Mulliidi põhikomponendid on alumiiniumoksiid ja ränioksiid, mis on aluminosilikaatide mineraalne nimetus, see on mineraal, mis moodustub alumiiniumsilikaatidest kõrge temperatuuri tingimustes ning mulliit tekib ka alumiiniumsilikaatide kunstlikul kuumutamisel. Viimastel aastatel on Hiina suurendanud söeressursside puhast kasutamist, elektrijaamade lendtuhk sisaldab ka mulliidifaasi, sealhulgas Jungari elektrijaama söepulbri lendtuha mulliidi sisaldus on umbes 40%. Mulliidi keemiline koostis on 3Al2O3-2SiO2-2Al2O3-SiO2 ja faasidiagrammi vaatenurgast on mulliit ainus stabiilne kristalne alumiiniumsilikaat binaarfaasi diagrammisüsteemis. Selle kristallstruktuur koosneb ränidioksiidi-hapniku tetraeedritest ja alumiinium-hapniku tetraeedritest, mis on paigutatud piki C-telge ebakorrapäraselt, moodustades topeltahela, ja topeltahelat ühendavad alumiinium-hapniku oktaeedrid, milles mängivad alumiinium-hapniku oktaeedrid. selgroo tugiosa roll kogu struktuuris ning kahte tüüpi tellimisrežiimi mittemeetriline amplituudmodulatsioon muudab selle stabiilse energia ja seega on mulliidil väga hea keemiline stabiilsus. Samal ajal on sellel ka hea tulekindlus, elektriisolatsioon ja muud omadused, vastupidavus keemilisele erosioonile, hea löögikindlus, kõrge koormuse pehmenemistemperatuur, roomamiskindlus, seda kasutatakse nüüd laialdaselt metallurgias, keemiatööstuses, nafta, elektrienergia, riiklikus tööstuses. kaitse ja paljud teised tööstusvaldkonnad.
Viimastel aastatel on mulliidi ja selle uudsete komposiitmaterjalide leviku tõttu kodu- ja välismaised teadlased pööranud suurt tähelepanu mulliidi materjalidele. See artikkel keskendub mulliidi füüsikaliste ja keemiliste omaduste ülevaatele, mis on kõrgete materjalide valmistamise meetod. -puhtusmulliit ja selle kasutamine tulekindlate materjalide ja elektri valdkonnas.
Kõrge puhtusastmega mulliidi füüsikalised ja keemilised omadused
Kõrge puhtusastmega mulliidi füüsikalised ja keemilised omadused on toodud tabelis.
Kõrge puhtusastmega mulliitmaterjali valmistamismeetod
Sol-geel meetod
Sool-geel meetod on metalli alkoholisool või anorgaaniline materjal materjalide valmistamise eelkäijana, esiteks toorained segatakse ühtlaseks, seejärel hüdrolüüs, kondensatsiooni keemiline reaktsioon, stabiilse ja läbipaistva sool-geel süsteemi lahuse moodustamine. lahus ja lõpuks sool-geel geeliosakeste vananemise teel geeli aeglase polümerisatsiooni kaudu mitmemõõtmelise võrgustruktuuri moodustamise kaudu, mitmemõõtmelise võrgustruktuuriga, mis on täidetud mittevoolav lahusti ja lõpuks orgaanilise aine moodustumine. Anorgaanilisi funktsionaalseid materjale saab valmistada geeli kuivatamisel orgaanilise aine eemaldamiseks.
Luo Fa et al. sünteesiti mulliitkeraamilisi funktsionaalseid materjale Sol-Gel meetodil, kasutades toorainena alumiiniumipulbrit, etüülortosilikaati (TEOS) ja HCl-i, ning uurisid seost paagutamistiheduse, mikrolaine dielektriliste omaduste, paagutamislisandite MgO ja mulliitkeraamiliste materjalide katsesageduste vahel. . Uuringu tulemused näitasid, et valmistamisel kasutatud paagutamistingimused avaldavad suurt mõju mulliitkeraamiliste materjalide paagutamistihedusele ja dielektrilisele konstandile ning kuumpressimistemperatuuril on suurim mõju mulliitkeraamika paagutamise tihedusele ja kompleksdielektrilisele konstandile. materjalid uuritud parameetrite hulgas. Lisandi MgO lisamine suurendab ka mulliitkeraamiliste materjalide kompleksdielektrilise konstandi tegelikku ja mõttelist osa ning kompleksdielektrilisele konstandile ei ole olulist dispersiooniefekti.
He Wen et al. uuris kuiva geeli ülipeene pulbri valmistamist, kasutades toorainena TEOS-i ja Al(NO3)3-9H2O, sool-geel (Sol-Gel) meetodil, lahusti asendamist alkoholigeeliks ja CO2 ülekriitilist vedelikku madala temperatuuriga ekstraheerimis- ja kuivatamistehnoloogia teostamiseks alkoholigeelil ning pärast 2-tunnist 1150-kraadist kõrge temperatuuriga kuumtöötlust võib olla suhteliselt lihtne valmistada kõrge puhtusastmega mulliidi ülipeened pulbrid. Mulliidipulbrit saab kergesti valmistada kõrge puhtusastmega, kuumutades seda 1150 kraadi juures 2 tundi. Valmistatud mulliidipulbri osakeste suurus on 5–15 nm, selle eripind on kuni 376 m2/g ja osakesed on ühtlaselt jaotunud, näidates lühikese nõela või lühikese samba kuju.
Zhang Xintao kasutas toorainena alumiiniumnitraati ja etüülortosilikaati, sool-geeli meetodit (Sol-Gel meetod) mulliidipulbri funktsionaalsete materjalide valmistamiseks kõrgel temperatuuril 1300 kraadi juures 2 tunni jooksul kuumtöötlemisel, valmistatud pulbristatud mulliitmaterjale, millel on suurepärane jõudlus. , näiteks madalad dielektrilised omadused, selle suhteline dielektriline kadu ja dielektriline konstant suureneb mulliidi sisalduse suurenemisega, dielektriline kadu paagutamistemperatuuri tõusuga näitab dielektriline kadu paagutamistemperatuuri tõusuga vähenevat trendi. kõrgus näitab langustrendi.
Hüdrotermilise kristallimise meetod
Hüdrotermiline kristallimine viiakse tavaliselt läbi suletud spetsiaalses reaktoranumas, näiteks autoklaavis ja muudes spetsiaalsetes seadmetes, kus hüdrotermilise reaktsiooni keskkonnana kasutatakse vesilahust ja reaktori generaatorit kuumutatakse, tekitades kõrgsurve. kõrge temperatuuriga reaktsioonikeskkond, mis muudab ained, mis on tavatingimustes raskesti lahustuvad või lahustumatud, lahustuma ja moodustavad suure hajutusega nanokristallilisi tuumasid. ümberkristallimine, mida tuntakse hüdrotermilise kristallimise meetodina. Kasutades looduslikke mineraale, Yinye Wang et al. sünteesiti hüdrotermilise kristallimise teel komposiitnanokristallilisi materjale, mille peamise kristallilise faasina on mulliit. Teadlased kuumutasid oma komposiit-nanokristalle temperatuuril vahemikus 500 kraadi kuni 1005 kraadi ja leidsid, et komposiit-nanokristallidel on väga hea keemiline termiline stabiilsus. Testitud TPR tehnikaga näitasid tulemused, et komposiitmaterjalil on kandjale struktuurne mõju ja see kulutab erinevas koguses vesinikku koos kristallide pinnastruktuuriga.
Hüdrolüüsi sadestamise meetod
Hüdrolüütilise sadestamise meetod viitab sellele, et sademe saamiseks lisatakse kõigepealt selitatud lahusele sade, seejärel kaltsineeritakse sade kõrgel temperatuuril, et see laguneks ja lõpuks saadakse pulbermaterjal. Hüdrolüütiline sadestamise meetod jaguneb kaassadestamismeetodiks ja ühefaasiliseks sadestamismeetodiks. Kaassadestamise meetod on sademe lisamine lahusesse, et moodustada sade; viimane lahustab esmalt lahuses sademe ja seejärel muudab pärast täielikku lahustumist sademe lagunemise kaudu lahuse pH väärtust ning lõpuks moodustab sademe. Teadlane Zhang Zhijie kasutas toorainena Al13 ja aktiveeritud ränihapet ning esmalt sünteesis hüdrolüüsi sadestamise meetodil mulliidi prekursori, mida kuumtöötleti temperatuuril alla 900 kraadi umbes 1 tund ja moodustas mulliidi kristallfaasi. Hüdrolüütilise sadestamise meetodil sünteesitakse mulliit madalamal temperatuuril, mis vähendab valmistamise raskust ja eeliseks on madalal temperatuuril süntees.
Mulliidi pealekandmine
Mulliidi kasutamine tulekindlate materjalide valdkonnas
Viimastel aastatel on mulliidi tulekindlate materjalide areng olnud väga kiire, tööstustehnoloogia pideva arengu ja täiustamise tõttu on mulliidi uued materjalid mitte ainult rahuldavad nafta-, keemia- ja muu kõrge temperatuuriga tööstuse nõudluse kiiret kasvu, vaid ka rahuldada Kõrgtemperatuuriline tööstustehnoloogia jätkab uute nõuete täitmist. Tänapäeval saab tööstuses kasutatavaid tulekindlaid materjale valmistada oksiididest nagu ränioksiid, kaltsiumoksiid ja alumiiniumoksiid. Mulliit on suure jõudlusega tulekindel materjal, millel on:
(1) kõrge sulamistemperatuur; ja
(2) ühtlane paisumine; ja
(3) Suurepärane termošoki stabiilsus.
(4) Kõrge koormuse pehmenemispunkt.
(5) Madal roomeväärtus kõrgel temperatuuril.
(6) kõrge kõvadus; ja
(7) Hea keemiline vastupidavus ja muud eelised.
Mulliidist valmistatud uusi tulekindlaid materjale kasutatakse nüüd laialdaselt muhvelahjudes, kaltsineerimisahjudes, kateldes, pöördahjudes ja muudes kõrge temperatuuriga seadmetes. Mulliidist valmistatud kõrge temperatuuriga seadmed ei ole mitte ainult vastupidavad kõrgele temperatuurile, vaid neil on ka pikk kasutusiga ja korrosioonikindlus. Mulliit ja muud kvaliteetsed materjalid täiendavad üksteist, tulekindlate materjalide suurepärase jõudluse komposiit süntees. Nagu kordieriit-mulliidi komposiit sünteetiliste keraamiliste ahjumaterjalide kasutamine, väikese soojuspaisumise koefitsiendiga materjalide valmistamine, suurepärane soojuslöögikindlus, kõrge tulekindlus, kõrge temperatuuri stabiilsus. Seetõttu kasutatakse praegu kodumaistes ja välismaistes kõrgekvaliteedilistes keraamilistes ahjudes kordieriitmulliidi komposiitmaterjale. Ühesõnaga, mulliidi tulekindlad materjalid on inimestele üha olulisemad, ma usun, et mulliidi tulekindlad materjalid on veelgi suurepärasemad.
Mulliit elektriseadmetes
Kaasaegsed arvutisüsteemid koosnevad ülikõrge jõudlusega integraallülitustest, mis on viinud madala dielektrilise konstandiga keraamiliste substraatide ulatusliku uurimiseni. Madala dielektrilise konstandiga keraamilisi substraate iseloomustavad kolm omadust:
(1) Võib paagutada teatud metallidega; ja
(2) võib eeldada suurt joontihedust; ja
(3) on väikese paisumisteguriga ja vastab räni soojuspaisumistegurile.
Mulliidi kasutamine elektriliste omaduste valdkonnas kajastub selle kasutamises suurepärase alusmaterjalina, millel on väga madal dielektriline konstant ja mis võib eeldada suurt joontihedust. Seetõttu kasutatakse suure jõudlusega integraallülituste jaoks suurepäraste funktsionaalsete materjalidena mulliitkeraamikat ja mulliidipõhiseid klaaskeraamilisi komposiite.
Jin Zhengguo jt viisid läbi uuringu mulliidi keraamika kasutamise kohta elektrivaldkonnas, kuna erineva mulliidisisaldusega, dielektrilised omadused ja dielektriline kadu põhjustavad muutusi ka komposiitmaterjalis, kui mulliidi sisaldus w{{{{3} }}}%~90%, dielektriline konstant muutub vahemikus 6,0-7,0. Uut tüüpi mulliitkeraamilisel alusmaterjalil on madal dielektriline konstant, madal soojuspaisumistegur ja hea tugevus, mis sobib kiirete integraallülituste ja mikroelektroonika koostamiseks. Uuel mulliitkeraamilisel alusmaterjalil on madal dielektriline konstant, madal soojuspaisumistegur, hea tugevus ja see sobib kasutamiseks kiiretes integraallülitustes.
Wang Jing valmistas süsiniknanotoru mulliidikomposiite. Mulliitkeraamiliste materjalide hea jõudluse põhjal süsiniknanotorude lisamisega selle sitkuse parandamiseks uuritakse süsiniknanotorude kasutamist pärast mulliitmaterjalide elektriliste eriomaduste muutmist pärast materjali juhtivuse juhtivusomadusi. mehaanilised, termilised ja muud omadused. Uuringu tulemused näitavad, et materjali erinevad omadused on saavutanud suure paranemise. Nende hulgas on elektrijuhtivus paranenud enam kui 10 suurusjärgu võrra; elektrikonstant paraneb 10-30 korda ja kadu paraneb 3 suurusjärku; purunemiskindlus paraneb kuni 80%. Sellel materjalil on nii mehaaniliste kui ka elektriliste keeruliste faasimaterjalide eelised ning sellel on märkimisväärsed kasutusväljavaated elektrooniliste materjalide valdkonnas. Seetõttu on uute mulliitkeraamiliste materjalide uurimisel suur tähtsus.
Mulliit muudes rakendustes
Mulliidil kui suurepärasel keemilisel materjalil on lisaks ülalmainitud rakendusuuringute aspektidele palju rakendusi. Näiteks mulliiti saab kasutada läbilaskvate keraamiliste komponentidena. Sellel materjalil on kõrge mehaaniline tugevus, pooride ühtlasem jaotus ja hea õhu läbilaskvus. Lisaks saab katalüsaatorikandjatena kasutada mulliitkomposiite, millel on hea keemiline stabiilsus ja kuumakindlus ning mida saab laadida mitmesuguste katalüsaatoritega. Valmistatud katalüsaatoreid saab kasutada nafta krakkimisel, autode heitgaaside töötlemisel ja reovee puhastamisel. Mulliitkeraamilisi sulameid saab kasutada ka piduriklotside hõõrdkatete jaoks, mis kasutavad substraadina metallisulameid ja dispersioonikeskkonnana muud tüüpi keraamikat. Kuna materjalil on parem kuumus- ja kulumiskindlus kui polümeeridest valmistatud pidurimaterjalidel, kasutatakse seda nüüd laialdaselt lennukites ja kiirraudteesüsteemides, aga ka autode piduriklotsides.
Viimastel aastatel on teadlaste järjepidevatel jõupingutustel mulliitmaterjalide areng olnud väga kiire ja nende rakendused on muutunud ulatuslikumaks, kuna on ilmunud palju uusi suurepärase tervikliku jõudlusega mulliitmaterjale. Praegu on suhteliselt rohkem uurimusi kõrgtemperatuursete konstruktsioonimaterjalide, keraamiliste materjalide ja adiabaatiliste isoleermaterjalide kohta. Elektrilistes omadustes ja optilistes omadustes on uuringud suhteliselt väikesed, probleeme on rohkem, et saada tulevikus laiemat rakendust elektri-, optika- ja muudes valdkondades, tuleb teadusuuringuid suurendada. Teiseks, mulliidi sünteesi meetodil, on vaja põhjalikumat analüüsi mehhanismi materjali sünteesi, arendamise sobivam industrialiseerimise täiustatud meetodeid; mulliitmaterjalide termodünaamika ja dünaamika suurendamise vajaduse teoreetilistes aspektides; need aitavad kaasa uute materjalide terviklikuma toimimise arendamisele. Eeltoodud uurimissuunad on tulevaste uuringute keskmes.