τεχνολογίας, τα νέα υλικά mullite όχι μόνο για να ανταποκριθούν στην ταχεία αύξηση της ζήτησης στη βιομηχανία πετρελαίου, χημικών και άλλων υψηλών θερμοκρασιών, αλλά και Η τεχνολογία της βιομηχανίας υψηλής θερμοκρασίας συνεχίζει να προοδεύει τις νέες απαιτήσεις. Σήμερα, τα πυρίμαχα υλικά που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία μπορούν να παρασκευαστούν από οξείδια όπως το οξείδιο του πυριτίου, το οξείδιο του ασβεστίου και η αλουμίνα. Ο Mullite ως πυρίμαχο υλικό υψηλής απόδοσης έχει:
(1) Υψηλό σημείο τήξης. και
(2) Ομοιόμορφη επέκταση. και
(3) Εξαιρετική σταθερότητα θερμικού σοκ.
(4) Σημείο μαλακώματος υψηλού φορτίου.
(5) Χαμηλή τιμή ερπυσμού σε υψηλή θερμοκρασία.
(6) Υψηλή σκληρότητα. και
(7) Καλή χημική αντοχή και άλλα πλεονεκτήματα.
Τα νέα πυρίμαχα υλικά που παρασκευάζονται από μουλλίτη χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως σε καμίνους σιγαστήρα, κλιβάνους ασβεστοποίησης, λέβητες, περιστροφικούς κλιβάνους και άλλο εξοπλισμό υψηλής θερμοκρασίας. Ο εξοπλισμός υψηλής θερμοκρασίας που παρασκευάζεται από mullite δεν είναι μόνο ανθεκτικός σε υψηλές θερμοκρασίες, αλλά έχει επίσης μεγάλη διάρκεια ζωής και αντοχή στη διάβρωση. Mullite και άλλα υλικά υψηλής ποιότητας για να αλληλοσυμπληρώνονται, σύνθετη σύνθεση πιο εξαιρετική απόδοση πυρίμαχων υλικών. Όπως η χρήση σύνθετων συνθετικών κεραμικών υλικών κλιβάνου κορδιερίτη - μουλλίτη, η παρασκευή υλικών με μικρό συντελεστή θερμικής διαστολής, εξαιρετική αντοχή σε θερμικά σοκ, υψηλή ανθεκτικότητα, σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες. Ως εκ τούτου, επί του παρόντος, εγχώρια και ξένα υψηλής ποιότητας κεραμικά κλιβάνους που χρησιμοποιούνται συνήθως σύνθετα υλικά κορδιερίτη mullite. Εν ολίγοις, τα πυρίμαχα υλικά mullite είναι όλο και πιο σημαντικά για τους ανθρώπους, πιστεύω ότι θα υπάρξει πιο εξαιρετική απόδοση των πυρίμαχων υλικών mullite.
Mullite σε ηλεκτρικές εφαρμογές
Τα σύγχρονα συστήματα υπολογιστών αποτελούνται από ολοκληρωμένα κυκλώματα εξαιρετικά υψηλής απόδοσης, γεγονός που έχει οδηγήσει στην εκτενή μελέτη κεραμικών υποστρωμάτων χαμηλής διηλεκτρικής σταθεράς. Τα κεραμικά υποστρώματα χαμηλής διηλεκτρικής σταθεράς χαρακτηρίζονται από τρία χαρακτηριστικά:
(1) Μπορεί να πυροσυσσωματωθεί σε ορισμένα μέταλλα. και
(2) Μπορεί να υποθέσει υψηλές πυκνότητες γραμμής. και
(3) έχει χαμηλό συντελεστή διαστολής και ταιριάζει με τον συντελεστή θερμικής διαστολής του πυριτίου.
Η εφαρμογή του mullite στον τομέα των ηλεκτρικών ιδιοτήτων αντικατοπτρίζεται στη χρήση του ως ένα εξαιρετικό υλικό υποστρώματος, το οποίο έχει πολύ χαμηλή διηλεκτρική σταθερά και μπορεί να λάβει υψηλές πυκνότητες γραμμής. Ως εκ τούτου, τα κεραμικά mullite και τα σύνθετα υαλοκεραμικά με βάση mullite χρησιμοποιούνται ως εξαιρετικά λειτουργικά υλικά για ολοκληρωμένα κυκλώματα υψηλής απόδοσης.
Οι Jin Zhengguo et al, διεξήγαγαν μια μελέτη σχετικά με την εφαρμογή των κεραμικών μουλλίτη στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας, με τη διαφορετική περιεκτικότητα σε μουλλίτη, τις διηλεκτρικές ιδιότητες και την απώλεια διηλεκτρικού παράγοντα επίσης αλλαγές στο σύνθετο υλικό όταν το περιεχόμενο μουλλίτη w{{{{3} }}}%~90%, η διηλεκτρική σταθερά αλλάζει σε 6,0~7,0. Ο νέος τύπος υλικού κεραμικού υποστρώματος mullite έχει χαμηλή διηλεκτρική σταθερά, χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και καλή αντοχή, που είναι κατάλληλο για ολοκληρωμένα κυκλώματα υψηλής ταχύτητας και συναρμολόγηση μικροηλεκτρονικών. Το νέο υλικό κεραμικού υποστρώματος mullite έχει χαμηλή διηλεκτρική σταθερά, χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, καλή αντοχή και είναι κατάλληλο για εφαρμογή σε ολοκληρωμένα κυκλώματα υψηλής ταχύτητας.
Ο Wang Jing ετοίμασε σύνθετα σύνθετα νανοσωλήνων άνθρακα mullite. Με βάση την καλή απόδοση των κεραμικών υλικών mullite, με την προσθήκη νανοσωλήνων άνθρακα για τη βελτίωση της σκληρότητάς του, η μελέτη της χρήσης νανοσωλήνων άνθρακα μετά την τροποποίηση των ειδικών ηλεκτρικών ιδιοτήτων των υλικών mullite μετά τις αγώγιμες ιδιότητες των αγώγιμων ιδιοτήτων του μηχανικές, θερμικές και άλλες ιδιότητες. Τα αποτελέσματα της μελέτης δείχνουν ότι οι διάφορες ιδιότητες του υλικού έχουν επιτύχει μεγάλη βελτίωση. Μεταξύ αυτών, η ηλεκτρική αγωγιμότητα βελτιώνεται κατά περισσότερες από 10 τάξεις μεγέθους. η ηλεκτρική σταθερά βελτιώνεται κατά 10-30 φορές και η απώλεια βελτιώνεται κατά 3 τάξεις μεγέθους. η αντοχή στη θραύση βελτιώνεται έως και 80%. Αυτό το υλικό έχει τα πλεονεκτήματα τόσο των υλικών μηχανικής όσο και ηλεκτρικής πολύπλοκης φάσης και έχει σημαντικές προοπτικές εφαρμογής στον τομέα των ηλεκτρονικών υλικών. Ως εκ τούτου, η έρευνα νέων κεραμικών υλικών mullite έχει μεγάλη σημασία.
Mullite σε άλλες εφαρμογές
Ο μουλλίτης, ως εξαιρετικό χημικό υλικό, έχει πολλές εφαρμογές εκτός από τις προαναφερθείσες πτυχές της έρευνας εφαρμογών. Για παράδειγμα, ο μουλλίτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διαπερατά κεραμικά συστατικά. Αυτό το υλικό έχει υψηλή μηχανική αντοχή, πιο ομοιόμορφη κατανομή των πόρων και καλή διαπερατότητα αέρα. Επιπλέον, τα σύνθετα υλικά μουλλίτη μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φορείς καταλύτη, τα οποία έχουν καλή χημική σταθερότητα και αντοχή στη θερμότητα και μπορούν να φορτωθούν με μια ποικιλία καταλυτών. Οι παρασκευασθέντες καταλύτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πυρόλυση πετρελαίου, επεξεργασία καυσαερίων αυτοκινήτων και επεξεργασία λυμάτων. Τα κεραμικά κράματα Mullite μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για επενδύσεις τακακιών φρένων, που χρησιμοποιούν μεταλλικά κράματα ως υπόστρωμα και άλλους τύπους κεραμικών ως μέσο διασποράς. Επειδή το υλικό έχει καλύτερη αντοχή στη θερμότητα και τη φθορά από τα υλικά πέδησης που παρασκευάζονται από πολυμερή, χρησιμοποιείται πλέον ευρέως σε συστήματα αεροσκαφών και σιδηροδρομικών γραμμών υψηλής ταχύτητας, καθώς και σε τακάκια φρένων αυτοκινήτων.
Τα τελευταία χρόνια, υπό τις συνεχείς προσπάθειες των ερευνητών, η ανάπτυξη των υλικών mullite είναι πολύ γρήγορη και οι εφαρμογές τους έχουν γίνει πιο εκτεταμένες, με την εμφάνιση πολλών νέων υλικών mullite με εξαιρετική συνολική απόδοση. Επί του παρόντος, υπάρχουν σχετικά περισσότερες μελέτες για δομικά υλικά υψηλής θερμοκρασίας, κεραμικά υλικά και αδιαβατικά μονωτικά υλικά. Στις ηλεκτρικές ιδιότητες και τις οπτικές ιδιότητες της έρευνας είναι σχετικά μικρή, υπάρχουν περισσότερα προβλήματα, προκειμένου να αποκτήσετε ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών στο μέλλον στον τομέα της ηλεκτρικής ενέργειας, της οπτικής και άλλων τομέων, πρέπει να αυξηθούν οι ερευνητικές προσπάθειες. Δεύτερον, στη μέθοδο σύνθεσης mullite, πρέπει να γίνει πιο σε βάθος ανάλυση του μηχανισμού σύνθεσης υλικών, η ανάπτυξη πιο κατάλληλων για τη βιομηχανοποίηση προηγμένων μεθόδων? στις θεωρητικές πτυχές της ανάγκης να αυξηθεί η θερμοδυναμική και η δυναμική των υλικών mullite. Αυτά ευνοούν την ανάπτυξη μιας πιο ολοκληρωμένης απόδοσης των νέων υλικών. Οι παραπάνω ερευνητικές κατευθύνσεις αποτελούν το επίκεντρο μελλοντικής έρευνας.