Mulliitin pääkomponentit ovat alumiinioksidi ja piioksidi, joka on alumiinisilikaattien mineraalinimi, se on alumiinisilikaattien korkeissa lämpötiloissa muodostama mineraali, ja mulliittia muodostuu myös alumiinisilikaattien keinotekoisessa lämmityksessä. Viime vuosina Kiina on lisännyt hiilivarojen puhdasta käyttöä, voimalaitosten lentotuhka sisältää myös mulliittivaiheen, mukaan lukien Jungarin voimalaitoksen jauhettua hiilen uunissa lentotuhkaa mulliittipitoisuus noin 40%. Mulliitin kemiallinen koostumus on 3Al2O3-2SiO2-2Al2O3-SiO2, ja faasikaavion näkökulmasta mulliitti on ainoa stabiili kiteinen alumiinisilikaatti binäärifaasikaaviojärjestelmässä. Sen kiderakenne koostuu piidioksidi-happitetraedreistä ja alumiini-happitetraedreistä, jotka on järjestetty C-akselia pitkin epäsäännöllisesti muodostaen kaksoisketjun, ja kaksoisketjun yhdistää alumiini-happioktaedrit, joissa alumiini-happioktaedrit leikkivät. selkärangan tuen rooli koko rakenteessa, ja kahden tyyppisen tilausmoodin ei-metrinen amplitudimodulaatio tekee siitä vakaan energian, ja näin mulliitilla on erittäin hyvä kemiallinen stabiilisuus. Samaan aikaan sillä on myös hyvä tulenkestävyys, sähköeristys ja muut ominaisuudet, kemiallisen eroosion kestävyys, hyvä iskunkestävyys, korkea kuormituksen pehmenemislämpötila, virumisvastus, sitä käytetään nyt laajalti metallurgiassa, kemianteollisuudessa, öljy-, sähkö-, kansallisessa puolustus ja monet muut teollisuuden alat.
Viime vuosina mulliitin ja sen uusien komposiittimateriaalien nousun myötä se on saanut kotimaiset ja ulkomaiset tutkijat kiinnittämään suurta huomiota mulliittimateriaaleihin. Tämä artikkeli keskittyy mulliitin fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien katsaukseen, korkean aineen valmistusmenetelmään. -puhtausmulliitti ja sen käyttö tulenkestävien materiaalien ja sähkön alalla.
Erittäin puhtaan mulliitin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
Erittäin puhtaan mulliitin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet on esitetty taulukossa.
Erittäin puhtaan mulliittimateriaalin valmistusmenetelmä
Sol-gel menetelmä
Sooli-geelimenetelmä on metallialkoholisuola tai epäorgaaninen materiaali materiaalien valmistuksen esiaste, ensin raaka-aineet sekoitetaan tasaiseksi, sitten hydrolyysi, kondensaatiokemiallinen reaktio, stabiilin ja läpinäkyvän sooli-geelijärjestelmän liuoksen muodostuminen liuos, ja lopuksi sooli-geeli vanhentamalla geelipartikkeleita geelin hitaalla polymeroitumisella muodostamalla moniulotteinen verkkorakenne, moniulotteinen verkkorakenne, joka on täytetty Epäorgaaniset funktionaaliset materiaalit voidaan valmistaa kuivaamalla geeli orgaanisen aineen poistamiseksi.
Luo Fa et ai. syntetisoivat mulliittikeraamisia funktionaalisia materiaaleja Sol-Gel-menetelmällä käyttäen raaka-aineina alumiinijauhetta, etyyliortosilikaattia (TEOS) ja HCl:a ja tutkivat sintraustiheyksien, mikroaaltojen dielektristen ominaisuuksien, sintrauslisäaineiden MgO:n ja mulliittikeraamimateriaalien testitaajuuksien välistä yhteyttä. . Tutkimuksen tulokset osoittivat, että valmistuksessa käytetyillä sintrausolosuhteilla on suuri vaikutus mulliittikeraamimateriaalien sintraustiheyteen ja dielektrisyysvakioon ja kuumapuristuslämpötilalla suurin vaikutus mulliittikeramiikan sintraustiheyteen ja monimutkaiseen dielektrisyysvakioon. materiaalit tutkittujen parametrien joukossa. Lisäaineen MgO lisääminen lisää myös mulliittikeraamisten materiaalien kompleksisen dielektrisyysvakion todellista ja kuvitteellista osuutta, eikä kompleksidielektrisyysvakiossa ole merkittävää dispersiovaikutusta.
He Wen et ai. tutki kuivageeli-ultrahienojauheen valmistusta käyttämällä raaka-aineina TEOS:a ja Al(NO3)3-9H2O:ta, sooli-geeli (Sol-Gel) -menetelmällä, korvaamalla liuotin alkoholigeeliksi ja käyttämällä ylikriittistä CO2-nestettä suorittaa alhaisen lämpötilan uutto- ja kuivaustekniikka alkoholigeelillä ja sitten 1150 asteen korkean lämpötilan lämmityskäsittelyn jälkeen 2 tunnin ajan, voi olla suhteellisen helppoa valmistaa erittäin puhdasta mulliitti ultrahienoja jauheita. Mulliittijauhe voidaan valmistaa helposti erittäin puhtaana kuumentamalla 1150 asteessa 2 tuntia. Valmistetun mulliittijauheen hiukkaskoko on 5-15 nm, sen ominaispinta on jopa 376 m2/g, ja hiukkaset ovat jakautuneet tasaisesti, ja niissä on lyhyt neula tai lyhyt kolonni.
Zhang Xintao käytti raaka-aineina alumiininitraattia ja etyyliortosilikaattia, sooli-geeli-menetelmää (Sol-Gel-menetelmä) mulliittijauheen funktionaalisten materiaalien valmistukseen korkean lämpötilan lämpökäsittelyllä 1300 asteessa 2 tunnin ajan, valmistettuja jauhemaisia mulliittimateriaaleja, jotka osoittavat erinomaista suorituskykyä. , kuten alhaiset dielektriset ominaisuudet, sen suhteellinen dielektrinen häviö ja dielektrisyysvakio kasvavat mulliittipitoisuuden kasvaessa, dielektrinen häviö on sintrauslämpötilan noustessa dielektrinen häviö näyttää laskevan trendin sintrauslämpötilan noustessa. korkeus osoittaa laskevaa trendiä.
Hydroterminen kiteytysmenetelmä
Hydroterminen kiteytys suoritetaan yleensä suljetussa erikoisreaktoriastiassa, kuten autoklaavissa ja muissa erikoislaitteissa, joissa hydrotermisen reaktion väliaineena käytetään vesiliuosta ja reaktorigeneraattoria lämmitetään luomalla korkeapaine, korkean lämpötilan reaktioympäristö, jossa normaaliolosuhteissa vaikeasti liukenevat tai liukenemattomat aineet liukenevat ja muodostavat erittäin dispergoituneita nanokiteisiä ytimiä uudelleenkiteytys, joka tunnetaan hydrotermisenä kiteytysmenetelmänä. Yinye Wang et al. syntetisoi komposiittinanokiteisiä materiaaleja, joissa mulliitti oli pääkiteisenä faasina hydrotermisellä kiteytyksellä. Tutkijat lämmittivät komposiittinanokiteitään 500-1005 asteen lämpötiloissa ja havaitsivat, että komposiittinanokiteillä oli erittäin hyvä kemiallinen lämpöstabiilisuus. TPR-tekniikalla testattuna tulokset osoittivat, että komposiittimateriaalilla on rakenteellinen vaikutus kantajaan ja se kuluttaa eri määriä vetyä kiteiden pintarakenteen kanssa.
Hydrolyysisaostusmenetelmä
Hydrolyyttinen saostusmenetelmä viittaa saostusaineen lisäämiseen kirkastettuun liuokseen saostuman saamiseksi, ja sitten sakka kalsinoidaan korkeassa lämpötilassa sen hajottamiseksi ja lopuksi jauhemateriaalin saamiseksi. Hydrolyyttinen saostusmenetelmä jaetaan yhteissaostusmenetelmään ja yksifaasisaostusmenetelmään. Yhteisaostusmenetelmä on lisätä saostusaine liuokseen sakan muodostamiseksi; jälkimmäinen liuottaa ensin saostuman liuokseen ja muuttaa sitten liuoksen pH-arvoa saostusaineen hajoamisen kautta täydellisen liukenemisen jälkeen ja muodostaa lopuksi sakan. Tutkija Zhang Zhijie käytti raaka-aineina Al13:a ja aktivoitua piihappoa ja ensin syntetisoi mulliitin esiasteen hydrolyysisaostusmenetelmällä, jota lämpökäsiteltiin alle 900 asteen lämpötilassa noin 1 tunnin ajan ja muodostui mulliittikidefaasi. Hydrolyyttisellä saostusmenetelmällä mulliitti syntetisoidaan alemmassa lämpötilassa, mikä vähentää valmistusvaikeutta ja etuna on matalan lämpötilan synteesi.
Mulliitin käyttö
Mulliitin käyttö tulenkestävien materiaalien alalla
Viime vuosina mulliitin tulenkestävien materiaalien kehitys on ollut erittäin nopeaa, ja teollisuusteknologian jatkuvan kehityksen ja parantumisen myötä mulliitti uusia materiaaleja ei ainoastaan vastaa öljy-, kemian- ja muun korkean lämpötilan teollisuuden nopeaa kysynnän kasvua, vaan myös vastaamaan korkean lämpötilan teollisuuden teknologia jatkaa edistymistä uusien vaatimusten mukaisesti. Nykyään teollisuudessa käytettävät tulenkestävät materiaalit voidaan valmistaa oksideista, kuten piioksidista, kalsiumoksidista ja alumiinioksidista. Mulliitti on tehokas tulenkestävä materiaali, ja siinä on:
(1) korkea sulamispiste; ja
(2) Tasainen laajeneminen; ja
(3) Erinomainen lämpöshokkivakaus.
(4) Korkea kuormituksen pehmenemispiste.
(5) Matala virumisarvo korkeassa lämpötilassa.
(6) Korkea kovuus; ja
(7) Hyvä kemiallinen kestävyys ja muut edut.
Uusia mulliitista valmistettuja tulenkestäviä materiaaleja käytetään nykyään laajalti muhveliuuneissa, polttouuneissa, kattiloissa, kiertouuneissa ja muissa korkean lämpötilan laitteissa. Mulliitista valmistetut korkean lämpötilan laitteet eivät kestä vain korkeita lämpötiloja, vaan niillä on myös pitkä käyttöikä ja korroosionkestävyys. Mulliitti ja muut korkealaatuiset materiaalit täydentävät toisiaan, komposiittisynteesi erinomaisen suorituskyvyn tulenkestäviä materiaaleja. Kuten synteettisten keraamisten uunimateriaalien synteettisten kordieriitti-mulliittikomposiittimateriaalien käyttö, materiaalien valmistus, jolla on pieni lämpölaajenemiskerroin, erinomainen lämpöiskun kestävyys, korkea tulenkestävyys, korkea lämpötilan stabiilisuus. Siksi tällä hetkellä kotimaisissa ja ulkomaisissa korkealaatuisissa keraamisissa uuneissa käytetään yleisesti kordieriittimulliittikomposiittimateriaaleja. Lyhyesti sanottuna, mulliitin tulenkestävät materiaalit ovat yhä tärkeämpiä ihmisille, uskon, että mulliitin tulenkestävät materiaalit ovat erinomaisia.
Mulliitti sähkösovelluksissa
Nykyaikaiset tietokonejärjestelmät koostuvat erittäin suorituskykyisistä integroiduista piireistä, mikä on johtanut laajaan matalan dielektrisyysvakion keraamisten substraattien tutkimukseen. Matalan dielektrisyysvakion keraamisille alustoille on tunnusomaista kolme ominaisuutta:
(1) Voidaan sintrata tiettyihin metalleihin; ja
(2) Voi olla suuri viivatiheys; ja
(3) on alhainen laajenemiskerroin ja vastaa piin lämpölaajenemiskerrointa.
Mulliitin käyttö sähköisten ominaisuuksien alalla näkyy sen käytössä erinomaisena substraattimateriaalina, jolla on erittäin alhainen dielektrisyysvakio ja jolla voi olla suuria viivatiheyksiä. Siksi mulliittikeramiikkaa ja mulliittipohjaisia lasi-keraamikomposiitteja käytetään erinomaisina toiminnallisina materiaaleina korkean suorituskyvyn integroituihin piireihin.
Jin Zhengguo ym. suorittivat tutkimuksen mulliittikeramiikan soveltamisesta sähkön alalla. Eri mulliittipitoisuudet, dielektriset ominaisuudet ja dielektrisyyshäviö aiheuttavat myös muutoksia komposiittimateriaalissa, kun mulliittipitoisuus w{{{{3} }}}%~90%, dielektrisyysvakio muuttuu välillä 6,0-7,0. Uudentyyppisellä mulliittikeraamisubstraattimateriaalilla on alhainen dielektrisyysvakio, alhainen lämpölaajenemiskerroin ja hyvä lujuus, mikä sopii nopeisiin integroituihin piireihin ja mikroelektroniikan kokoonpanoon. Uudella mulliittikeraamisubstraattimateriaalilla on alhainen dielektrisyysvakio, alhainen lämpölaajenemiskerroin, hyvä lujuus ja se soveltuu käytettäväksi nopeissa integroiduissa piireissä.
Wang Jing valmisti hiilinanoputkimulliittikomposiitteja. Mulliittikeraamisten materiaalien hyvän suorituskyvyn perusteella lisäämällä hiilinanoputkia sen sitkeyden parantamiseksi, tutkitaan hiilinanoputkien käyttöä mulliittimateriaalien sähköisten erityisominaisuuksien muuntamisen jälkeen johtavien ominaisuuksien johtamisominaisuuksien jälkeen. mekaaniset, termiset ja muut ominaisuudet. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että materiaalin eri ominaisuudet ovat parantuneet merkittävästi. Niistä sähkönjohtavuus on parantunut yli 10 suuruusluokkaa; sähkövakio paranee 10-30 kertaa ja häviö paranee 3 suuruusluokkaa; murtolujuus paranee jopa 80 %. Tällä materiaalilla on sekä mekaanisten että sähköisten monimutkaisten faasimateriaalien etuja, ja sillä on merkittäviä sovellusmahdollisuuksia elektronisten materiaalien alalla. Siksi uusien mulliittikeraamimateriaalien tutkimuksella on suuri merkitys.
Mulliitti muissa sovelluksissa
Mulliitilla on erinomaisena kemiallisena materiaalina monia käyttökohteita edellä mainittujen sovellustutkimuksen näkökohtien lisäksi. Esimerkiksi mulliittia voidaan käyttää läpäisevinä keraamisina komponentteina. Tällä materiaalilla on korkea mekaaninen lujuus, tasaisempi huokosten jakautuminen ja hyvä ilmanläpäisevyys. Lisäksi katalyytin kantajina voidaan käyttää mulliittikomposiitteja, joilla on hyvä kemiallinen stabiilisuus ja lämmönkestävyys, ja niihin voidaan ladata erilaisia katalyyttejä. Valmistettuja katalyyttejä voidaan käyttää öljykrakkauksessa, autojen pakokaasujen käsittelyssä ja jäteveden käsittelyssä. Mulliittikeraamisia seoksia voidaan käyttää myös jarrupalojen päällysteissä, joissa käytetään metalliseoksia alustana ja muun tyyppistä keramiikkaa dispersioväliaineena. Koska materiaalilla on parempi lämmön- ja kulutuskestävyys kuin polymeereistä valmistetuilla jarrumateriaaleilla, sitä käytetään nykyään laajalti lentokoneissa ja suurnopeusjunajärjestelmissä sekä autojen jarrupaloissa.
Viime vuosina mulliittimateriaalien kehitys on ollut tutkijoiden jatkuvien ponnistelujen alaisena erittäin nopeaa ja niiden sovellukset ovat laajentuneet, kun monia uusia mulliittimateriaaleja on syntynyt erinomaisesti kokonaisvaltaisesti. Tällä hetkellä korkean lämpötilan rakennemateriaaleista, keraamisista materiaaleista ja adiabaattisista eristemateriaaleista on suhteellisen enemmän tutkimuksia. Vuonna sähköiset ominaisuudet ja optiset ominaisuudet tutkimus on suhteellisen pieni, on enemmän ongelmia, jotta saadaan laajempi valikoima sovelluksia tulevaisuudessa alalla sähkön, optiikan ja muilla aloilla, on lisättävä tutkimustyötä. Toiseksi mulliitti synteesi menetelmä, täytyy olla syvällisempää analyysia mekanismin materiaalin synteesiä, kehittäminen sopivampi teollistumisen kehittyneitä menetelmiä; mulliittimateriaalien termodynamiikan ja dynamiikan lisäämistarpeen teoreettisissa näkökohdissa; ne edistävät uusien materiaalien kattavamman suorituskyvyn kehittämistä. Yllä olevat tutkimussuunnat ovat tulevaisuuden tutkimuksen painopisteitä.