Les nombreuses applications de l'alumine sphérique
Grâce à sa surface spécifique plus importante et à sa distribution uniforme par rapport aux autres morphologies, la poudre d'alumine sphérique présente des performances supérieures dans les applications pratiques par rapport aux autres formes d'alumine. Elle peut être utilisée non seulement dans les céramiques, les catalyseurs et leurs supports, mais aussi dans divers domaines tels que le meulage, le polissage et les dispositifs électroniques.
Domaine des charges thermoconductrices
Avec l'avènement de l'ère de l'information, les dispositifs électroniques de pointe sont de plus en plus miniaturisés, et la chaleur générée par ces dispositifs augmente de façon exponentielle, ce qui impose des exigences importantes en matière de dissipation thermique. L'alumine étant largement disponible sur le marché, existant sous de nombreuses formes et étant moins chère que d'autres matériaux thermoconducteurs, et pouvant être ajoutée en grande quantité aux matériaux polymères, elle présente un excellent rapport coût-performance. Par conséquent, la plupart des matériaux isolants à haute conductivité thermique utilisent actuellement l'alumine comme charge à haute conductivité thermique.
Domaine des céramiques
L'ajout d'une certaine quantité de poudre d'alumine sphérique lors de la production de céramiques peut modifier considérablement les propriétés de ces dernières. La fragilité des céramiques à basse température affecte grandement leur champ d'application. Les matériaux céramiques additionnés de poudre d'alumine sphérique peuvent être utilisés pour fabriquer des céramiques ductiles à basse température.
Domaine du meulage et du polissage
Comparée à l'alumine granulaire ou en flocons traditionnelle, l'alumine sphérique présente une meilleure dispersibilité et une meilleure fluidité. Les abrasifs en poudre d'alumine sphérique peuvent être répartis uniformément dans le produit poli, évitant ainsi une accumulation anormale de poudre. De plus, la surface lisse des particules empêche de rayer la surface de la pièce, améliorant ainsi la finition de surface.
Domaine des matériaux électroniques et optiques
L'alumine sphérique a un large éventail d'applications dans les domaines électronique et optique. L'utilisation d'alumine sphérique comme substrat et l'ajout d'éléments de terres rares comme activateurs permettent de produire des matériaux luminescents rouges aux performances améliorées. Les particules d'alumine sphérique sont de taille uniforme et uniformément dispersées, présentant de meilleures performances de luminescence par rapport aux autres formes d'alumine, et permettant de mieux déterminer la structure de remplissage du matériau luminescent.
Domaine des catalyseurs et des supports
L'alumine possède un grand nombre de liaisons chimiques insaturées à sa surface et un grand nombre de centres actifs catalytiques, ce qui lui confère une activité chimique élevée. De plus, l'alumine sphérique présente les avantages d'une faible usure des particules, d'une longue durée de vie et d'une grande surface spécifique.
Domaine de l'impression 3D
L'alumine sphérique est l'un des matériaux les plus couramment utilisés pour l'impression 3D en raison de sa haute résistance, de sa sphéricité élevée et de sa résistance aux hautes températures. Revêtements de protection de surface
L'utilisation d'alumine sphérique comme matériau de revêtement par pulvérisation est actuellement l'un des domaines de recherche les plus prometteurs. Ce matériau de revêtement offre non seulement une protection aux matériaux polymères, au verre, aux métaux et aux alliages, mais prolonge également la durée de vie des produits en acier inoxydable, tels que les ustensiles de cuisine.
À tous égards, l'alumine fine est devenue l'un des nouveaux matériaux dont le développement est prioritaire pour notre pays. Grâce à ses applications étendues dans les secteurs traditionnels et à sa pénétration rapide dans les industries émergentes telles que les véhicules électriques et la production d'énergie photovoltaïque, la demande ne cesse de croître et l'industrie de l'alumine fine bénéficie de perspectives de marché prometteuses.
Cinq applications typiques de la poudre de talc
Lorsque les multiples propriétés exceptionnelles du talc sont exploitées dans les revêtements, il peut améliorer considérablement les performances des matériaux tout en réduisant substantiellement les coûts de production, ce qui conduit à une amélioration globale de la qualité des revêtements. Par conséquent, le talc est largement utilisé dans diverses formulations de revêtements.
Revêtements architecturaux
Lorsqu'il est utilisé dans les revêtements architecturaux, le talc offre d'excellentes propriétés d'application au pinceau, de rétention de brillance et d'étalement. Parallèlement, les propriétés de séchage, l'adhérence, la dureté et la résistance à la corrosion du revêtement sont considérablement améliorées. Il améliore le pouvoir couvrant à sec et humide, l'effet matifiant, la résistance à la fissuration et la résistance au frottement du revêtement, et peut considérablement améliorer le pouvoir colorant du dioxyde de titane, réduisant ainsi les coûts de production. Dans la fabrication des revêtements architecturaux, le talc est un composant indispensable.
Revêtements industriels
La poudre de talc est largement utilisée comme charge fonctionnelle dans divers revêtements industriels, en particulier dans les apprêts pour pièces. Grâce à ses bonnes propriétés de ponçage et de résistance à l'eau, la poudre de talc peut remplacer totalement ou partiellement les charges d'apprêt. Appliquée aux revêtements de structures en acier, la poudre de talc améliore efficacement les propriétés de sédimentation du revêtement, les propriétés mécaniques du film et la possibilité de repeindre. De nombreux produits, tels que les apprêts à séchage rapide et les revêtements pour véhicules de transport, privilégient l'utilisation de la poudre de talc.
Revêtements pour bois
Le talc trouve également sa place dans les revêtements pour bois (meubles).
L'application de la poudre de talc dans les revêtements pour bois concerne principalement les apprêts transparents et les couches de finition de couleur unie. La faible dureté de la poudre de talc confère au film de peinture une bonne ponçabilité, permettant de remplacer partiellement les agents de ponçage coûteux à base de stéarate de zinc. L'indice de réfraction du talc est similaire à celui des liants résineux, ce qui confère au revêtement une grande transparence. Cette caractéristique permet de bien mettre en valeur la texture naturelle du support et, lorsqu'il est utilisé dans les couches de finition mates, il peut remplacer partiellement les agents matifiants coûteux.
Lorsqu'il est utilisé dans les revêtements pour bois, le talc permet de maximiser le charme des meubles en bois tout en répondant aux attentes des consommateurs en matière de style de vie et en réduisant les coûts.
Revêtements anticorrosion
Le talc est également fréquemment utilisé dans le domaine des revêtements anticorrosion. Sa structure lamellaire naturellement stable augmente la viscosité de la peinture et offre un effet de protection au film de peinture. Tout en empêchant efficacement la pénétration de milieux corrosifs tels que les acides, les alcalis et les sels, le talc entrave également la pénétration de l'apprêt sur les substrats poreux, améliorant ainsi l'étanchéité et la ponçabilité de l'apprêt. Ces caractéristiques améliorent considérablement les performances anticorrosion du film de peinture. Dans le domaine des revêtements anticorrosion, le talc est un partenaire solide et fiable, digne de confiance.
Revêtements imperméables
Utilisé comme charge dans les revêtements imperméables, le talc en poudre réduit non seulement le retrait volumique pendant le durcissement du revêtement, améliore sa résistance à l'usure et son adhérence, et réduit les coûts, mais confère également au revêtement une bonne stabilité au stockage et une bonne résistance à la chaleur.
Plus important encore, le talc en poudre a un effet bénéfique sur l'allongement élastique et la résistance à la traction des revêtements imperméables : dans une certaine plage de concentration, l'augmentation de la quantité de talc en poudre entraîne une augmentation de l'allongement élastique et de la résistance à la traction du revêtement imperméable. Cela garantit une protection maximale de l'objet revêtu.
L'application du talc dans les revêtements pour le bâtiment, les revêtements industriels, les revêtements pour le bois, les revêtements anticorrosion et les revêtements imperméables ne représente qu'une petite partie de ses nombreux domaines d'application. Minéral non métallique non renouvelable et peu coûteux, le talc est également largement utilisé dans les cosmétiques, l'alimentation, la médecine, le caoutchouc, la céramique, les textiles, l'impression et la teinture, ainsi que l'industrie électronique. Il est certain que dans un avenir proche, grâce à des recherches plus poussées, notre compréhension du talc s'approfondira et ce minéral brillera de mille feux dans des domaines encore plus vastes.
Comment le sulfate de baryum contribue-t-il à la création de matériaux de revêtement de haute qualité ?
Le sulfate de baryum est particulièrement apprécié pour son exceptionnelle capacité de remplissage. Cela signifie qu'il permet d'optimiser efficacement les coûts de formulation tout en maintenant les performances du film de peinture, et qu'il est largement utilisé dans divers domaines, des revêtements industriels aux peintures décoratives.
Plus important encore, grâce à sa petite taille de particules, sa distribution uniforme, sa grande surface spécifique et son excellente fluidité, le sulfate de baryum présente une très faible abrasivité lors de sa mise en œuvre. Cette caractéristique se traduit directement par une meilleure efficacité de production : elle réduit considérablement l'usure des équipements de mélange, de pompage et de pulvérisation, prolongeant ainsi leur durée de vie et rendant le processus de production plus fluide et plus économique.
Cet avantage est pleinement démontré dans l'application des couches de primaire automatiques. Même avec des taux de remplissage élevés, le sulfate de baryum assure une excellente stabilité et des propriétés d'étalement optimales de la peinture, garantissant une uniformité et une fluidité exceptionnelles. Il offre ainsi une base parfaite pour l'application des couches de finition, ce qui est essentiel pour un revêtement automatisé, efficace et de haute qualité.
Le sulfate de baryum est bien plus qu'une simple charge. C'est un additif multifonctionnel qui combine une capacité de remplissage élevée, une faible abrasivité et d'excellentes propriétés d'étalement. Le choisir, c'est opter pour un « gage de qualité » fiable pour vos revêtements, améliorant les performances du produit tout en garantissant une production efficace.
Applications des matériaux céramiques avancés
Applications dans les aéronefs à grande vitesse
Les aéronefs à grande vitesse sont des équipements stratégiques que les grandes puissances militaires s'efforcent de développer. Leur vol supersonique et leurs structures profilées entraînent de sérieux problèmes d'échauffement aérodynamique. L'environnement thermique typique des aéronefs à grande vitesse implique des températures élevées et des contraintes thermo-mécaniques complexes et sévères. Les alliages haute température existants ne répondent plus aux exigences, ce qui a conduit à l'émergence des composites à matrice céramique. En particulier, les matériaux composites céramiques SiCf/SiC sont largement utilisés dans les composants structurels chauds tels que les aubes de turbine, les aubes directrices de tuyère et les anneaux extérieurs de turbine des moteurs d'avion. La densité de ces matériaux composites est environ quatre fois inférieure à celle des alliages haute température, ce qui permet une réduction de poids significative. De plus, ils peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à 1400 °C, simplifiant considérablement la conception des systèmes de refroidissement et augmentant la poussée.
Applications dans les blindages légers
Les blindages composites légers sont essentiels pour assurer la survie des équipements modernes. Le développement des fibres céramiques et des composites à matrice céramique renforcés par des fibres est fondamental pour l'application des blindages composites légers. Actuellement, les principaux matériaux céramiques de protection utilisés comprennent le B4C, l'Al2O3, le SiC et le Si3N4. Les céramiques de carbure de silicium, grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques et à leur rentabilité, sont devenues l'un des matériaux céramiques pare-balles les plus prometteurs. Leurs diverses applications dans différents domaines de protection, notamment les équipements individuels des soldats, les véhicules blindés de l'armée, les hélicoptères armés, les véhicules spéciaux de police et civils, leur confèrent de vastes perspectives d'application. Comparées aux céramiques Al2O3, les céramiques SiC ont une densité plus faible, ce qui est bénéfique pour améliorer la mobilité des équipements.
Applications dans les armes légères
Les armes légères, en tant que composant important de l'armement, comprennent généralement les pistolets, les fusils, les mitrailleuses, les lance-grenades et les équipements individuels spéciaux (lance-roquettes individuels, missiles individuels, etc.). Leur fonction principale est de projeter des projectiles vers la zone cible afin de neutraliser ou de détruire les cibles ennemies. Les conditions d'utilisation des armes légères comprennent les hautes températures, les basses températures, la haute altitude, la chaleur humide, la poussière, la pluie, la combinaison poussière-pluie, le brouillard salin et l'immersion dans l'eau des rivières. La résistance à la corrosion est cruciale. Actuellement, les principaux procédés anticorrosion pour les armes légères comprennent le brunissage, l'anodisation dure, la technologie de pénétration contrôlée par ions, les revêtements de carbone amorphe et la nitruration plasma. En particulier pour les armes et équipements utilisés en milieu marin, l'exigence de résistance à la corrosion en atmosphère saline pendant plus de 500 heures représente un défi majeur pour les traitements de revêtement traditionnels.
Applications dans les canons d'armes à feu
Le canon est un composant essentiel des armes à projectile. Sa structure interne comprend la chambre, le cône de forcement et les rayures, la chambre et les rayures étant reliées par le cône de forcement. Les canons traditionnels sont généralement fabriqués en acier allié à haute résistance. Lors du tir, l'intérieur du canon est soumis aux effets combinés des gaz propulseurs et des projectiles, ce qui entraîne des fissures et un décollement du revêtement sur la paroi interne. Les dommages subis par l'âme du canon résultent de l'action répétée des gaz propulseurs et des projectiles, à haute température, haute pression et haute vitesse, sur la paroi du canon. Le cône de forcement et la bouche du canon sont généralement les premières parties à se détériorer.
Pour améliorer la durée de vie des canons, le chromage de l'âme est la méthode la plus courante, mais la température de résistance à l'oxydation de la couche de chrome ne dépasse pas 500 °C. Avec l'augmentation continue de la pression dans la chambre lors du tir et l'accroissement exponentiel des exigences en matière de durée de vie des canons, la pression et la température supportées par le canon augmentent également. L'utilisation de la dureté, de la résistance et de l'inertie chimique à haute température des céramiques permet de réduire efficacement l'érosion du canon et de prolonger sa durée de vie.
Applications dans les munitions
Les principaux composants des munitions sont l'ogive et la fusée. Composant le plus directement responsable des dommages, l'ogive se compose principalement de l'enveloppe, des éléments de fragmentation, de la charge explosive et de la fusée. L'amélioration continue de la létalité de l'ogive a toujours été un objectif majeur du développement des armes. En particulier pour les grenades à fragmentation, les fragments produits par l'explosion de l'ogive sont les éléments létaux, et la technologie de fragmentation efficace a toujours constitué un défi de recherche dans ce domaine.
Quatre principaux domaines d'application des céramiques de nitrure de silicium
Domaine mécanique
Les céramiques de nitrure de silicium sont principalement utilisées comme vannes, tuyaux, roues de classification et outils de coupe en céramique dans l'industrie mécanique. L'application la plus répandue est celle des billes de roulement en céramique de nitrure de silicium. Ces céramiques sont largement reconnues comme le meilleur matériau pour les roulements, et les billes de roulement en céramique de nitrure de silicium, éléments essentiels des roulements, sont de véritables « héros méconnus » qui contribuent aux performances des équipements. Ces petites billes de céramique, dont le diamètre varie de quelques millimètres à plusieurs dizaines de millimètres, peuvent paraître insignifiantes, mais grâce à leurs propriétés de légèreté, de dureté, de stabilité et d'isolation, elles jouent un rôle clé dans les véhicules à énergie nouvelle, les patins à roulettes, les fraises dentaires et même les vélos haut de gamme.
Domaine aérospatial
Les matériaux céramiques de nitrure de silicium présentent des avantages tels qu'une résistance élevée, une résistance aux hautes températures et une bonne stabilité chimique, ce qui leur permet de répondre aux exigences strictes des matériaux dans le domaine aérospatial. Les céramiques de nitrure de silicium ont deux applications classiques dans ce domaine : premièrement, le nitrure de silicium est considéré comme l'un des rares matériaux céramiques monolithiques capables de résister aux chocs thermiques et aux gradients de température importants générés par les moteurs de fusée à hydrogène/oxygène, et est utilisé dans les tuyères de moteurs de fusée ; deuxièmement, les excellentes propriétés des céramiques de nitrure de silicium et de leurs composites, telles que la résistance à la chaleur, la transmission des ondes et la capacité portante, en font l'un des matériaux de transmission d'ondes haute performance de nouvelle génération actuellement en cours de recherche.
Domaine des semi-conducteurs
Avec la miniaturisation et l'amélioration des performances des dispositifs électroniques, l'encapsulation des semi-conducteurs exige des matériaux de dissipation thermique toujours plus performants. Les céramiques de nitrure de silicium présentent une conductivité thermique allant jusqu'à 90-120 W/(m·K) et une excellente compatibilité avec le coefficient de dilatation thermique des cristaux de substrat SiC des semi-conducteurs de troisième génération, ce qui en fait le matériau de prédilection pour les substrats d'encapsulation des dispositifs de puissance SiC. À l'échelle internationale, des entreprises japonaises telles que Toshiba et Kyocera dominent le marché, tandis que des entreprises chinoises comme Sinoma Advanced Materials ont réalisé des percées technologiques.
Outre leur rôle de matériau d'encapsulation clé, les céramiques de nitrure de silicium présentent de vastes perspectives d'application dans les équipements de fabrication de semi-conducteurs. Dans le processus de traitement des plaquettes, les céramiques de nitrure de silicium peuvent être utilisées pour fabriquer des éléments chauffants résistants aux hautes températures et aux chocs thermiques, répondant ainsi aux conditions de fonctionnement rigoureuses d'équipements tels que les fours CVD (dépôt chimique en phase vapeur) et les fours de diffusion. Domaine biomédical
En tant que biomatériau céramique émergent, le nitrure de silicium présente un grand potentiel d'application dans les implants médicaux grâce à ses excellentes propriétés mécaniques et sa biocompatibilité. Plus précisément, le nitrure de silicium a été utilisé comme biomatériau orthopédique et appliqué avec succès dans les composants porteurs des prothèses de hanche et de genou afin d'améliorer leur résistance à l'usure et de prolonger leur durée de vie. De plus, les matériaux à base de nitrure de silicium ont été utilisés pour favoriser la fusion osseuse en chirurgie rachidienne. Les céramiques de nitrure de silicium font preuve d'une excellente stabilité et fiabilité dans le domaine médical. Le nitrure de silicium présente également une forte adhérence cellulaire et une ostéoconductivité, offrant ainsi une base biologique importante pour son application en réparation osseuse. Cependant, la fragilité inhérente des céramiques de nitrure de silicium reste un défi majeur pour leur utilisation en ingénierie de réparation osseuse. Par ailleurs, les matériaux à base de nitrure de silicium sont difficiles à dégrader in vivo, ce qui entrave la croissance de nouveau tissu osseux au niveau du site de réparation et son remplacement complet du matériau de réparation initial, limitant ainsi l'étendue de ses applications cliniques.
Pourquoi l'hydroxyde d'aluminium est-il si efficace pour traiter les problèmes d'estomac ?
L'oxyde d'aluminium, également connu sous le nom d'alumine, de formule chimique Al2O3, est le deuxième oxyde le plus abondant dans la croûte terrestre après le dioxyde de silicium et se trouve largement dans des minéraux tels que le feldspath et le mica. Industriellement, il est souvent raffiné à partir de matières premières minérales naturelles – la bauxite – pour obtenir de l'alumine.
Au sens large, l'oxyde d'aluminium est un terme général désignant les oxydes et les hydroxydes d'aluminium, une classe de composés composés d'aluminium, d'oxygène et d'hydrogène. En raison de ses multiples formes et propriétés, l'oxyde d'aluminium peut être divisé en oxyde d'aluminium hydraté et anhydre.
Les oxydes d'aluminium hydratés courants comprennent l'hydroxyde d'aluminium industriel, la gibbsite, la boehmite, la pseudoboehmite, le diaspore, le corindon et la tohdite. Parmi ceux-ci, l'hydroxyde d'aluminium industriel, la gibbsite et la boehmite sont des oxydes d'aluminium trihydratés, le diaspore et le corindon sont des oxydes d'aluminium monohydratés, et la pseudoboehmite et la tohdite sont des oxydes d'aluminium polyhydratés.
Au sens large, l'hydroxyde d'aluminium est un terme général désignant l'oxyde d'aluminium monohydraté (méta-hydroxyde d'aluminium) et l'oxyde d'aluminium trihydraté (ortho-hydroxyde d'aluminium). L'oxyde d'aluminium hydraté n'est pas un véritable hydrate d'oxyde d'aluminium, mais met plutôt l'accent sur une structure cristalline d'hydroxyde d'aluminium, où les ions aluminium et hydroxyde sont liés par des liaisons ioniques, et tous les ions hydroxyde sont équivalents. L'hydroxyde d'aluminium est généralement une poudre blanche, inodore, non toxique, peu coûteuse et largement utilisée. L'hydroxyde d'aluminium est surtout connu pour son utilisation comme ignifuge ajouté aux matériaux à matrice polymère, où il présente d'excellentes propriétés ignifuges.
Avez-vous remarqué que, dans la vie de tous les jours, l'hydroxyde d'aluminium est souvent utilisé pour fabriquer des médicaments pour l'estomac ? Il a des effets antiacides, adsorbants, hémostatiques locaux et protecteurs des ulcères. Le gel d'hydroxyde d'aluminium peut être utilisé pour neutraliser l'acide gastrique et a un effet thérapeutique sur certaines maladies gastriques courantes.
Le principe est simple : l'hydroxyde d'aluminium est un oxyde amphotère typique ; il peut réagir avec les acides et les bases. Par conséquent, l'hydroxyde d'aluminium peut neutraliser ou tamponner l'acide gastrique. Lorsque l'hydroxyde d'aluminium réagit avec l'acide gastrique, le chlorure d'aluminium résultant a un effet astringent, ce qui peut assurer une hémostase locale, mais peut également provoquer de la constipation comme effet secondaire. L'hydroxyde d'aluminium, lorsqu'il est mélangé au suc gastrique, forme un gel qui recouvre la surface des ulcères, créant un film protecteur. Ce film protège la muqueuse gastrique des irritations et des lésions causées par l'acide gastrique, la pepsine et d'autres substances nocives, favorisant ainsi la réparation et la cicatrisation de la muqueuse gastrique et contribuant au traitement des gastrites, des ulcères gastriques et d'autres affections connexes.
Deuxièmement, les ions aluminium se lient aux phosphates dans l'intestin pour former du phosphate d'aluminium insoluble, qui est ensuite éliminé dans les selles. Par conséquent, chez les patients atteints d'urémie, l'ingestion de grandes quantités d'hydroxyde d'aluminium peut réduire l'absorption des phosphates intestinaux, atténuant ainsi l'acidose.
De plus, l'hydroxyde d'aluminium à l'échelle nanométrique peut être utilisé comme vecteur de médicaments pour encapsuler des médicaments ou des antigènes, améliorant ainsi la stabilité et le ciblage des médicaments. Par ailleurs, l'hydroxyde d'aluminium est souvent utilisé comme excipient pharmaceutique dans la fabrication de médicaments oraux et de vaccins, garantissant leur stabilité et leur sécurité.
Hydroxyde d'aluminium : pourquoi ne peut-on pas l'utiliser directement ?
Les hydroxydes amphotères inorganiques, comme l'hydroxyde d'aluminium (Al(OH)₃, ATH), possèdent d'excellentes propriétés ignifuges, anti-fumée et de remplissage. Lors de sa décomposition thermique, il ne produit ni gaz toxiques ni corrosifs et peut être utilisé comme charge ignifuge dans les matériaux organiques polymères. Actuellement, l'utilisation de l'ATH comme ignifugeant est en constante augmentation et il est devenu l'ignifuge inorganique le plus important au monde.
Modification préalable, puis ignifugeage
Généralement, les fabricants incorporent de l'hydroxyde d'aluminium (ATH) en poudre dans les matériaux inflammables ou appliquent un revêtement ignifuge contenant de l'ATH à leur surface afin d'améliorer les propriétés ignifuges des matériaux organiques polymères.
De plus, la présence de trois groupes hydroxyle (-OH) confère à l'ATH une surface asymétrique et fortement polaire. Les groupes hydroxyle de surface présentent des propriétés hydrophiles et oléophobes, ce qui les rend sujets à l'agglomération lorsqu'ils sont ajoutés à des matériaux organiques polymères, affectant directement les propriétés mécaniques du matériau.
Par conséquent, l'hydroxyde d'aluminium doit subir une modification de surface avant utilisation.
Modification de surface de l'hydroxyde d'aluminium
La modification de surface est une technologie clé pour optimiser les propriétés des poudres inorganiques. Elle joue un rôle crucial dans l'amélioration de leurs performances et de leur valeur ajoutée. La modification de surface des particules inorganiques consiste en l'adsorption ou l'encapsulation d'une ou plusieurs substances à leur surface, formant ainsi une structure composite cœur-coquille. Ce procédé est essentiellement un procédé composite impliquant différentes substances.
Types et caractéristiques des modificateurs
Il existe de nombreux types de modificateurs de surface pour poudres, mais aucune méthode de classification standard n'est établie. Les modificateurs utilisés pour la modification des poudres inorganiques se divisent principalement en deux catégories : les tensioactifs et les agents de couplage.
(1) Agents de couplage
Les agents de couplage conviennent à divers systèmes de matériaux composites constitués de polymères organiques et de charges inorganiques. Après modification de surface par des agents de couplage, la compatibilité et la dispersibilité du matériau inorganique avec le polymère sont améliorées. La surface du matériau inorganique passe d'hydrophile et oléophobe à oléophile et hydrophobe, augmentant ainsi son affinité avec le polymère organique.
Les agents de couplage sont divers et peuvent être classés en quatre grandes catégories selon leur structure et leur composition chimiques : les complexes organiques, les silanes, les titanates et les aluminates.
(2) Tensioactifs
Les tensioactifs sont des substances qui, utilisées en très faible quantité, peuvent modifier significativement les propriétés de surface ou interfaciales d'un matériau. Ils comprennent des tensioactifs anioniques, cationiques et non ioniques, tels que les acides gras supérieurs et leurs sels, les alcools, les amines et les esters. Leur structure moléculaire est caractérisée par une longue chaîne alkyle à une extrémité, similaire à celle des polymères, et des groupements polaires tels que des groupements carboxyle, éther et amino à l'autre extrémité.
Comment déterminer l'effet de la modification ?
L'hydroxyde d'aluminium modifié est-il fiable ? Dans quelle mesure ? Cela nécessite d'évaluer et de caractériser l'effet de la modification.
Actuellement, l'effet ignifuge des retardateurs de flamme à base d'hydroxyde d'aluminium peut être évalué par des méthodes directes, telles que la mesure de l'indice d'oxygène, des indices d'inflammabilité verticale et horizontale, de la production de fumée, l'analyse thermogravimétrique et l'étude des propriétés mécaniques lors de la combustion ; ou indirectement, en mesurant l'absorbance de la poudre, l'indice d'activation et le coefficient d'absorption d'huile afin d'évaluer indirectement l'effet de la modification.
(1) Absorbance
L'hydroxyde d'aluminium non modifié présente des groupements hydroxyle hydrophiles et oléophobes en surface, ce qui lui permet de se dissoudre dans l'eau ou de se déposer librement au fond. Après modification, la surface de l'hydroxyde d'aluminium devient hydrophile et oléophobe, avec des propriétés de surface totalement opposées à celles de la forme non modifiée. Il ne peut ni se dissoudre ni se déposer au fond et flotte uniquement en surface. Cependant, l'ATH modifié se dissout ou précipite bien dans les huiles (comme la paraffine liquide).
(2) Indice d'activation
L'ATH non modifié présente une polarité très forte due à la nature de ses groupes hydroxyle de surface (-OH), ce qui lui permet de se dissoudre ou de se déposer librement dans l'eau aux propriétés similaires. Après modification, l'ATH possède une couche de groupes lipophiles fixée à sa surface, encapsulant ainsi les groupes hydroxyle de surface (-OH). Plus l'effet de la modification est important, plus le taux de couverture de la surface de l'ATH par les groupes lipophiles est élevé, et plus l'ATH modifié flotte à la surface de l'eau.
(3) Capacité d'absorption d'huile
La mesure de la capacité d'absorption d'huile nécessite l'ajout d'huile de ricin à l'ATH et l'agitation. Avant modification, l'ATH, en raison de ses propriétés hydrophiles et oléophobes, requiert une plus grande quantité d'huile de ricin pour former des sphères. Après modification de surface, il devient hydrophile et oléophobe, améliorant la dispersibilité de l'ATH dans le polymère et réduisant les vides formés par l'agglomération de la poudre.
Comprendre les matériaux ultra-résistants — NdFeB
Le frittage du NdFeB, procédé de fabrication le plus ancien et le plus universellement applicable, a impulsé le développement rapide des matériaux magnétiques permanents à base de terres rares. Grâce à sa forte anisotropie magnétique et au faible coût de ses matières premières, le NdFeB fritté est devenu un axe de recherche majeur pour de nombreux pays. La fabrication des aimants permanents en NdFeB fritté repose sur la métallurgie des poudres. L'alliage fondu est réduit en poudre puis pressé sous champ magnétique. Le comprimé obtenu est ensuite fritté sous gaz inerte ou sous vide pour obtenir sa densification. Un traitement thermique de vieillissement est généralement nécessaire pour améliorer la coercivité de l'aimant. Le processus se déroule comme suit : préparation des matières premières → fusion → préparation de la poudre → pressage → frittage et revenu → contrôle magnétique → meulage → usinage → galvanoplastie → produit fini.
Contrairement au NdFeB fritté, les particules de poudre individuelles des aimants agglomérés doivent présenter une coercivité suffisamment élevée. Si la structure multiphasée et la microstructure requises pour une coercivité élevée sont fortement altérées lors de la préparation de la poudre, il devient impossible de produire des aimants agglomérés de bonne qualité. C'est pourquoi, grâce à la méthode de trempe rapide par filage à l'état fondu de la poudre magnétique, l'alliage fondu est d'abord coulé ou pulvérisé sur une roue en cuivre refroidie à l'eau et tournant à grande vitesse afin de former une fine bande de 100 µm d'épaisseur.
La fabrication d'aimants pressés/déformés à chaud nécessite l'utilisation de poudre magnétique Nd-Fe-B trempée rapidement, plutôt que d'alliages coulés directement. En recourant à une sur-trempe (refroidissement rapide), on obtient des grains plus fins, voire une poudre magnétique amorphe. Lors du pressage et de la déformation à chaud, les grains sont chauffés et croissent jusqu'à une taille proche de celle d'un domaine magnétique unique, ce qui permet d'obtenir une coercivité élevée dans l'aimant final. Le procédé de pressage à chaud consiste à placer la poudre magnétique dans un moule et à appliquer une pression à haute température pour la transformer en un aimant isotrope et dense.
Application
Moteurs à aimants permanents
Dans les moteurs à aimants permanents, l'utilisation d'aimants permanents pour l'excitation permet non seulement de réduire la consommation d'énergie et d'économiser de l'énergie, mais aussi d'améliorer les performances du moteur.
Machines magnétiques
Les machines magnétiques fonctionnent grâce à la force de répulsion entre pôles identiques ou à la force d'attraction entre pôles différents des aimants. Ceci requiert des aimants permanents à forte rémanence et à forte coercivité intrinsèque. De plus, grâce au principe d'attraction entre pôles différents, les entraînements magnétiques peuvent être conçus avec une transmission sans contact, offrant des avantages tels que l'absence de frottement et de bruit. Par conséquent, les aimants Nd-Fe-B haute performance sont largement utilisés dans les composants d'entraînement des machines minières, les paliers magnétiques des gyroscopes et des turbines des satellites et des engins spatiaux, ainsi que les paliers de rotor des pompes centrifuges d'assistance cardiaque dans les équipements médicaux.
Aérospatiale
Les matériaux magnétiques permanents à base de terres rares sont indispensables aux lancements de fusées, au positionnement des satellites et aux technologies de communication. Le NdFeB fritté haute performance est particulièrement utile dans les systèmes d'émission/réception micro-ondes pour radar. L'effet combiné d'un champ magnétique constant et d'un champ magnétique micro-ondes alternatif induit une résonance ferromagnétique, permettant la fabrication de circulateurs, d'isolateurs, etc., pour les micro-ondes. Électronique grand public
L'électronique grand public (3C) a toujours représenté un important débouché pour le NdFeB fritté. Ce dernier possède des caractéristiques telles qu'un produit énergétique magnétique élevé, en phase avec les tendances à la miniaturisation, à l'allègement et à l'amincissement des produits électroniques grand public. Il est largement utilisé dans des composants électroniques tels que les modules de commande de tension (VCM), les moteurs linéaires de téléphones portables, les appareils photo, les casques audio, les haut-parleurs et les moteurs d'entraînement de broches.
Recyclage des déchets de néodyme, fer et bore : une mine d’or à ne pas manquer
Les aimants permanents au néodyme-fer-bore (NdFeB) sont largement utilisés dans la production d'énergie éolienne, les véhicules à énergies nouvelles et les produits électroniques grâce à leurs excellentes propriétés magnétiques, ce qui leur vaut le surnom de « roi des aimants ». Cependant, le taux de rebut lors de la production d'aimants NdFeB atteint 30 %, et, combiné à leur durée de vie limitée, il en résulte une quantité importante de déchets NdFeB.
Ces déchets contiennent jusqu'à 30 % de terres rares, une teneur bien supérieure à celle des minerais de terres rares primaires, ce qui en fait une ressource secondaire très précieuse. La récupération efficace des terres rares contenues dans les déchets NdFeB est essentielle pour garantir la sécurité d'approvisionnement en terres rares, réduire la pollution environnementale et promouvoir le développement durable.
Caractéristiques et sources des déchets NdFeB
Les déchets NdFeB proviennent principalement des rebuts, des produits défectueux et des produits électroniques mis au rebut contenant des aimants, issus du processus de fabrication de ces derniers. Leur composition chimique est complexe ; Outre les principaux éléments de terres rares Nd et Pr, des éléments tels que Dy et Tb sont souvent ajoutés pour améliorer la coercivité, et des éléments tels que Co, Al et Cu pour améliorer les performances globales. Selon leur teneur en terres rares (TR), les déchets NdFeB peuvent être classés en trois catégories : faiblement riches en terres rares (TR < 20 %), moyennement riches en terres rares (20 %–30 %) et fortement riches en terres rares (TR > 30 %).
Actuellement, les procédés de recyclage des déchets NdFeB se divisent principalement en trois catégories : pyrométallurgie, hydrométallurgie et nouvelles technologies de recyclage.
(I) Procédés de recyclage pyrométallurgique
Le recyclage pyrométallurgique sépare les terres rares du fer par des réactions à haute température. Les principales méthodes comprennent l’oxydation sélective, la séparation par chloration, l’alliage liquide et la séparation par fusion laitier-métal.
L’oxydation sélective repose sur le fait que les terres rares ont une affinité pour l’oxygène beaucoup plus élevée que le fer. À haute température, les terres rares s'oxydent sélectivement pour former des oxydes, qui sont ensuite séparés du fer métallique. Nakamoto et al. ont préparé avec succès des oxydes de terres rares mixtes d'une pureté supérieure à 95 % et d'un taux de récupération supérieur à 99 % en contrôlant précisément la pression partielle d'oxygène.
La séparation par chloration exploite la forte affinité entre les terres rares et le chlore. Des agents chlorants tels que NH₄Cl, FeCl₂ ou MgCl₂ sont utilisés pour convertir les terres rares en chlorures avant la séparation. Uda a utilisé FeCl₂ comme agent chlorant, avec une température de réaction de 800 °C, obtenant un taux de récupération des terres rares de 95,9 % et une pureté du produit supérieure à 99 %.
La méthode d'alliage liquide exploite la différence d'affinité entre les terres rares et le fer pour les autres métaux afin d'obtenir un enrichissement et une séparation efficaces des terres rares et du fer. L'élément de terre rare Nd peut former divers alliages à bas point de fusion avec Ag, Mg, etc.
La méthode de séparation scories-métal repose sur la propriété des terres rares présentes dans les déchets NdFeB de se combiner plus facilement avec l'oxygène. Tous les métaux contenus dans ces déchets sont convertis en oxydes métalliques. Simultanément, sous l'effet de la haute température d'un agent de scories, les oxydes de fer sont transformés en fer métallique (Fe) par un contrôle précis des conditions réductrices.
(II) Procédé de récupération par voie humide
La récupération par voie humide est actuellement la méthode la plus répandue. Elle comprend principalement la dissolution totale, la dissolution préférentielle à l'acide chlorhydrique, la précipitation par double sel et l'extraction par solvant.
(III) Nouveaux procédés de recyclage
Les nouvelles technologies de recyclage visent à résoudre les problèmes de forte consommation d'énergie et de pollution associés aux méthodes traditionnelles, telles que l'explosion à l'hydrogène, la biolixiviation et les procédés électrochimiques.
Comparaison des différents procédés de recyclage et de leur impact environnemental
Les procédés pyrométallurgiques présentent des débits courts et des capacités de traitement importantes, mais une forte consommation d'énergie et une difficulté à séparer les éléments de terres rares. Les procédés hydrométallurgiques offrent des taux de récupération et une pureté des produits élevés, mais consomment beaucoup d'acide et engendrent des coûts de traitement des eaux usées importants. Les procédés plus récents, tels que la biolixiviation et les méthodes électrochimiques, sont respectueux de l'environnement, mais restent principalement au stade expérimental et n'ont pas encore été appliqués à grande échelle.
En termes d'impact environnemental, les procédés de recyclage traditionnels utilisent souvent des acides et des bases forts, ainsi que des températures élevées, générant d'importantes quantités de déchets liquides et gazeux et aggravant la pollution. Il est donc crucial de développer des procédés de recyclage écologiques et à faible consommation.
Le recyclage des déchets de NdFeB est essentiel pour pallier la pénurie de terres rares et réduire la pollution environnementale. Grâce à l'innovation technologique et à des orientations politiques claires, l'industrie du recyclage du NdFeB évoluera vers des procédés plus écologiques, moins coûteux, plus courts et à taux de récupération élevés, insufflant ainsi une nouvelle dynamique au développement durable.
Application et développement des matériaux en poudre inorganiques dans l'industrie du caoutchouc
Le caoutchouc est largement utilisé dans les transports, la mécanique, l'électronique, la défense et d'autres secteurs de l'économie nationale. Cependant, il présente également des inconvénients majeurs, tels que de faibles forces intermoléculaires, un volume libre important et une faible capacité d'autocristallisation, ce qui se traduit par une faible résistance, un faible module d'élasticité et une faible résistance à l'usure. Par conséquent, l'ajout de charges inorganiques non métalliques est nécessaire pour répondre aux exigences de ces applications.
De manière générale, les charges inorganiques non métalliques dans le caoutchouc remplissent principalement les fonctions suivantes : renforcement, remplissage (augmentation du volume) et réduction des coûts, amélioration des performances de transformation, régulation des caractéristiques de vulcanisation et confération de propriétés spécifiques.
Charges minérales inorganiques non métalliques couramment utilisées dans le caoutchouc
(1) Silice
La silice est actuellement le deuxième agent de renforcement le plus utilisé dans l'industrie du caoutchouc après le noir de carbone. Sa formule chimique est SiO₂·nH₂O. Sa structure particulaire est très poreuse. Lorsque ces vides ont une taille comprise entre 2 et 60 nm, ils se combinent facilement avec d'autres polymères, ce qui explique principalement l'utilisation de la silice comme agent de renforcement. En tant qu'agent de renforcement, la silice améliore considérablement la résistance à l'usure et à la déchirure des matériaux. Elle améliore également de manière significative les propriétés mécaniques des pneumatiques et est largement utilisée dans les véhicules, l'instrumentation, l'aérospatiale et d'autres domaines.
(2) Carbonate de calcium léger
Le carbonate de calcium léger est l'une des charges les plus anciennes et les plus utilisées dans l'industrie du caoutchouc. L'ajout de grandes quantités de carbonate de calcium léger au caoutchouc permet d'augmenter le volume du produit, ce qui permet d'économiser du caoutchouc naturel coûteux et de réduire les coûts. Le caoutchouc chargé de carbonate de calcium léger présente une résistance à la traction, à l'usure et à la déchirure supérieure à celle des vulcanisats de caoutchouc pur. Il a un effet de renforcement significatif sur le caoutchouc naturel et synthétique et permet également d'ajuster sa consistance. Dans l'industrie du câble, il assure une certaine isolation. (3) Kaolin
La kaolinite est un aluminosilicate hydraté, un minéral argileux courant. Son application pratique au caoutchouc améliore son élasticité, ses propriétés de barrière, son allongement et sa résistance à la flexion. L'ajout de kaolinite modifiée au caoutchouc styrène-butadiène (SBR) améliore significativement son allongement, sa résistance à la déchirure et sa dureté Shore, tout en prolongeant sa durée de vie.
(4) Argile
L'argile peut être ajoutée lors de la fabrication des pneumatiques, selon les exigences du procédé de production. Elle est utilisée comme charge pour réduire les coûts. Cependant, elle doit être activée pour faciliter son adhérence au caoutchouc. L'argile activée ou modifiée peut remplacer partiellement le noir de carbone dans la formulation.
Des études montrent qu'à mesure que la quantité d'argile augmente, la dureté, la contrainte de traction à 300 % et la résistance à la traction du composé de caoutchouc diminuent légèrement, mais cet effet peut être compensé par un ajustement du système de vulcanisation. Utilisée dans les formulations de bandes de roulement, après optimisation du système, elle peut également réduire la résistance au roulement.
(5) Sulfate de baryum
Il peut améliorer efficacement la résistance au vieillissement et aux intempéries des produits en caoutchouc tels que le caoutchouc des pneumatiques et des courroies. De plus, il améliore la douceur de surface des produits en caoutchouc. Utilisé comme charge en poudre, il permet non seulement d'optimiser le rendement d'application de la poudre, mais présente également des avantages économiques indéniables.
(6) Talc
La poudre de talc se divise généralement en deux catégories : le talc industriel classique et le talc ultrafin. Le premier, utilisé comme charge, n'a pas d'effet de renforcement et son impact sur les propriétés physiques du caoutchouc est négligeable. C'est pourquoi on l'utilise souvent comme agent de séparation. Le talc ultrafin, quant à lui, possède un bon pouvoir de renforcement. Utilisé comme charge, il confère au caoutchouc une résistance à la traction équivalente à celle obtenue avec la silice.
(7) Graphite
Le graphite appartient à la famille des silicates lamellaires, des minéraux non métalliques. Il présente une bonne conductivité thermique et électrique, ainsi qu'un bon pouvoir lubrifiant. Son utilisation comme charge pour le caoutchouc repose sur un procédé similaire à celui de la montmorillonite : le graphite est réduit en nanoparticules grâce à une technique spécifique. Lorsque ces nanoparticules se combinent à la matrice de caoutchouc, diverses propriétés fonctionnelles de ce dernier sont améliorées. Par exemple, la conductivité électrique, la conductivité thermique, l'étanchéité à l'air et les propriétés mécaniques sont toutes considérablement améliorées.