Los componentes principales de la mullita son la alúmina y el óxido de silicio, que es el nombre mineral de los aluminosilicatos, es un mineral formado por aluminosilicatos en condiciones de alta temperatura, y la mullita también se forma cuando los aluminosilicatos se calientan artificialmente. En los últimos años, China ha estado aumentando el uso limpio de los recursos de carbón, la generación de cenizas volantes en las centrales eléctricas también contiene fase de mullita, incluidas las cenizas volantes del horno de carbón pulverizado de la central eléctrica de Jungar con un contenido de mullita de aproximadamente el 40%. La composición química de la mullita es 3Al2O3-2SiO2-2Al2O3-SiO2 y, desde la perspectiva del diagrama de fases, la mullita es el único silicato de aluminio cristalino estable en el sistema de diagrama de fases binario. Su estructura cristalina está compuesta por tetraedros de sílice-oxígeno y tetraedros de aluminio-oxígeno dispuestos a lo largo del eje C de manera desordenada para formar una doble cadena, y la doble cadena está conectada por octaedros de aluminio-oxígeno, en los que juegan octaedros de aluminio-oxígeno. desempeña un papel de soporte principal en toda la estructura, y la modulación de amplitud no métrica de los dos tipos de modo de orden hace que tenga una energía estable y, por lo tanto, la mullita tiene una muy buena estabilidad química. Al mismo tiempo, también tiene buena refractariedad, aislamiento eléctrico y otras propiedades, resistencia a la erosión química, buena resistencia a los golpes, alta temperatura de ablandamiento de carga, resistencia a la fluencia, ahora se usa ampliamente en metalurgia, industria química, petróleo, energía eléctrica, nacional. defensa y muchos otros campos industriales.
En los últimos años, con el auge de la mullita y sus nuevos materiales compuestos, ha provocado que investigadores nacionales y extranjeros presten gran atención a los materiales de mullita. Este artículo se centra en la revisión de las propiedades físicas y químicas de la mullita, el método de preparación de alta -mullita de pureza, y su aplicación en el campo de los materiales refractarios y la electricidad.
Propiedades físicas y químicas de la mullita de alta pureza.
Las propiedades físicas y químicas de la mullita de alta pureza se muestran en la tabla.
Método de preparación de material de mullita de alta pureza.
método sol-gel
El método sol-gel es una sal de alcohol metálico o material inorgánico como precursor para la preparación de materiales, en primer lugar, las materias primas se mezclan uniformemente, luego la hidrólisis, la reacción química de condensación, la formación de una solución de sistema sol-gel estable y transparente en solución, y finalmente el sol-gel por el envejecimiento de las partículas de gel a través de la polimerización lenta del gel a través de la formación de una estructura de red multidimensional, una estructura de red multidimensional llena de solvente que no fluye y, en última instancia, la formación de los Los materiales funcionales inorgánicos Se puede preparar secando el gel para eliminar la materia orgánica.
Luo Fa et al. sintetizaron materiales funcionales cerámicos de mullita mediante el método Sol-Gel utilizando polvo de aluminio, ortosilicato de etilo (TEOS) y HCl como materias primas, e investigaron la relación entre las densidades de sinterización, las propiedades dieléctricas de microondas, los aditivos de sinterización MgO y las frecuencias de prueba de materiales cerámicos de mullita. . Los resultados del estudio mostraron que las condiciones de sinterización utilizadas para la preparación tienen una gran influencia en la densidad de sinterización y la constante dieléctrica de los materiales cerámicos de mullita, y la temperatura de prensado en caliente tiene la mayor influencia en la densidad de sinterización y la constante dieléctrica compleja de la cerámica de mullita. materiales entre los parámetros estudiados. La adición del aditivo MgO también aumenta las partes real e imaginaria de la constante dieléctrica compleja de los materiales cerámicos de mullita, y no hay un efecto de dispersión significativo sobre la constante dieléctrica compleja.
Él Wen et al. estudió la preparación de polvo ultrafino de gel seco utilizando TEOS y Al(NO3)3-9H2O como materias primas, mediante el método sol-gel (Sol-Gel), mediante sustitución de disolvente en gel de alcohol y mediante el uso de fluido supercrítico de CO2. Para llevar a cabo una tecnología de extracción y secado a baja temperatura en el gel de alcohol, y luego, después de un tratamiento térmico a alta temperatura de 1150 grados durante 2 horas, puede ser relativamente fácil preparar polvos ultrafinos de mullita de alta pureza. El polvo de mullita se puede preparar fácilmente con alta pureza calentándolo a 1150 grados durante 2 horas. El polvo de mullita preparado tiene un tamaño de partícula de 5 a 15 nm, su superficie específica es de hasta 376 m2/g y las partículas están distribuidas uniformemente, mostrando una forma de aguja corta o columna corta.
Zhang Xintao utilizó nitrato de aluminio y ortosilicato de etilo como materias primas, método sol-gel (método Sol-Gel) para preparar materiales funcionales en polvo de mullita, mediante tratamiento térmico a alta temperatura a 1300 grados durante 2 horas, los materiales de mullita en polvo preparados mostraron un rendimiento excelente. , como las bajas propiedades dieléctricas, su pérdida dieléctrica relativa y su constante dieléctrica aumentarán con el aumento del contenido de mullita, la pérdida dieléctrica será con el aumento de la temperatura de sinterización, la La pérdida dieléctrica mostrará una tendencia decreciente con el aumento de la temperatura de sinterización. La elevación muestra una tendencia decreciente.
Método de cristalización hidrotermal.
La cristalización hidrotermal generalmente se lleva a cabo en un recipiente reactor especial cerrado, como un autoclave y otros equipos especiales, donde se usa una solución acuosa como medio para la reacción hidrotermal y el generador del reactor se calienta creando una alta presión. ambiente de reacción de alta temperatura, lo que hace que las sustancias que son difíciles de disolver o insolubles en condiciones normales se disuelvan y formen núcleos nanocristalinos altamente dispersos mediante recristalización, que se conoce como método de cristalización hidrotermal. Utilizando minerales naturales, Yinye Wang et al. Materiales nanocristalinos compuestos sintetizados con mullita como fase cristalina principal mediante cristalización hidrotermal. Los investigadores calentaron sus nanocristales compuestos a temperaturas que oscilaban entre 500 grados y 1005 grados y descubrieron que los nanocristales compuestos tenían muy buena estabilidad térmica química. Probado mediante la técnica TPR, los resultados mostraron que el material compuesto tiene un efecto estructural sobre el soporte y consume diferentes cantidades de hidrógeno con la estructura superficial de los cristales.
Método de precipitación por hidrólisis
El método de precipitación hidrolítica se refiere a agregar primero precipitante a la solución clarificada para obtener el precipitado, luego calcinar el precipitado a alta temperatura para descomponerlo y finalmente obtener el material en polvo. El método de precipitación hidrolítica se divide en método de coprecipitación y método de precipitación monofásico. El método de coprecipitación consiste en agregar el precipitante a la solución para formar un precipitado; este último primero disolverá el precipitante en la solución y luego cambiará el valor del pH de la solución mediante la descomposición del precipitante después de la disolución completa y finalmente formará un precipitado. El investigador Zhang Zhijie utilizó Al13 y ácido silícico activado como materias primas, y en primer lugar sintetizó el precursor de mullita mediante el método de precipitación por hidrólisis, que se trató térmicamente a una temperatura de menos de 900 grados durante aproximadamente 1 hora y formó la fase cristalina de mullita. El método de precipitación hidrolítica sintetiza mullita a una temperatura más baja, lo que reduce la dificultad de preparación y tiene la ventaja de la síntesis a baja temperatura.
Aplicación de mullita
Aplicación de la mullita en el campo de los refractarios.
En los últimos años, el desarrollo de refractarios de mullita es muy rápido, con el continuo progreso y mejora de la tecnología industrial, los nuevos materiales de mullita no solo satisfacen el rápido crecimiento de la demanda de la industria petrolera, química y otras industrias de alta temperatura, sino también para satisfacer las La tecnología de la industria de alta temperatura continúa avanzando en los nuevos requisitos. Hoy en día, los materiales refractarios utilizados en la industria se pueden preparar a partir de óxidos como el óxido de silicio, el óxido de calcio y la alúmina. Mullita como material refractario de altas prestaciones, presenta:
(1) Alto punto de fusión; y
(2) Expansión uniforme; y
(3) Excelente estabilidad al choque térmico.
(4) Punto de reblandecimiento de carga alta.
(5) Valor de fluencia bajo a alta temperatura.
(6) Alta dureza; y
(7) Buena resistencia química y otras ventajas.
Los nuevos materiales refractarios preparados a partir de mullita se utilizan ahora ampliamente en hornos de mufla, hornos calcinadores, calderas, hornos rotatorios y otros equipos de alta temperatura. Los equipos de alta temperatura preparados con mullita no solo son resistentes a altas temperaturas, sino que también tienen una larga vida útil y resistencia a la corrosión. Mullita y otros materiales de alta calidad para complementarse entre sí, síntesis compuesta de un rendimiento más excelente de los materiales refractarios. Como el uso de materiales de horno cerámicos sintéticos compuestos de cordierita - mullita, la preparación de materiales con un pequeño coeficiente de expansión térmica, excelente resistencia al choque térmico, alta refractariedad y estabilidad a altas temperaturas. Por lo tanto, en la actualidad, los hornos de cerámica de alta calidad nacionales y extranjeros utilizan comúnmente materiales compuestos de cordierita y mullita. En resumen, los materiales refractarios de mullita son cada vez más importantes para las personas, creo que habrá un rendimiento más excelente de los materiales refractarios de mullita.
Mullita en aplicaciones eléctricas.
Los sistemas informáticos modernos están compuestos por circuitos integrados de rendimiento ultraalto, lo que ha llevado al estudio exhaustivo de sustratos cerámicos de baja constante dieléctrica. Los sustratos cerámicos de baja constante dieléctrica se caracterizan por tres características:
(1) Puede sinterizarse en ciertos metales; y
(2) Puede asumir altas densidades de línea; y
(3) tiene un coeficiente de expansión bajo y coincide con el coeficiente de expansión térmica del silicio.
La aplicación de la mullita en el campo de las propiedades eléctricas se refleja en su uso como excelente material de sustrato, que tiene una constante dieléctrica muy baja y puede asumir altas densidades de línea. Por lo tanto, las cerámicas de mullita y los compuestos vitrocerámicos a base de mullita se utilizan como excelentes materiales funcionales para circuitos integrados de alto rendimiento.
Jin Zhengguo et al, realizaron un estudio sobre la aplicación de cerámicas de mullita en el campo de la electricidad, con el diferente contenido de mullita, las propiedades dieléctricas y la pérdida dieléctrica también producen cambios en el material compuesto cuando el contenido de mullita w{{{{3} }}}%~90%, la constante dieléctrica cambia en 6,0~7,0. El nuevo tipo de material de sustrato cerámico de mullita tiene una constante dieléctrica baja, un bajo coeficiente de expansión térmica y buena resistencia, lo que es adecuado para circuitos integrados de alta velocidad y ensamblaje de microelectrónica. El nuevo material de sustrato cerámico de mullita tiene una constante dieléctrica baja, un coeficiente de expansión térmica bajo, buena resistencia y es adecuado para su aplicación en circuitos integrados de alta velocidad.
Wang Jing preparó compuestos de mullita y nanotubos de carbono. Sobre la base del buen desempeño de los materiales cerámicos de mullita, mediante la adición de nanotubos de carbono para mejorar su tenacidad, el estudio del uso de nanotubos de carbono después de la modificación de las propiedades eléctricas especiales de los materiales de mullita después de las propiedades conductoras de las propiedades conductoras del propiedades mecánicas, térmicas y otras. Los resultados del estudio muestran que las diversas propiedades del material han logrado una gran mejora. Entre ellos, la conductividad eléctrica mejora en más de 10 órdenes de magnitud; la constante eléctrica mejora 10-30 veces y la pérdida mejora 3 órdenes de magnitud; La tenacidad a la fractura mejora hasta un 80%. Este material tiene las ventajas de los materiales de fase compleja tanto mecánicos como eléctricos y tiene importantes perspectivas de aplicación en el campo de los materiales electrónicos. Por tanto, la investigación de nuevos materiales cerámicos de mullita es de gran importancia.
Mullita en otras aplicaciones
La mullita, como excelente material químico, tiene muchas aplicaciones además de los aspectos de investigación de aplicaciones mencionados anteriormente. Por ejemplo, se puede utilizar mullita como componente cerámico permeable. Este material tiene alta resistencia mecánica, distribución más uniforme de poros y buena permeabilidad al aire. Además, se pueden utilizar compuestos de mullita como portadores de catalizadores, que tienen buena estabilidad química y resistencia al calor, y se pueden cargar con una variedad de catalizadores. Los catalizadores preparados se pueden utilizar en el craqueo de petróleo, en el tratamiento de gases de escape de automóviles y en el tratamiento de aguas residuales. Las aleaciones cerámicas de mullita también se pueden utilizar para forros de pastillas de freno, que utilizan aleaciones metálicas como sustrato y otros tipos de cerámicas como medio de dispersión. Debido a que el material tiene mejor resistencia al calor y al desgaste que los materiales para frenos preparados a partir de polímeros, ahora se usa ampliamente en aviones y sistemas ferroviarios de alta velocidad, así como en pastillas de freno para automóviles.
En los últimos años, gracias a los esfuerzos continuos de los investigadores, el desarrollo de materiales de mullita ha sido muy rápido y sus aplicaciones se han vuelto más extensas, con la aparición de muchos materiales de mullita nuevos con un rendimiento integral excelente. En la actualidad, existen relativamente más estudios sobre materiales estructurales de alta temperatura, materiales cerámicos y materiales aislantes adiabáticos. En las propiedades eléctricas y ópticas de la investigación es relativamente pequeña, hay más problemas, para obtener una gama más amplia de aplicaciones en el futuro en el campo de la electricidad, la óptica y otros campos, es necesario aumentar los esfuerzos de investigación. En segundo lugar, en el método de síntesis de mullita, es necesario realizar un análisis más profundo del mecanismo de síntesis de materiales, el desarrollo de métodos más adecuados para la industrialización de métodos avanzados; en los aspectos teóricos de la necesidad de incrementar la termodinámica y dinámica de los materiales de mullita; estos son propicios para el desarrollo de un rendimiento más integral de los nuevos materiales. Las direcciones de investigación anteriores son el foco de futuras investigaciones.