Что такое сотовая керамика?
Сотовая керамика — это новый тип промышленной керамики с основной структурой в виде сот. Внутри находятся множество взаимосвязанных параллельных каналов в форме сот, и эти сотовые единицы разделены тонкими стенками с различными формами решеток. От самого раннего использования в небольших автомобилях для очистки выхлопных газов до широкого применения в таких отраслях, как химическая, энергетическая, металлургическая, нефтяная, электронная, машиностроительная и т.д., она становится все более распространенной и имеет значительные перспективы развития.
Классификация материалов и использование сотовой керамики
Сотовая керамика может быть изготовлена из различных материалов. Основные материалы включают: кордиерит, муллит, алюминиевый титанат, активированный уголь, карбид кремния, активированный глинозем, цирконий, нитрид кремния и композитные матрицы, такие как муллит-кордиерит и кордиерит-алюминиевый титанат. После того как порошок или частицы активированного угля превращаются в формы сотовой керамики, возможности очистки и обработки сточных вод значительно улучшаются, особенно в фармацевтической промышленности, где антибиотики, гормоны, витамины, инъекции нуклеиновых кислот и различные инъекции, лекарства и т.д. обезвоживаются, обесцвечиваются и очищаются от примесей.
Сотовая керамика может быть разделена на четыре категории в зависимости от назначения: теплоаккумулирующие материалы, наполнители, носители катализаторов и фильтрующие материалы.
Свойства сотовой керамики
- Большая удельная поверхность
- Легкий вес
- Низкий коэффициент теплового расширения
- Большая удельная теплоемкость
- Кислотостойкость и щелочестойкость
- Хорошая химическая стабильность
- Хорошие изоляционные свойства
- Хорошая термостойкость
- Высокая пористость
Методы приготовления сотовой керамики
1. Метод экструзии
2. Метод горячего литья
3. Метод заливки
4. Метод прессования
Среди них методы горячего прессования, литья под давлением и прессования затрудняют приготовление сотовой керамики с высокой плотностью пор, большим размером и тонкими стенками. В реальных производственных процессах наиболее широко используемым методом приготовления сотовой керамики является метод экструзии.
Общие материалы для сотовой керамики
Алюминиевая керамика
Оксидная керамика, в основном состоящая из Al2O3-SiO2 и содержащая определенное количество минерализаторов, таких как Ba, Ca, Zr, Mg, относится к категории алюминиевой керамики. Содержание Al2O3 варьируется от 45% до 99%. В зависимости от различных основных кристаллических фаз алюминиевая керамика может быть разделена на корундовую керамику (Al2O3>95%), муллитовую керамику (Al2O3-50%) и муллит-корундовую керамику (Al2O3-75%). Алюминиевая керамика в основном используется в нефтехимической промышленности, металлургии, десульфуризационных башнях, реакционных печах, насадочных башнях и т.д. Она служит опорным материалом и наполнителем для катализаторов в реакторах. Благодаря своим хорошим механическим свойствам, химической стабильности и термостойкости, алюминиевая керамика хорошо адаптируется к условиям высокой температуры, высокого давления и сильной коррозии.
Муллит
Муллит — это серия минералов, состоящих из алюмосиликатов, в основном включающих высокочистый плавленый муллит, обычный плавленый муллит, все природные бокситовые концентраты, спеченный муллит и легкий спеченный муллит. Природные кристаллы муллита имеют тонкую игольчатую и радиально-кластерную структуру с температурой плавления около 1910°C. Этот тип минерала относительно редок и в основном синтезируется искусственно. Муллит — это минерал, образующийся при высоких температурах из алюмосиликата, и он образуется при искусственном нагреве алюмосиликата. Муллит обладает характеристиками высокой термостойкости, высокой прочности, низкой теплопроводности и значительными энергосберегающими эффектами. Среди них его огнеупорность особенно превосходна, и он остается стабильным при 1800°C, а при 1810°C разлагается на корунд и жидкую фазу. Он в основном используется в производстве огнеупорных материалов и широко применяется в таких отраслях, как керамика, металлургия, литье и электроника.
Карбид кремния
Карбид кремния (SiC) производится путем плавления таких сырьевых материалов, как кварцевый песок, нефтяной кокс (или угольный кокс) и древесные опилки (для производства зеленого карбида кремния требуется соль) в электрической печи при высокой температуре. Это тип карбида с высокой твердостью по шкале Мооса, с оценкой 9,5, уступающей только самому твердому в мире алмазу (оценка 10), и обладает отличной теплопроводностью. Это полупроводник, который может сопротивляться окислению при высоких температурах. Среди современных неокисных высокотехнологичных огнеупорных сырьевых материалов, таких как C, N и B, карбид кремния является наиболее широко используемым и экономичным, его можно назвать стальным песком или огнеупорным песком. Обычный промышленно производимый карбид кремния делится на два типа: черный карбид кремния и зеленый карбид кремния, оба из которых являются гексагональными кристаллами с удельным весом 3,20-3,25 и микротвердостью 2840-3320 кг/мм². Карбид кремния обладает характеристиками стабильных химических свойств, высокой теплопроводности, малого коэффициента теплового расширения и хорошей износостойкости. Изготовленный из него передовой огнеупорный материал является термостойким, ударопрочным, малогабаритным, легким и высокопрочным, с хорошим энергосберегающим эффектом.
Кордиерит
Кордиерит, также известный как водный сапфир или дихроит, имеет химическую формулу Mg2Al4Si5O18; он может содержать такие элементы, как Na, K, Ca, Fe, Mn и H2O. Образуется в сланцах, гнейсах и измененных магматических породах, является силикатным минералом, который может быть бесцветным, но обычно имеет светло-голубой или светло-фиолетовый стеклянный блеск. Магниевый кордиерит может быть искусственно синтезирован для использования в качестве огнеупорных материалов. Кордиерит, благодаря своей хорошей огнестойкости и низкому коэффициенту теплового расширения, может использоваться для изготовления таких материалов, как керамика и стекло. В настоящее время он широко используется в качестве сырья для сотоподобных носителей в автомобильных очистителях.
Оксид циркония
Циркониевые керамические материалы широко используются в области конструкционной керамики благодаря своей высокой прочности, высокой изгибной прочности, высокой износостойкости, отличным изоляционным характеристикам и коэффициенту теплового расширения, аналогичному стали. В области функциональной керамики, благодаря их отличной термостойкости, они используются в качестве основных сырьевых материалов для индукционных нагревательных труб, огнеупорных материалов и нагревательных элементов. Кроме того, цирконий широко используется в тепловых барьерных покрытиях, носителях катализаторов, медицине, здравоохранении, огнеупорных материалах, текстиле и других областях.
Корунд
Корунд - это драгоценный камень, образованный кристаллизацией оксида алюминия (Al2O3), с чрезвычайно высоким содержанием алюминия. Корунд, смешанный с металлическим хромом, имеет ярко-красный цвет и обычно называется рубином; синий или бесцветный корунд обычно классифицируется как сапфир. Корунд занимает 9-е место в шкале твердости Мооса. Удельный вес составляет 4,00, с решеточной структурой в виде шестиугольных колонн. Благодаря твердости корунда и его относительно низкой цене по сравнению с алмазами, он стал хорошим материалом для наждачной бумаги и шлифовальных инструментов.
Тенденции развития
- уровень проникновения отечественных сотоподобных керамических материалов на высококачественный рынок увеличится -
Отечественные сотоподобные керамические материалы достигли уровня локализации более 90% в области энергосбережения и очистки низкоуровневых промышленных отходящих газов. Ожидается, что в ближайшие пять лет китайские предприятия по производству сотоподобной керамики будут постоянно преодолевать технические барьеры на высококачественном рынке и, вероятно, увеличат проникновение продукции на высококачественный рынок. Долгое время основная технология и рынок продукции для очистки выхлопных газов автомобилей были монополизированы иностранными гигантами, и Corning в США и NGK в Японии наслаждались периодом высокоскоростного развития автомобильной промышленности. С обновлением шестого национального стандарта Китая, отечественные сотоподобные керамические материалы в Китае войдут в период развития.
Помимо использования в системах очистки выхлопных газов автомобилей, сотоподобные керамические материалы могут также использоваться в таких областях, как прецизионная фильтрация и разделение, снижение шума и изоляция, разделение и очистка газов, а также обезвоживание. Область применения также расширилась от традиционной металлургии, химической инженерии и строительных материалов до многих аспектов, таких как биохимия, электронная инженерия, пищевая и напитковая промышленность, аэрокосмическая промышленность и т.д., с широкими перспективами рыночного применения. С оптимизацией и улучшением новых процессов и материалов, области применения сотоподобных керамических материалов будут еще больше расширяться, значительно подчеркивая их экономическую ценность и социальные выгоды.
