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堇青石匣钵的应用

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堇青石匣钵的应用

发布日期:2021-07-10 作者: 点击:

1陶瓷、耐火材料的应用

堇青石匣钵初用于陶瓷烧制的包装材料即盒。因为堇青石匣钵具有较低的膨胀性,因此与其他材料——粘土制成的匣钵相比,其使用周期较长,被称为堇青石匣钵。其后,将其制成的棚板和支架材料用于隧道窑[4],大大提高了生产周期。

然而,堇青石匣钵也存在一些缺点,即高温加载性能较差,因而为了改善其性能,也出现了堇青石-莫来石、堇青石-硅线石、堇青石-尖晶石等复合材料的复合,以改善其性能。尽管该复合方法可以克服单一堇青石的受力性能差的缺点,但由于缺乏具体的理论支持和工艺和设备等方面的问题,往往达不到理想的效果。

这类材料因其质量轻、热导率低、使用温度相对较高而直接用于火焰表面,从而达到高效节能的效果。还有些用于具有高频率冷、热交换频率高的换热器,例如蒸煮或炸的耐用热锅,煤气炉上的耐热瓷、蜂窝灶等。

2.陶瓷催化剂载体

堇青石匣钵作为载体催化剂[4],主要用于净化汽车尾气。废气净化要求催化剂能充分接触有害气体,以增大反应面积。这就要求催化剂载体既要有足够的强度,又要有很大的表面积。堇青石的晶体结构正是以吸附能力强、热膨胀小为宜,以制备低热膨胀蜂窝载体,可使制品具有孔壁薄、升温快的特点,能使催化剂迅速达到活化温度,起到良好的效果。堇青石晶体结构松散,因此产品的体积也可以做得更小,占用空间小,是今后一段时间内主要使用的汽车催化剂载体。■

此外,还可将堇青石用作酶化载体。在酶化过程中,通常要求反应是连续的。由于堇青石结构的松散特性,使得其表面可以吸附微生物。这种方法不仅可以导致微生物的增殖,而且还可以把微生物固定在载体上,保持活性酶活性在一定的水平上,使生产连续进行。

3.做泡沫陶瓷。

堇青石泡沫陶瓷主要用于汽车燃烧气道中的排气管排出的热量,然后以热辐射的形式将其传到周围的其他热回收装置[4~8]。原因在于:(1)堇青石材料为耐热材料,比金属材料的使用温度高,与金属材料相比,虽然不具有较好的抗热震性能,但其耐腐蚀性能要优于金属材料。(2)堇青石具有良好的热辐射性能。此外,它还能对汽车尾气中的碳黑进行过滤,起到净化环境的作用。经过过滤的炭黑可以定期处理。(3)也可用作多孔吸音材料,用于汽车、汽车、托车的排气消音装置。

堇青石泡沫陶瓷也可用于精密铸造工业。例如精铸铝产品,用来过滤铝液中的杂质,并使铝铸件内部结构均匀,无杂质。

4.用于红外辐射的材料[9]。

在堇青石匣钵的晶体结构中,存在着一圈平行于C轴方向的六方环,其大小足以容纳水分子。过渡元素的氧化物能够固溶于其中并引起晶格畸变,从而使晶格振动的对称性降低。这种结构特征决定了堇青石具有较高的红外辐射率,特别是在红外区(3~6μm)。■

根据近年来国内外对堇青石的研究情况,红外辐射主要应用于:

5.红外辐射导电陶瓷是一种红外辐射导电陶瓷,大部分是以堇青石材料为基料,按比例混合有金属、碳化物、氮化物、高熔点硼化物、半导体材料等制成制品。该产品具有较高的辐射率和较好的导电性,从而极大地改善了红外辐射性能,并克服了传统的红外辐射涂料如SiC板、氧化镁电热板等表面涂敷的缺点,如耐用性差、易脱落、加热效果差。这类电红外辐射元件可用于食品加工、粮食干燥、木材烘干、低温烤漆等工业生产。

6.红外辐射涂料主要用于加热炉内壁。本发明是将紫青石红外陶瓷粉与粘结剂调成糊状涂于炉体内壁,使炉膛内能吸收并辐射热量,使炉温均匀,提高炉体的热效率。

(1)在航空航天方面:堇青石和其他易挥发物质一样,也可作为耐热防护材料涂敷在航天器的回收舱表面,以吸收在返回时由于摩擦而使其表面温度高于1000℃,从而避免航天器在空中烧毁。■

(2)在医疗保健方面的应用:作为人体用的红外辐射陶瓷材料,不仅要求其具有良好的红外辐射性能,还要求其对人体无毒、无刺激,并可连续或不连续地涂敷于织物上。堇青石材料正好符合这一要求。其制作的保健用品能起到对人体保温的作用,促进血管扩张,改善血液流通,细胞活化,增加生物酶的合成,调动人体免疫能力。具有消肿止痛、治疗关节炎、软组织损伤及胃寒等功效。■

为提高堇青石陶瓷材料的红外辐射性能,人们又采用了Fe2O3-堇青石系红外辐射陶瓷材料制备红外纺织品。陶器系统由Fe2O3和堇青石组成,少量玻璃相伴伴有少量的玻璃相,以堇青石为骨架,Fe2O3分散于其周围,玻璃相促进颗粒结合。两者复合,就能得到2.5~2.5微米范围内高辐射率的陶瓷材料,而且由于Fe2O3属于过渡元素氧化物,增强了红外纺织物的抑菌作用,从而更好地起到保暖保健的双重功效。

7.合成堇青石超微粉?

对于堇青石的合成,研究人员一致认为,热膨胀系数小的堇青石在更广阔的理论区域内,生成的堇青石材料的热膨胀系数越接近堇青石,并且成分越接近堇青石,其热膨胀系数越低。然而,随着研究的深入,人们发现,在很大程度上Al2O3—MgO—SiO_2三元系可获得堇青石,但其性能始终存在着这样或那样的不足,特别是堇青石的晶粒完整性和稳定性往往受混合体成分变化的影响。尤其是固相合成法,由于合成温度范围波动大、合成温度区间不一样,使这一现象更为显著、

由于堇青石材料的广泛应用,合成方法也不断增多。在得到堇青石单晶方面,除固相合法外,还出现了玻璃反玻化、助熔剂形成单晶法等,这些方法在获得堇青石单晶方面取得了一定的效果,但不足之处在于不适合大规模生产。随微粉末制备技术的发展,堇青石微粉的制备方法应运而生。

8.溶胶-凝胶法合成堇青石匣钵

溶胶-凝胶法属于湿化学反应法,制备高纯粉体材料******法。其特征是以液体化学试剂(或将粉末溶于溶剂)或溶胶为原料,代替传统的粉末状物体。反应物在液相中均匀地混合和反应,反应生成物为不应有沉淀发生的稳定溶胶系统,放置一定时间后转变成凝胶,其中含有大量液相,需要蒸发除去液体介质,不需要用机械脱水。根据现有文献,可以将堇青石的制备方法分为颗粒胶体工艺和化学(聚合)胶体工艺,前者涉及Al2O3、SiO2颗粒胶体,后者通常是正硅酸乙酯(TEOS)作为硅的初始物质,镁、铝的原料包括无机盐(如硝酸盐、醋酸盐等)、金属有机盐等不同形式。所制得胶凝材料的种类决定了胶凝材料的均匀性和微观结构,从而产生不同的结晶温度和烧结特性。由颗粒悬浮胶体制备的凝胶仅限于微粒尺度,有机醇盐易于制备均匀的金属-氧网络前驱。充分利用金属醇盐作为制备其非晶粉末的原料,是降低堇青石结晶和烧结温度的理想途径。■

溶胶-凝胶法相对于传统固相烧结法有以下优点:(1)产品均匀度高,均匀度可以达到分子或原子尺寸。(2)由于所用原料的纯度高,且溶剂在处理过程中易于将其去除。(3)产品粒级易于控制。(4)合成温度比传统方法降低400~500℃,因为在烧成之前已经部分形成了所需要的生成物,并且溶胶的比表面积很大。结果表明,当反应势垒一定时,所需能量相对较低。

此法的缺点:(1)所用原料大多为有机化合物,成本较高。有的有害健康,应加以保护。(2)加工过程时间较长,一般可达1~2个月。(3)如烧得不够,则产品中残留细孔及OH-或C,C使产品呈黑色。

9.水解-沉淀法合成堇青石匣钵

水解沉淀也是化学湿法的一种。用水解金属醇盐水解缩聚和金属离子沉淀反应得到。与金属阳离子相比,金属醇盐的水解速度要慢得多,因此,需要对金属醇盐进行预水解,水解时间取决于催化剂的种类及加入量。随后,金属无机盐被添加到部分水解金属醇盐溶液中,随着NH3·H2O的加入,溶液的PH值不断增大,沉淀氢氧化物逐渐增加,当pH值不小于6时,迅速滴加NH3·H2O,随着NH3·H2O的加入,溶液中的PH值逐渐增加,当pH值不小于6时,即形成凝胶。经热处理后,可得到所需的粉末。由该方法生成的沉淀氢氧化物颗粒较大,制备的粉体组分均匀性不如溶胶—凝胶法,但工艺简单,原料易得,可制得满足一定要求的粉体。采用该方法制备的粉体,与传统固相反应相比,可将粉体烧成温度更低,组分更均匀。莫来石匣钵

10.结论。

堇青石材料的应用和开发在今后还会有新的发展,其用途将会更加广泛,用量也会增加。建议在进一步研究新的应用领域的同时,研制适合于工业生产堇青石的新型热工设备和生产工艺,克服传统的生产方法带来的缺陷,从而得到高质量的堇青石材料,以满足新的要求。对堇青石与其他材料进行复合研究,还需在理论上进一步深入探讨。

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关键词:堇青石匣钵,莫来石匣钵,耐火材料

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