יישום של מולליט וחומרי אש מרוכבים שלו בתעשיית הקרמיקה

 רהיטי כבשן (סאגר, צלחת נשפך, צלחת דחיפה וכו') נמצאים בכבשן התעשייתי בתהליך הצלייה על צלייה החסר כדי לשחק תפקיד במרווח, תמיכה, תמיכה, ריפוד, הגנה וכו'.

 מוצרי קרמיקה מסורתיים (קרמיקה לבניין, קרמיקה סניטרית, קרמיקה, קרמיקה מתקדמת) המשמשים בשריפת הכבשן, בשל תנאי העומס לעמוד בטמפרטורת השריפה מטמפרטורת החדר ועד למחזורים רבים, צריכים להיות בעלי תכונות מכניות טובות ותרמיות עמידות בפני זעזועים; שדה אנרגיה חדש של חומרי קתודה של סוללת ליתיום המשמשים לירי הכבשן, בנוסף לתכונות מכניות מצוינות ועמידות בפני זעזועים תרמיים, אבל צריך גם להיות בעל עמידות מצוינת בפני תכונות קורוזיה.

 לפיתוח כבשן בעל ביצועים גבוהים יש משמעות רבה לשריפה של מוצרים באיכות גבוהה. מולליט מרוכז בטוהר גבוה הוא חומר הגלם הטוב ביותר להכנת רהיטי כבשן באיכות גבוהה בגלל העמידות הטובה שלו בפני זעזועים תרמיים.

 עקשן מולליט-קורונדום הוא אחד מהחומרים המרכזיים לרהיטי כבשן בימינו, בעל חוזק טוב בטמפרטורות גבוהות, עמידות בפני זעזועים תרמיים ויציבות כימית, והוא מתאים במיוחד לחומרי מגנט רך (פריט) הנורים באמצעות מסבים וקרמיקה מבודדת חשמלית.

 צ'ן גויהא וחב'. הכינו לוחית דחיפה מולליט-קורונדום בטמפרטורה גבוהה עם עמידות טובה בפני זעזועים תרמיים על-ידי שימוש ב-M75-mullite electrofused ו- electrofused corundum כאגרגטים, וגומי אלומינה, מיקרו-Al₂O₃ מיקרו-אבקת SiO₂ כמטריצת החיבור, ושיעור השמירה על חוזק הכיפוף היה 78 % לאחר שני זעזועים תרמיים (1100 מעלות ⇌ קירור מים), ולא התרחש שבר לאחר 23 זעזועים תרמיים.

 Hou Xiaojing et al. הוכן רהיטי כבשן קורונדום-מולייט עם עמידות בפני זעזועים תרמיים מעולה באמצעות חלקיקי קורונדום צלחת, אבקה דקה וחלקיקי מולליט מרוכזים כחומרי הגלם העיקריים, ושיעור השמירה של חוזק הכיפוף בטמפרטורת החדר לאחר שלושה זעזועים תרמיים (1100 מעלות ⇌ קירור אוויר) עלה ל-100%, בעוד שלחומר היה חוזק כיפוף גבוה בטמפרטורה גבוהה (22.8 MPa ב-1400 תואר).

 Shoukodi et al. מצא שהחדרה של זירקון בחומרי עקשן של קורונדום-מוליט שהוכנו עם קורונדום לוחות ומוליט מרוכז כחומרי הגלם העיקריים יכולה לשפר עוד יותר את העמידות בפני זעזועים תרמיים של רהיטי כבשן קורונדום-מוליט, והמנגנון של שיפור העמידות בפני זעזועים תרמיים היה כדלקמן: זירקון התפרק ל-ZrO₂ ו-SiO₂ בתהליך סינטרה, על האחד יד, SiO₂ נדד החוצה מאגרגטים ZrO₂, ויצר נקבוביות סגורות; מצד שני, המיקרו-סדקים בצורת טבעת בין אגרגטים ZrO₂ למטריצת המוליט שמסביב עקב אי התאמה תרמית מסוגלים לפזר את הלחצים הנוצרים במהלך מחזור ההלם התרמי.

 במונחים של חומר גלם מולליט, Zhang Yongchen et al. השוו את הביצועים של לוחות דחף מולליט-קורונדום שהוכנו מאותה כמות של מולליט מיקרו-גביש ומוליט רגיל באלקטרו-פוזי, ומצא כי חוזק הלחיצה של שני סוגי לוחות הדוחף היה דומה, אך במונחים של עמידות בפני זעזועים תרמיים, מספר התרמיים זעזועים של לוחות הדחף שהוכנו ממולליט מיקרו-גביש היו גבוהים ב-20% מזה של לוחות הדחף שהוכנו מ מולליט אלקטרו-פיוז רגיל, אשר יוחס לעובדה שהמיקרו-מבנה הפנימי של מולליט אלקטרו-פוזי תורם לספיגת מתחים תרמיים כדי לשפר את העמידות בפני זעזועים תרמיים. זאת בשל העובדה כי המיקרו-מבנה הפנימי של מולליט מיקרו-גבישי תורם לספיגה של מתח תרמי, המשפר את עמידות בפני זעזועים תרמיים.

 לקורדירייט מקדם התפשטות תרמית נמוך (טמפרטורת החדר עד 1000 מעלות, 2.5×10-⁶ מעלות -¹), המספק עמידות בפני זעזועים תרמיים מעולה. מקדם ההתפשטות התרמית של קורדירייט קטן מזה של מולליט. חוסר ההתאמה בין מקדמי ההתפשטות התרמית שלהם מקל על יצירת סדקים מיקרוסקופיים בממשק של שני השלבים, דבר המסייע לשיפור ההתנגדות להלם תרמי של חומרים מולליט-קורדיריט. צלחת נשפכת כרהיט מיוחד לכבשן לתמיכה בחתיכות פורצלן, החומר הוא בעיקר חומר מרוכב קורדיייט-מוליט. Fang Binxiang et al. M60 מולליט וקורדירייט כחומר הגלם העיקרי, דקסטרין כחומר קשירה, הכינו צלחת קורדיייט בעלת חוזק גבוה - מולליט, ב-1200 מעלות חוזק כיפוף בטמפרטורה גבוהה יכול להגיע עד 17.7MPa, בגלל שהשלד של החומר מורכב מ. אגרגטים מולליט וקורדירייט, השניים על ידי מולליט, קורדירייט ואלומינה נמוכה ו שלבי זכוכית עם סיליקה-חמצן גבוהה המורכבים מ"גשר החיבור" השניים מחוברים היטב על ידי "גשר חיבור" המורכב מפאזות זכוכית מולליט, קורדירייט ודל-אל, גבוה סיליקה חמצן, מה שתורם לשיפור המכאני בטמפרטורה גבוהה מאפיינים למרות שלחומרי עקשן מולליט-קורדירייט יש ביצועים טובים וזיהום נמוך של חלקי חרסינה, לקודירייט יש נקודת התכה נמוכה, והמקסימום. טמפרטורת השירות של מוצריה היא בדרך כלל<1350℃.

 עם הפיתוח של רכבי אנרגיה חדשים, מכשירים ניידים אלקטרוניים ואחסון אנרגיה, הביקוש לסוללות ליתיום עולה, וגם הכבשן המשמש לירי חומר הקתודה שלו מקבל יותר ויותר תשומת לב. כיום, חומרי הקתודה הנפוצים של סוללת ליתיום הם LiCO₃, LiOH ו- LiCoO₂ וחומרים אלקליים אחרים, הסגר לשריפה עם מידה מסוימת של שחיקה, יחד עם תהליך ההכנה של מחזורים חמים וקרים, בהשוואה לכבשן צריבה רגיל, סוללת ליתיום חומרים קתודיות שריפה בכבשן יציבות כימית ועמידות בפני זעזועים תרמיים הציבו דרישות גבוהות יותר. Mullite בעל עמידות חזקה בפני קורוזיה על ידי יוני Li ו-Co, והוא מתאים כחומר גלם לחומר קתודה של סוללת ליתיום לשריפה רהיטי כבשן. Zhai et al. מצא כי על ידי לימוד מנגנון השחיקה של חומר קתודית הסוללה על מולליט סאגר, Li₂O מגיב עם מולליט כדי ליצור את תוצרי התגובה של LiAlSiO₄ ו LiAlSi₂O6, הקשורים לחומר הנפול, וכתוצאה מכך מיקרו-סדקים, והתפשטות תרמית ועמידות בפני זעזועים תרמיים של החומר הנפול גבוה יותר מזה של קרמיקה רגילה. חוסר ההתאמה מוביל ליצירת סדקים מיקרוניים, וכך משטח הנפול מתפורר וניזוק. זה מצביע על כך שעמידות השחיקה של סאגר מולליט חד פאזי אינה מספקת. על מנת לשפר את הביצועים של סאגר מולליט חד פאזי לירי חומרי קתודה של סוללת ליתיום, Shan Zhilin et al. השתמשו ב-M70 מולליט וקורדירייט כאגרגט להכנת חומר מולליט-קורדירייט, וגילו שהחומר יצר שכבה של שכבת הגנה תגובתית שיכולה לעמוד בפני שחיקה של חומר קתודה במהלך תהליך השחיקה, והייתה לו עמידות טובה בפני השחיקה. של יוני Li ו-CO.

 Jing Xie et al. חקר את מנגנון השחיקה של LiCoO₂ על סאגר מולליט-קורדירייט המסונתז מקרבונט אלקלי קובלט וליתיום קרבונט, והצביע על כך ש-LiO₂ המיוצר על ידי פירוק Li₂CO₃ יכול להגיב עם מוליט וקורדירייט ליצירת LiAlO₂, -LiAli4S. שינוי הנפח הנובע מתגובת השחיקה וחוסר ההתאמה של ההתפשטות התרמית בין השלב הפיזיקלי המקורי ותוצרי התגובה הביאו למיקרו סדקים רוחביים בתוך החומר והתפצלות על פני השטח. עם זאת, ככל שתגובת השחיקה מתמשכת, חלקיקי מוליט וקורדירייט מתמזגים עם המצע, ושכבת החדירה צפופה יותר מאשר לפני השחיקה, מה שמפריע להמשך הדיפוזיה של LiO₂, ולסאגר יש עמידות חזקה לשחיקה. צ'ן יאנג ועוד. השתמשו במולליט ובקורדירייט מרוכזים בחשמל כחומרי הגלם העיקריים להכנת סאגר קורדיייט-מולליט בעל עמידות טובה בפני Li₂(Ni0.8Co0.1Mn0.1)Oχ שחיקה ב-8 00 מעלות וחוזק כיפוף שיורי של 3.0~4.5 MPa לאחר חמישה זעזועים חום (1100 מעלות , קירור מים).

 צ'ן נינג וחב'. השתמשו במולליט ובקורדירייט כחומרי גלם עיקריים להכנת מעין ריהוט כבשן מולליט-קורדירייט המתאים במיוחד לשריפת חומרי קתודה של סוללת ליתיום-יון, חוזק הכיפוף וחוזק הלחיצה בטמפרטורת החדר יכולים להגיע ל-9.5 ו-58.8 MPa בהתאמה, והכפיפה בטמפרטורה גבוהה. חוזק ב-1100 מעלות הוא 11.4 MPa. Zhao Mengxi et al. השתמש בעלות נמוכה M60 מולליט וקורדירייט כחומרי גלם, ותערובת שעווה כחומר קשירה לייצור סאגר מולליט-קורדירייט המתאים לשריפת סוללות ליתיום בשיטת הזרקה בלחיצה חמה. Zhao Mengxi et al. השתמש בעלות נמוכה M60 מולליט וקורדירייט כחומרי גלם ותערובת שעווה כחומר קשירה להכנת סאגר מולליט-קורדירייט לשריפת סוללת ליתיום בשיטת הזרקה בכבישה חמה.

 במערכת חומרי מולליט-קורדירייט, הכנסת ספינל מגנזיום-אלומיניום או טיטנאט מאלומיניום יכולה לשפר עוד יותר את הביצועים של החומר. Zhai et al. ציין שספינל מגנזיום-אלומיניום הוא הכי פחות מגיב עם חומר הסוללה, ויש לו עמידות טובה יותר בפני שחיקת ליתיום. לכן, למערכת חומרי הספינל מולליט-קורדירייט-מגנזיה-אלומיניום יש עמידות טובה יותר בפני שחיקה.

ליו פנגצ'נג ואחרים. הכין ספיגת ספינל מולליט-קורדירייט-מגנזיום-אלומיניום עם תכונות מכניות טובות תוך שימוש בחומרי הגלם העיקריים של M70, קורדירייט ומגנזיום-אלומיניום ספינל. Haisen Xu הכין חומר סלעי מולליט-קורדירייט-ספינל בעל עמידות טובה בפני שחיקת ליתיום קובלטאט וזעזוע תרמי על ידי סינתזה של קורדירייט וסינתזה במקום עם מולליט M70 כמצרף. Yingna Zhao et al. מצא שהחדרת אלומיניום טיטנאט לחומרים עקשנים מולליט-קורדירייט יכולה לשפר את עמידותם של החומרים לזעזועים תרמיים, וחוזק הכיפוף בטמפרטורת החדר לאחר חמישה זעזועים תרמיים (1100 מעלות, קירור מים) הגיע ל-9.4 MPa.

 בהשוואה לקורדירייט, לאלומיניום טיטנאט יש מקדם התפשטות תרמית נמוך יותר (1.5 × 10-⁶ מעלות -¹ מטמפרטורת החדר ל-1000 מעלות) ונקודת התכה גבוהה יותר, מה שהופך אותו לעמיד הטוב ביותר לטמפרטורות גבוהות. חומרים הנוכחיים בעלי התפשטות נמוכה. כאשר משתמשים ב-mullite ו-alumina titanate יחד, ניתן להשיג כבשני מולליט-אלומינה טיטנאט עם עמידות טובה בפני זעזועים תרמיים וטמפרטורות שירות גבוהות.Huang et al. הראה כי מולליט משפר את יציבות הסריג של אלומינה טיטנאט כאשר הוא מסומם לתוך מטריצת אלומינה טיטנאט, אשר בתורו מונע את פירוק אלומינה טיטנאט. Kim et al. מצא כי היציבות של אלומינה טיטנאט יכולה להגיע עד 80% כאשר מולליט קיים בחומר אלומינה טיטנאט.

 על מנת לפתור את בעיית החוזק הנמוך של אלומינה טיטנאט כחומר ריהוט לכבשן בטמפרטורה גבוהה, Yin Hongfeng et al. סונתז במקום רהיטי כבשן מולליט-אלומינה טיטנאט עם עמידות טובה בפני זעזועים תרמיים וחוזק כיפוף בטמפרטורה גבוהה (1400 מעלות, 11.4MPa) על ידי שימוש ב-M60 מולליט, אלומינה תעשייתית, תחמוצת טיטניום ואדמת סוז'ו כחומרי הגלם העיקריים, שהם חומרי הגלם העיקריים. מתאים לריהוט כבשן השריפה מחומרים מגנטיים קשים.

 RenYing et al. סינתזה במקום רהיט כבשן מולליט-אלומיניום טיטנאט עם טמפרטורת שירות נמוכה מ-1400 מעלות ויכולת עומס מוצר של פחות או שווה ל-8 ק"ג על ידי שימוש ב-M60 מולליט, טיטניום דו חמצני, אלומינה תעשייתית ואדמת סוז'ו כחומרי גלם. בשל חוסר ההתאמה בין מקדמי ההתפשטות התרמית של מולליט ואלומינה טיטנאט, המיקרו-סדקים הנוצרים בתוך החומר יכולים להאט את ריכוז המתח מתחת לסביבת ההלם התרמי ולהפחית את אנרגיית המתח האלסטית בחומר המובילה לשבר הלם תרמי, ובכך שיפור ההתנגדות להלם תרמי של החומר. רהיטי כבשן מולליט-אלומיניום טיטנאט יכולים להחליף חלקית את רהיטי כבשן מולליט-קורונדום במחירים גבוהים יותר כפלטה נושאת לשריפה של חומרים מגנטיים רכים, ובמקביל בקטע של טמפרטורה נמוכה (פחות או שווה ל-1250 מעלות ג) יכול לשמש גם כדי להחליף את המוליט - ריהוט כבשן קורדיייט לקרמיקה לשימוש יומיומי, אדריכלי קרמיקה, קרמיקה סניטרית ושריפה של קרמיקה אמנותית.

 לסיליקון קרביד חוזק גבוה, מוליכות תרמית, עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני קורוזיה כימית ותכונות אחרות, כך שלרהיטי כבשן סיליקון קרביד יש עמידות בפני זעזועים תרמיים מעולה, עמידות בפני שחיקה גבוהה וטמפרטורת החדר וחוזק טמפרטורה גבוהה. עם זאת, החמצון של סיליקון קרביד משמעותי יותר מעל 1300 מעלות, ולכן טמפרטורת היישום של לוחית הדחיפה של סיליקון קרביד מוגבלת.

על מנת לשפר את עמידות החמצון של רהיטי כבשן מבוססי סיליקון קרביד, Shi Jinxiong et al. הכינו רהיטי כבשן על בסיס סיליקון קרביד-מוליט תוך שימוש בסיליקון קרביד, מולליט סינטר M70 ומיקרו-אבקת SiO₂ כחומרי גלם. עם העלייה של תוספת מולליט מ-5% (w) ל-25% (w), עמידות החמצון ועמידות הלם תרמי של רהיטי הכבשן שופרו לאחר הסתיידות ב-1300 מעלות באווירה אטמוספרית.