Noget industriaffald har vist sig at være nyttigt i produktionen af mullitkeramik. Dette industriaffald er rigt på visse metaloxider såsom silica (SiO2) og aluminiumoxid (Al2O3). Dette giver affaldet potentiale til at blive brugt som udgangsmateriale til fremstilling af mullitkeramik. Formålet med denne gennemgang er at samle og gennemgå forskellige fremstillingsmetoder til mullitkeramik, der anvendte en række forskellige industriaffald som udgangsmaterialer. Denne gennemgang beskriver også de sintringstemperaturer og kemiske tilsætningsstoffer, der anvendes i fremstillingen, og deres virkninger. En sammenligning af både mekanisk styrke og termisk udvidelse af de rapporterede mullitkeramikprodukter fremstillet af forskellige industriaffaldprodukter blev også behandlet i dette arbejde.
Mullit, almindeligvis betegnet som 3Al2O3∙2SiO2, er et fremragende keramisk materiale på grund af dets ekstraordinære fysiske egenskaber. Det har et højt smeltepunkt, lav termisk udvidelseskoefficient, høj styrke ved høje temperaturer og besidder både termisk chok- og krybemodstand [1]. Disse ekstraordinære termiske og mekaniske egenskaber gør det muligt for materialet at blive brugt i applikationer som ildfaste materialer, ovnmøbler, substrater til katalytiske omformere, ovnrør og varmeskjolde.
Mullit findes kun som et sjældent mineral på Mull Island i Skotland [2]. På grund af sin sjældne forekomst i naturen er al mullitkeramik, der anvendes i industrien, menneskeskabt. Der er udført megen forskning i at fremstille mullitkeramik ved hjælp af forskellige forstadier, enten startende fra industriel/laboratoriekemikalier [3] eller naturligt forekommende aluminosilikatmineraler [4]. Prisen på disse udgangsmaterialer er dog høj, da de syntetiseres eller udvindes på forhånd. I årevis har forskere ledt efter økonomiske alternativer til at syntetisere mullitkeramik. Derfor er der i litteraturen rapporteret om adskillige mullitforstadier, der stammer fra industriaffald. Dette industriaffald har et højt indhold af nyttig silica og aluminiumoxid, som er de essentielle kemiske forbindelser, der er nødvendige for at producere mullitkeramik. Andre fordele ved at bruge dette industriaffald er energi- og omkostningsbesparelser, hvis affaldet blev omdirigeret og genanvendt som et teknisk materiale. Desuden kan dette også bidrage til at reducere miljøbelastningen og øge den økonomiske fordel.
For at undersøge, om rent elektrokeramisk affald kunne bruges til at syntetisere mullitkeramik, blev det rene elektrokeramiske affald blandet med aluminiumoxidpulver og det rene elektrokeramiske affald som råmaterialer sammenlignet. Virkningerne af råmaterialernes sammensætning og sintringstemperatur på mikrostrukturen og de fysiske egenskaber af mullitkeramik blev undersøgt. XRD og SEM blev brugt til at studere fasesammensætningen og mikrostrukturen.
Resultaterne viser, at indholdet af mullit øges med stigende sintringstemperatur, og samtidig øges bulkdensiteten. Råmaterialerne er rent elektrokeramisk affald, hvilket betyder, at sintringsaktiviteten er større, sintringsprocessen kan accelereres, og densiteten øges også. Når mullitten fremstilles udelukkende af elektrokeramisk affald, er bulkdensiteten og trykstyrken størst, porøsiteten er mindst, og de samlede fysiske egenskaber vil være de bedste.
Drevet af behovet for billige og miljøvenlige alternativer har mange forskningsindsatser brugt en række forskellige industriaffald som udgangsmaterialer til at producere mullitkeramik. Forarbejdningsmetoderne, sintringstemperaturerne og de kemiske tilsætningsstoffer er blevet gennemgået. Den traditionelle ruteforarbejdningsmetode, der involverede blanding, presning og reaktionssintring af mullitforløberen, var den mest almindeligt anvendte metode på grund af dens enkelhed og omkostningseffektivitet. Selvom denne metode er i stand til at producere porøs mullitkeramik, blev det rapporteret, at den tilsyneladende porøsitet af den resulterende mullitkeramik forblev under 50%. På den anden side blev det vist, at frysestøbning kunne producere meget porøs mullitkeramik med en tilsyneladende porøsitet på 67%, selv ved en meget høj sintringstemperatur på 1500 °C. Der blev udført en gennemgang af sintringstemperaturerne og forskellige kemiske tilsætningsstoffer, der anvendes i produktionen af mullit. Det er ønskeligt at bruge en sintringstemperatur på over 1500 °C til mullitproduktion på grund af den højere reaktionshastighed mellem Al2O3 og SiO2 i forløberen. Imidlertid kan for højt silicaindhold forbundet med urenheder i forstadiet føre til deformation eller nedsmeltning af prøven under sintring ved høj temperatur. Hvad angår de kemiske tilsætningsstoffer, er CaF2, H3BO3, Na2SO4, TiO2, AlF3 og MoO3 blevet rapporteret som et effektivt middel til at sænke sintringstemperaturen, mens V2O5, Y2O3-doteret ZrO2 og 3Y-PSZ kan bruges til at fremme densificering af mullitkeramik. Dotering med kemiske tilsætningsstoffer såsom AlF3, Na2SO4, NaH2PO4·2H2O, V2O5 og MgO assisteret i anisotrop vækst af mullit-whiskers, hvilket efterfølgende forbedrede mullitkeramikkens fysiske styrke og sejhed.
Opslagstidspunkt: 29. august 2023