Các thành phần chính của mullite là alumina và silicon oxit, là tên khoáng chất của alumino-silicates, nó là một khoáng chất được hình thành bởi alumino-silicates thông qua điều kiện nhiệt độ cao, và mullite cũng được hình thành khi làm nóng bằng iluminat. Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã tăng cường sử dụng sạch tài nguyên than, việc tạo ra tro bay của nhà máy điện cũng chứa giai đoạn mullite, bao gồm tro bay lò than của cây Jungar Power Power trong hàm lượng mullite khoảng 40%. Thành phần hóa học của mullite là 3AL2O 3-2 SiO 2-2 al2o 3- SiO2, và từ quan điểm của sơ đồ pha, mullite là chất silicat tinh thể ổn định duy nhất trong hệ thống phân tích. Cấu trúc tinh thể của nó bao gồm tứ diện oxy-oxy và nhôm tứ diện oxy được sắp xếp dọc theo trục c theo cách vô trật tự để tạo thành chuỗi kép, và chuỗi đôi được kết nối bởi chế độ octaheda không thể điều chỉnh được. Nó có một năng lượng ổn định, và do đó Mullite có sự ổn định hóa học rất tốt. Đồng thời, nó cũng có độ khúc xạ tốt, cách điện và các tính chất khác, khả năng chống xói mòn hóa học, khả năng chống sốc tốt, nhiệt độ làm mềm tải cao, điện trở creep, hiện được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim, ngành hóa học, dầu khí, điện, phòng thủ quốc gia và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.
Trong những năm gần đây, với sự gia tăng của Mullite và các vật liệu tiểu thuyết tổng hợp của nó, nó đã khiến các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước chú ý rất nhiều đến các vật liệu mullite. Bài viết này tập trung vào việc xem xét các tính chất vật lý và hóa học của mullite, phương pháp chuẩn bị mullite tinh khiết cao, và ứng dụng của nó trong lĩnh vực vật liệu chịu lửa và điện.
Tính chất vật lý và hóa học của mullite có độ tinh khiết cao
Các tính chất vật lý và hóa học của mullite có độ tinh khiết cao được thể hiện trong bảng.
Phương pháp chuẩn bị của vật liệu mullite có độ tinh khiết cao
Phương pháp sol-gel
Phương pháp sol-gel là một loại muối cồn kim loại hoặc vật liệu vô cơ làm tiền chất cho việc chuẩn bị vật liệu, trước tiên, các nguyên liệu thô được trộn đồng đều, sau đó thủy phân, phản ứng hóa học ngưng tụ, sự hình thành của một cấu trúc biến dạng của sol. Cấu trúc chứa đầy dung môi không chảy, và cuối cùng là sự hình thành các vật liệu chức năng vô cơ có thể được điều chế bằng cách làm khô gel để loại bỏ chất hữu cơ.
Luo Fa et al. Các vật liệu chức năng gốm mullite tổng hợp bằng phương pháp sol-gel sử dụng bột nhôm, ethyl orthosilicate (TEOS) và HCl làm nguyên liệu thô, và họ đã nghiên cứu mối quan hệ giữa mật độ thiêu kết, tính chất điện môi vi sóng, vật liệu phụ gia thiêu kết. Kết quả của nghiên cứu cho thấy các điều kiện thiêu kết được sử dụng để chuẩn bị có ảnh hưởng lớn đến mật độ thiêu kết và hằng số điện môi của vật liệu gốm mullite, và nhiệt độ ép nóng có ảnh hưởng lớn nhất đến mật độ thiêu kết và hằng số điện môi phức tạp của vật liệu gốm mullite trong số các thông số được nghiên cứu. Việc bổ sung MGO phụ gia cũng làm tăng các phần thực và tưởng tượng của hằng số điện môi phức tạp của vật liệu gốm mullite, và không có tác dụng phân tán đáng kể trên hằng số điện môi phức tạp.
Anh ấy wen et al. đã nghiên cứu việc chuẩn bị bột u siêu lượng gel khô bằng cách sử dụng TEOS và AL (NO3) 3-9} H2O làm nguyên liệu thô, bằng phương pháp sol-gel (sol-gel) Bột siêu cấp. Bột mullite có thể dễ dàng chuẩn bị với độ tinh khiết cao bằng cách làm nóng ở 1150 độ trong 2H. Bột mullite đã chuẩn bị có kích thước hạt là 5 ~ 15nm, bề mặt riêng của nó cao tới 376 m2/g và các hạt được phân phối đồng đều, cho thấy hình kim ngắn hoặc hình dạng ngắn.
Zhang Xintao đã sử dụng nhôm nitrat và ethyl orthosilicate làm nguyên liệu thô, phương pháp sol-gel (phương pháp sol-gel) để chuẩn bị vật liệu chức năng bột mullite, thông qua xử lý nhiệt nhiệt độ cao ở 1300 độ trong 2H Sẽ là với sự gia tăng của nhiệt độ thiêu kết, mất điện môi sẽ cho thấy xu hướng giảm với sự gia tăng của nhiệt độ thiêu kết. Độ cao cho thấy một xu hướng giảm.
Phương pháp kết tinh thủy nhiệt
Sự kết tinh thủy nhiệt thường được thực hiện trong một bình lò phản ứng đặc biệt kín, chẳng hạn như nồi hấp và các thiết bị đặc biệt khác, trong đó dung dịch nước được sử dụng làm môi trường cho phản ứng thủy nhiệt Các hạt nhân bằng cách kết tinh lại, được gọi là phương pháp kết tinh thủy nhiệt. Sử dụng khoáng chất tự nhiên, Yinye Wang et al. Các vật liệu tinh thể nano tổng hợp với mullite là pha tinh thể chính bằng cách kết tinh thủy nhiệt. Các nhà nghiên cứu làm nóng các tinh thể nano tổng hợp của họ ở nhiệt độ từ 500 độ đến 1005 độ và thấy rằng các tinh thể nano tổng hợp có độ ổn định nhiệt hóa học rất tốt. Được thử nghiệm bằng kỹ thuật TPR, kết quả cho thấy vật liệu composite có tác dụng cấu trúc đối với chất mang và tiêu thụ một lượng hydro khác nhau với cấu trúc bề mặt của các tinh thể.
Phương pháp kết tủa thủy phân
Phương pháp kết tủa thủy phân đề cập đến lần đầu tiên thêm chất kết tủa vào dung dịch được làm rõ để thu được kết tủa, sau đó vôi kết tủa ở nhiệt độ cao để làm cho nó phân hủy, và cuối cùng nhận được chất liệu bột. Phương pháp kết tủa thủy phân được chia thành phương pháp hợp tác và phương pháp kết tủa một pha. Phương pháp hợp tác là thêm chất kết tủa vào dung dịch để tạo thành kết tủa; Loại thứ hai trước tiên sẽ hòa tan chất kết tủa trong dung dịch, và sau đó thay đổi giá trị pH của dung dịch thông qua sự phân hủy của chất kết tủa sau khi hòa tan hoàn toàn, và cuối cùng tạo thành kết tủa. Nhà nghiên cứu Zhang Zhijie đã sử dụng AL13 và kích hoạt axit silicic làm nguyên liệu thô, và trước tiên được tổng hợp mullite bằng phương pháp kết tủa thủy phân, được xử lý nhiệt ở nhiệt độ dưới 900 độ trong khoảng 1h, và tạo thành pha tinh thể mullite. Phương pháp kết tủa thủy phân tổng hợp mullite ở nhiệt độ thấp hơn, làm giảm độ khó chuẩn bị và có lợi thế tổng hợp nhiệt độ thấp.
Áp dụng Mullite
Áp dụng mullite trong lĩnh vực vật liệu chịu lửa
Trong những năm gần đây, sự phát triển của vật liệu chịu lửa Mullite rất nhanh, với sự tiến bộ và cải tiến liên tục của công nghệ công nghiệp, Mullite mới không chỉ đáp ứng sự tăng trưởng nhanh chóng của ngành công nghiệp dầu khí, hóa học và nhiệt độ cao khác, mà còn đáp ứng công nghệ công nghiệp nhiệt độ cao tiếp tục tiến triển các yêu cầu mới. Ngày nay, các vật liệu chịu lửa được sử dụng trong ngành công nghiệp có thể được điều chế từ các oxit như oxit silicon, canxi oxit và alumina. Mullite là một vật liệu chịu lửa hiệu suất cao, nó có:
(1) điểm nóng chảy cao; Và
(2) mở rộng thống nhất; Và
(3) Độ ổn định sốc nhiệt tuyệt vời.
(4) Điểm làm mềm tải cao.
(5) Giá trị creep thấp ở nhiệt độ cao.
(6) độ cứng cao; Và
(7) Kháng hóa chất tốt và các lợi thế khác.
Các vật liệu chịu lửa mới được điều chế từ mullite hiện được sử dụng rộng rãi trong lò nung, lò nung, nồi hơi, lò quay quay và các thiết bị nhiệt độ cao khác. Thiết bị nhiệt độ cao được chuẩn bị từ Mullite không chỉ kháng nhiệt độ cao, mà còn có tuổi thọ cao và khả năng chống ăn mòn. Mullite và các vật liệu chất lượng cao khác để bổ sung cho nhau, tổng hợp tổng hợp hiệu suất tuyệt vời hơn của các vật liệu chịu lửa. Chẳng hạn như sử dụng các vật liệu lò nung gốm tổng hợp cordierite - mullite, việc chuẩn bị vật liệu với hệ số mở rộng nhiệt, khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời, độ khúc xạ cao, độ ổn định nhiệt độ cao. Do đó, hiện tại, lò nung gốm cao cấp trong và ngoài nước thường được sử dụng các vật liệu composite cordierite mullite. Nói tóm lại, các vật liệu chịu lửa Mullite ngày càng quan trọng hơn đối với mọi người, tôi tin rằng sẽ có hiệu suất tuyệt vời hơn của các vật liệu chịu lửa Mullite.
Mullite trong các ứng dụng điện
Các hệ thống máy tính hiện đại bao gồm các mạch tích hợp hiệu suất cực cao, đã dẫn đến nghiên cứu sâu rộng về các chất nền gốm hằng số điện môi thấp. Chất nền gốm hằng số điện môi thấp được đặc trưng bởi ba tính năng:
(1) có thể được thiêu kết với một số kim loại nhất định; Và
(2) có thể giả sử mật độ đường cao; Và
(3) có hệ số giãn nở thấp và phù hợp với hệ số giãn nở nhiệt của silicon.
Việc áp dụng mullite trong lĩnh vực tính chất điện được phản ánh trong việc sử dụng nó như một vật liệu cơ chất tuyệt vời, có hằng số điện môi rất thấp và có thể giả sử mật độ đường cao. Do đó, gốm mullite và vật liệu tổng hợp gốm thủy tinh dựa trên mullite được sử dụng làm vật liệu chức năng tuyệt vời cho các mạch tích hợp hiệu suất cao.
Jin Zhengguo et al, đã thực hiện một nghiên cứu về ứng dụng gốm mullite trong lĩnh vực điện, với hàm lượng mullite khác nhau, tính chất điện môi và mất điện môi cũng tạo ra các thay đổi trong vật liệu tổng hợp khi hàm lượng mullite w {{0} Loại vật liệu cơ chất gốm mullite mới có hằng số điện môi thấp, hệ số giãn nở nhiệt thấp và cường độ tốt, phù hợp cho các mạch tích hợp tốc độ cao và lắp ráp vi điện tử. Vật liệu cơ chất gốm mullite mới có hằng số điện môi thấp, hệ số giãn nở nhiệt thấp, cường độ tốt và phù hợp cho ứng dụng trong các mạch tích hợp tốc độ cao.
Wang Jing đã chuẩn bị các vật liệu tổng hợp mullite carbon ống nano. Trên cơ sở hiệu suất tốt của vật liệu gốm mullite, bằng cách thêm các ống nano carbon để cải thiện độ bền của nó, nghiên cứu về việc sử dụng ống nano carbon sau khi sửa đổi các tính chất điện đặc biệt của vật liệu mullite sau các tính chất dẫn điện của các tính chất dẫn điện, nhiệt và nhiệt khác. Kết quả của nghiên cứu cho thấy các tính chất khác nhau của vật liệu đã đạt được sự cải thiện lớn. Trong số đó, độ dẫn điện được cải thiện bởi hơn 10 bậc độ lớn; Hằng số điện được cải thiện bởi 10-30 lần và tổn thất được cải thiện bởi 3 bậc độ lớn; Độ bền gãy được cải thiện tới 80%. Vật liệu này có lợi thế của cả vật liệu pha phức tạp cơ và điện, và có triển vọng ứng dụng đáng kể trong lĩnh vực vật liệu điện tử. Do đó, nghiên cứu về vật liệu gốm mullite mới có ý nghĩa lớn.
Mullite trong các ứng dụng khác
Mullite, như một vật liệu hóa học tuyệt vời, có nhiều ứng dụng ngoài các khía cạnh được đề cập ở trên của nghiên cứu ứng dụng. Ví dụ, mullite có thể được sử dụng làm thành phần gốm thấm. Vật liệu này có cường độ cơ học cao, phân bố lỗ chân lông đồng đều hơn và tính thấm không khí tốt. Ngoài ra, vật liệu tổng hợp mullite có thể được sử dụng làm chất mang chất xúc tác, có độ ổn định hóa học tốt và khả năng chống nhiệt, và có thể được nạp với nhiều loại chất xúc tác. Các chất xúc tác đã chuẩn bị có thể được sử dụng trong nứt dầu, xử lý khí thải ô tô và xử lý nước thải. Hợp kim gốm Mullite cũng có thể được sử dụng cho lớp lót phanh, sử dụng hợp kim kim loại làm chất nền và các loại gốm sứ khác làm môi trường phân tán. Bởi vì vật liệu có khả năng chịu nhiệt và hao mòn tốt hơn các vật liệu phanh được điều chế từ polyme, hiện tại nó được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống đường sắt và máy bay tốc độ cao, cũng như trong các tấm phanh ô tô.
Trong những năm gần đây, dưới những nỗ lực liên tục của các nhà nghiên cứu, sự phát triển của các vật liệu mullite đã rất nhanh chóng và các ứng dụng của chúng đã trở nên rộng lớn hơn, với sự xuất hiện của nhiều vật liệu mullite mới với hiệu suất toàn diện tuyệt vời. Hiện tại, có những nghiên cứu tương đối nhiều hơn về vật liệu cấu trúc nhiệt độ cao, vật liệu gốm và vật liệu cách điện đáng tin cậy. Trong các tính chất điện và tính chất quang học của nghiên cứu là tương đối nhỏ, có nhiều vấn đề hơn, để có được một loạt các ứng dụng trong tương lai trong lĩnh vực điện, quang học và các lĩnh vực khác, cần phải tăng cường nỗ lực nghiên cứu. Thứ hai, trong phương pháp tổng hợp mullite, cần phải phân tích sâu hơn về cơ chế tổng hợp vật liệu, sự phát triển phù hợp hơn cho việc công nghiệp hóa các phương pháp nâng cao; Trong các khía cạnh lý thuyết của nhu cầu tăng nhiệt động lực học và động lực học của vật liệu mullite; Chúng có lợi cho sự phát triển của một hiệu suất toàn diện hơn của các vật liệu mới. Các hướng nghiên cứu trên là trọng tâm của nghiên cứu trong tương lai.