Mécanisme d'action des oxydes de terres rares dans les réfractaires magnésiens et calciques
Les propriétés d'un élément déterminent ses performances, et les terres rares ne font pas exception. Leurs performances sont étroitement liées à leurs propriétés. Les principaux facteurs déterminant leurs propriétés physiques (telles que la dureté, la structure cristalline et le point de fusion) sont leurs rayons atomique et ionique. Les terres rares ont des points de fusion élevés qui augmentent avec le numéro atomique, bien que cette tendance ne soit pas très constante. Les terres rares perdent généralement leurs électrons des orbitales s et d externes, formant un état de valence +3, formant ainsi des oxydes de terres rares. Cet état de valence +3 est l'état d'oxydation caractéristique des terres rares. Les oxydes de terres rares ont des points de fusion supérieurs à 2000 °C et sont non volatils. Ce sont des semi-conducteurs conducteurs mixtes, dotés d'une conductivité électronique et ionique. La conductivité électronique désigne la conduction des électrons et des trous, tandis que la conductivité ionique désigne le mouvement des ions oxygène dans les lacunes d'oxygène, essentiellement la conduction des ions oxygène.
Outre l'utilisation directe des terres rares comme composants de matrice ou centres fonctionnels, basée sur les propriétés optiques et magnétiques des électrons 4f, leurs propriétés chimiques, telles que leur réactivité chimique et leur grand rayon ionique, peuvent également être exploitées pour modifier la microstructure du matériau et ainsi améliorer ses performances. Les céramiques semi-conductrices fonctionnelles dopées aux terres rares en sont un exemple majeur. L'ajout d'oxydes de terres rares aux matériaux réfractaires permet non seulement d'améliorer la résistance et la ténacité intrinsèques du matériau, mais aussi de réduire les températures de frittage et les coûts de production.
Grâce à leur non-toxicité, leur rendement élevé et leurs propriétés physiques et chimiques uniques, les composés de terres rares sont de plus en plus utilisés dans un large éventail d'applications, allant des applications primaires en métallurgie, génie chimique et céramique à des applications avancées dans les matériaux composites hautes performances tels que le stockage de l'hydrogène et la luminescence. Les recherches sur l'application des oxydes de terres rares aux matériaux céramiques ont suscité un vif intérêt. Des études ont montré que l'ajout d'oxydes de terres rares améliore significativement les performances des matériaux céramiques, garantissant leur qualité et leurs performances pour diverses applications. De plus, les oxydes de terres rares, utilisés comme fondants, peuvent favoriser le frittage, améliorer la microstructure de la céramique et assurer le dopage et la modification.
Les oxydes de terres rares, utilisés comme additifs, améliorent les propriétés des matériaux réfractaires, démontrant ainsi leurs avantages uniques et significatifs en termes d'amélioration des performances et de nouvelles fonctions. L'ajout de petites quantités d'oxydes de terres rares augmente la densité des réfractaires magnéso-calciques, améliorant ainsi leur densité et leur résistance à la corrosion.
Les oxydes de terres rares sont utilisés comme additifs dans les réfractaires magnéso-calciques pour améliorer leur frittabilité, leur compacité, leur microstructure, la composition de leur phase cristalline, leur résistance à la flexion à température ambiante et leur ténacité à la rupture, répondant ainsi aux exigences de performance du marché pour les réfractaires magnéso-calciques. Il existe trois principaux mécanismes d'ajout d'oxydes de terres rares aux matériaux réfractaires magnéso-calciques. (1) Les additifs utilisés comme fondants peuvent favoriser le frittage. La température de frittage des matériaux réfractaires magnésium-calcium est généralement élevée, et de nombreux facteurs nuisent à la densification lors du frittage. L'ajout d'oxydes de terres rares peut résoudre ce problème. Grâce à leurs propriétés uniques, ces oxydes peuvent modifier la structure interne des matériaux réfractaires, favorisant ainsi leur frittage. (2) Les oxydes de terres rares peuvent améliorer la microstructure des matériaux réfractaires magnésium-calcium. Cela réduit la vitesse de migration des joints de grains, inhibe la croissance des grains et favorise la formation d'une structure dense. (3) Modification par dopage des oxydes de terres rares. Le dopage des oxydes de terres rares lors de la préparation des matériaux réfractaires modifie la forme cristalline de l'échantillon, entraînant ainsi une modification de son volume. Cette modification peut améliorer considérablement sa résistance à la flexion et sa ténacité. Les recherches sur l'ajout d'additifs pour améliorer et optimiser les propriétés des matériaux lors de la préparation des réfractaires ont toujours retenu l'attention. Les recherches actuelles se concentrent principalement sur la difficulté de frittage et d'hydratation des sables calciques magnésiens. Les principaux additifs utilisés sont le ZrO₂, le Fe₂O₃, l'Al₂O₃, les oxydes de terres rares, etc.
Application du sulfate de baryum dans 10 industries
Le sulfate de baryum est un terme peu familier pour la plupart des gens, et même ceux qui ne sont pas familiers avec la chimie peuvent le considérer comme un produit chimique dangereux. Pourtant, le sulfate de baryum est omniprésent dans notre quotidien, souvent présent sous forme de produits manufacturés. Par exemple, la plupart des produits en plastique utilisés dans nos maisons, les climatiseurs, les pièces automobiles en plastique, les sacs de supermarché, les peintures, les revêtements et le verre peuvent tous contenir du sulfate de baryum.
Application du sulfate de baryum dans dix industries majeures
1. Industrie pétrolière : poudre de barytine de 200 et 325 mesh pour les additifs des boues de forage des champs pétroliers et gaziers.
2. Industrie chimique : les usines de sel de barytine utilisent la barytine comme matière première pour produire du lithopone, du sulfate de baryum précipité et du carbonate de baryum.
3. Industrie des peintures et revêtements : la barytine peut être utilisée comme charge dans les peintures et revêtements, remplaçant ainsi des matières premières plus coûteuses telles que le sulfate de baryum précipité, le lithopone, le dioxyde de titane et la silice activée. Elle permet de contrôler la viscosité des peintures et d'obtenir une couleur vive et stable.
4. Industrie des plastiques : La barytine peut être utilisée comme charge dans les matières premières plastiques ABS, ajoutant un brillant éclatant tout en améliorant la solidité, la rigidité et la résistance à l'usure.
5. Industrie du caoutchouc : La poudre de barytine d'une granulométrie inférieure à 500 peut être largement utilisée comme charge dans les produits en caoutchouc, réduisant les coûts tout en améliorant la dureté, la résistance aux acides et aux alcalis, et la résistance à l'eau. Elle constitue également un excellent renfort pour le caoutchouc naturel et synthétique.
6. Industrie du papier : La poudre de barytine très fine peut être utilisée comme charge et comme couche de revêtement dans les tableaux blancs et le papier couché pour améliorer la blancheur et la couverture de surface. Spécifications du produit : 325 mesh, 400 mesh, 600 mesh, 800 mesh, 1250 mesh, 1500 mesh, 2000 mesh, 2500 mesh, 3000 mesh, 4000 mesh, 5000 mesh, 6000 mesh.
7. Industrie du ciment
L'ajout de minéralisants composites à base de barytine et de fluorine à la production de ciment permet d'en augmenter la blancheur et la résistance. Elle peut être utilisée pour la fabrication de ciment baryté, de mortier et de béton baryté, utilisés dans les bâtiments nécessitant une protection contre les rayons X.
8. Industrie du verre
Elle peut être utilisée comme désoxydant, clarifiant et fondant pour augmenter la stabilité optique, la brillance et la résistance du verre.
9. Industrie de la construction
Elle peut être utilisée comme granulat pour béton, matériau de pavage, pour renforcer les canalisations enterrées dans les zones marécageuses et comme substitut aux feuilles de plomb dans les blindages des installations nucléaires, des centrales atomiques et des laboratoires de radiologie, prolongeant ainsi la durée de vie des revêtements routiers.
10. Industrie de la céramique
La poudre de barytine peut également être utilisée comme charge de haute qualité dans l'industrie de la céramique et d'autres industries. Actuellement, l'utilisation du sulfate de baryum dans l'industrie de la céramique diminue, tandis que celle de la poudre de wollastonite augmente.
Les applications dans les dix secteurs mentionnés ci-dessus sont toutes cruciales et essentielles à la subsistance des populations. Cela démontre le rôle important et le large éventail d'applications du sulfate de baryum, une poudre minérale inorganique non métallique.
Largement utilisé dans l'industrie céramique - Talc noir
Le talc noir est généralement composé de talc, de quartz, de calcite, de sépiolite et de carbone organique, et sa couleur varie du noir au noir grisâtre.
Les principaux composants chimiques du talc noir sont l'oxyde de magnésium, l'oxyde de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de fer, l'oxyde de titane, l'oxyde de sodium et l'oxyde de potassium.
Application du talc noir
(1) Matières premières pour l'industrie céramique
Les performances de mise en œuvre du talc noir sont incomparables à celles d'autres matériaux. La porcelaine blanche et la porcelaine osseuse cuites au talc noir sont également appelées porcelaine de talc ou porcelaine de magnésium.
(2) Charges pour produits en caoutchouc
Comme charge pour produits en caoutchouc, la poudre de talc noir présente une bonne dispersibilité et certaines propriétés de renforcement.
(3) Charges pour produits plastiques
Les charges plastiques utilisent deux types de talc noir : la poudre de talc noir et la poudre de talc calciné.
(4) Charges pour revêtements
Grâce à sa texture souple, sa faible abrasivité et ses bonnes propriétés de suspension et de dispersion, le talc a commencé à être utilisé dans les revêtements.
(5) Autres
Outre son utilisation fréquente dans les industries mentionnées ci-dessus, le talc noir peut également être utilisé comme charge et adsorbant dans des secteurs tels que l'imperméabilisation des matières premières, les engrais, les pesticides et la chimie fine.
Calcination et blanchiment du talc noir
Le principal objectif du traitement du talc noir est d'améliorer sa blancheur. Sa blancheur naturelle est d'environ 50 %, voire moins, ce qui limite son utilisation à des applications industrielles comme la céramique et le caoutchouc. En tant que charge, le talc doit présenter un degré de blancheur élevé. Pour étendre son application, des mesures appropriées doivent être prises pour améliorer sa blancheur. La calcination, qui augmente sa blancheur et modifie ses propriétés physiques, accroît sa valeur ajoutée.
Actuellement, la principale méthode pour améliorer la blancheur du talc noir est la calcination. L'objectif principal de la calcination est d'éliminer le carbone organique du talc, ce qui lui confère une blancheur répondant aux exigences industrielles et élargissant ses applications. Après calcination, la blancheur atteint 95 %, ce qui lui confère d'excellentes propriétés de résistance au feu et à la chaleur, d'isolation, d'adhérence, d'adsorption et de lubrification. Ce procédé est adapté aux applications suivantes : fabrication du papier, céramique, plastique, peintures, revêtements, produits pharmaceutiques, cosmétiques, aérospatiale, machines, électronique, informatique et décoration architecturale.
Procédé de calcination du talc noir
La calcination et le broyage sont deux procédés utilisés pour obtenir une blancheur élevée et un traitement ultrafin du talc noir. Selon l'ordre dans lequel ils sont effectués, on distingue deux procédés principaux : la calcination suivie d'un broyage ultrafin, et le broyage ultrafin suivi de la calcination.
Procédé de calcination avant broyage
Les avantages sont la simplicité et les faibles coûts de traitement. Cependant, après broyage ultrafin et classification, le talc obtenu présente une blancheur d'environ 85 %, inférieure à la blancheur souhaitée de 95 % après calcination.
Procédé de broyage avant calcination
L'avantage de ce procédé réside dans une meilleure uniformité de la blancheur après calcination, avec une blancheur supérieure à 92 %. Cependant, ce procédé est sujet à l'agglomération ou à la formation de bavures blanc rougeâtres.
Applications du carbure de silicium
Le carbure de silicium présente des caractéristiques remarquables, telles qu'une largeur de bande interdite élevée, un champ électrique de claquage élevé, une conductivité thermique élevée et un taux de dérive de saturation électronique élevé. Il répond aux exigences du développement scientifique et technologique des dispositifs pour des scénarios complexes tels que les hautes températures, les hautes puissances, les hautes tensions et les hautes fréquences. Il est largement utilisé dans l'électronique de puissance, les véhicules à énergies nouvelles, le stockage d'énergie, la fabrication intelligente, le photovoltaïque, le transport ferroviaire et d'autres domaines. On peut dire que « tout peut être du carbure de silicium ».
Applications du carbure de silicium dans les véhicules à énergies nouvelles
Dans le secteur des véhicules à énergies nouvelles, l'application de la technologie du carbure de silicium devient essentielle pour améliorer les performances des véhicules électriques et hybrides. Les dispositifs en carbure de silicium, grâce à leur conductivité thermique élevée, leur champ électrique de claquage élevé et leurs excellentes propriétés mécaniques, améliorent considérablement l'efficacité et la fiabilité des systèmes de propulsion électrique, de charge et de gestion de l'énergie.
Applications du carbure de silicium dans la conduite intelligente et l'Internet des véhicules
Avec le développement rapide de la conduite intelligente et de l'Internet des véhicules, la technologie du carbure de silicium, grâce à ses performances supérieures, pénètre progressivement des domaines clés tels que les systèmes de capteurs, les unités de traitement de données et les modules de communication, améliorant considérablement les performances et la fiabilité des systèmes.
Applications du carbure de silicium dans les systèmes photovoltaïques
Dans les systèmes photovoltaïques, les composants clés tels que les onduleurs, les contrôleurs MPPT et les modules de conversion de stockage d'énergie imposent de multiples exigences aux dispositifs de puissance, notamment un rendement élevé, une résistance aux hautes tensions, un fonctionnement à haute température et une miniaturisation. Les dispositifs traditionnels en silicium subissent une dégradation significative de leur rendement dans les environnements à haute tension et à haute température, ce qui les rend incapables de répondre aux exigences croissantes en matière de densité de puissance des centrales photovoltaïques.
Applications du carbure de silicium dans les communications 5G
Dans des applications telles que les communications sans fil et les systèmes radar, les dispositifs RF sont au cœur de la transmission et du traitement des signaux, et leurs performances sont cruciales pour la stabilité du système. Les dispositifs RF à base de carbure de silicium semi-isolant, grâce à leur large bande interdite, offrent des avantages tels qu'une faible perte, une bande passante élevée et une densité de puissance élevée, ce qui en fait un élément clé pour la 5G de nouvelle génération et les systèmes de communication militaires.
Applications du carbure de silicium dans les réseaux électriques
Le carbure de silicium peut considérablement améliorer les réseaux électriques en améliorant l'efficacité et la capacité de transmission et de distribution d'énergie. Les substrats en carbure de silicium peuvent fonctionner à des températures, des tensions et des fréquences plus élevées, ce qui rend les composants tels que les convertisseurs, les appareillages de commutation et les transformateurs plus compacts et plus performants, réduisant ainsi les pertes d'énergie et améliorant la qualité de l'énergie.
Applications du carbure de silicium dans les avions à basse altitude
Les nouveaux avions, représentés par les eVTOL (décollage et atterrissage verticaux électriques), sont devenus un élément central de l'économie mondiale des avions à basse altitude et devraient devenir une nouvelle industrie pesant des milliers de milliards de dollars. Les MOSFET SiC, grâce à leurs avancées en matière d'efficacité et à leurs innovations en matière de légèreté, font passer les eVTOL du stade expérimental à l'exploitation commerciale. Les MOSFET SiC sont devenus un composant essentiel des systèmes d'alimentation eVTOL, et leurs performances améliorées et leurs coûts réduits propulseront l'industrie vers des applications à grande échelle.
Applications du carbure de silicium en intelligence artificielle (IA)
L'électricité devient le dernier obstacle menaçant le développement de l'intelligence artificielle (IA). La croissance rapide de la puissance de calcul de l'IA s'accompagne d'une hausse de la consommation énergétique, ce qui impacte significativement la demande énergétique sociale normale. Prenons l'exemple des centres de données américains : d'ici 2030, ils pourraient consommer jusqu'à 9 % de la production d'électricité du pays, soit environ l'équivalent de la production annuelle de 40 centrales nucléaires de taille moyenne.
Avec une consommation d'électricité d'une telle ampleur, même une réduction de 0,1 % de la consommation énergétique est un facteur significatif. Pour répondre à cette pénurie d'électricité pressante, l'écosystème industriel mondial explore activement toutes les options possibles. Par exemple, ON Semiconductor a développé une nouvelle série de MOSFET de puissance à tranchées en silicium et de MOSFET SiC.
Application du carbure de silicium dans l'industrie robotique
Les robots et les véhicules à énergies nouvelles partagent une grande similitude d'architecture technique. Les puces automobiles peuvent être transposées aux applications robotiques, mais elles doivent s'adapter à des exigences de performance différentes. Par exemple, les semi-conducteurs de puissance, outre les systèmes automobiles, possèdent également des capacités techniques applicables aux contrôleurs de moteurs pour articulations robotiques. La demande en contrôle de puissance efficace sur ce marché émergent de la robotique est en pleine croissance.
L'alumine, le « sauveur » des matériaux des batteries cathodiques
La structure de base des batteries lithium-ion comprend l'électrode positive, l'électrode négative, l'électrolyte, le séparateur et l'enveloppe. Le matériau de l'électrode positive est le matériau central des batteries lithium-ion et détermine la densité énergétique, la tension de référence, la durée de vie et la sécurité de la batterie.
Bien que l'oxyde de cobalt et de lithium (LiCoO₂), l'oxyde de manganèse et de lithium (LiMn₂O₄), le phosphate de fer et de lithium (LiFePO₂) et les matériaux ternaires (Li-Ni-Co-Mn-O₂) soient actuellement commercialisés pour les batteries lithium-ion, ils présentent certains défauts en termes de sécurité, de cyclage, de rétention de capacité, etc. Afin d'améliorer la stabilité des matériaux d'électrode positive, les chercheurs utilisent différentes méthodes de modification, telles que le dopage, le revêtement de surface et deux méthodes communes.
Comment l'alumine améliore-t-elle les performances de l'électrode positive ?
Le revêtement d'alumine sur les matériaux d'électrode positive peut améliorer efficacement la stabilité du cycle, la durée de vie et la stabilité thermique des matériaux d'électrode positive. Les principaux effets de l'Al₂O₃ sur les matériaux d'électrode positive sont les suivants :
(1) Piégeur de fluorure d'hydrogène (HF)
Le LiPF₃ est un électrolyte couramment utilisé dans les électrolytes. Sous haute tension, l'hexafluorophosphate de lithium (LiPF₃) réagit avec des traces d'eau pour produire du HF.
(2) Barrière de protection physique
L'application d'une couche d'Al₂O₃ à la surface du matériau d'électrode positive permet d'isoler ce dernier de l'électrolyte et d'empêcher les réactions secondaires néfastes entre le matériau d'électrode positive et l'électrolyte.
(3) Amélioration de la stabilité thermique des matériaux d'électrode positive
La stabilité thermique est l'un des facteurs clés de l'évaluation des performances des batteries lithium-ion. Lors de la charge et de la décharge des batteries au lithium, la libération d'oxygène du réseau dans le matériau d'électrode positive provoque l'oxydation de l'électrolyte, réduisant ainsi sa stabilité thermique.
(4) Amélioration de la vitesse de diffusion des ions lithium
Bien que l'oxyde d'aluminium ne soit pas un bon conducteur d'électrons et d'ions, il peut réagir avec le lithium résiduel à la surface du matériau de l'électrode positive lors des processus de charge et de décharge pour générer du LiAlO2, un bon conducteur d'ions qui peut augmenter la vitesse de diffusion des ions lithium. Ceci est principalement dû au fait que le LiAlO2 réduit la barrière d'énergie de diffusion des ions lithium.
(5) Réaction avec LiPF6 pour générer l'additif électrolytique LiPO2F2
L'oxyde d'aluminium déposé à la surface du matériau de l'électrode positive peut réagir avec le sel de lithium (LiPF6) de l'électrolyte pour générer du difluorophosphate de lithium (LiPO2F2), un additif électrolytique stable qui peut améliorer considérablement la stabilité du cycle, la sécurité et les performances du matériau de l'électrode positive.
(6) Inhibition de l'effet Jahn-Teller
L'effet Jahn-Teller est la principale cause de dissolution des ions Mn dans le matériau d'électrode positive. Ce phénomène peut entraîner l'effondrement de la structure du matériau et entraver la diffusion des ions lithium, diminuant ainsi ses performances électrochimiques.
Cinq principales technologies de revêtement
Méthode d'imprégnation : Ajouter le matériau d'électrode positive à la solution ou au sol contenant le précurseur d'aluminium pour former une suspension homogène, puis sécher et calciner pour former un matériau d'électrode positive revêtu d'alumine.
Méthode de précipitation : Mélanger uniformément le matériau d'électrode positive et une solution telle que du nitrate ou du chlorure d'aluminium, ajuster le pH de la solution mélangée pour former une couche de revêtement à la surface du matériau d'électrode positive, puis générer un matériau d'électrode positive revêtu d'alumine par filtration, lavage, séchage et traitement thermique.
Procédé de revêtement à sec : L'alumine et les matériaux d'électrode positive peuvent être mélangés directement pour former une couche de revêtement rugueuse à la surface du matériau d'électrode positive. Bien qu'il soit impossible d'obtenir un revêtement uniforme à la surface du matériau de l'électrode positive, celui-ci améliore ses performances électrochimiques.
Méthode de pulvérisation cathodique : La méthode de pulvérisation cathodique utilise des ions Ar+ pour bombarder le matériau cible (Al), de sorte que les atomes d'Al sont pulvérisés et déposés à la surface du matériau de l'électrode positive.
Technologie de dépôt de couches atomiques (ALD) : En utilisant du triméthylaluminium et d'autres matériaux comme source d'aluminium, l'oxyde d'aluminium est déposé à la surface du matériau de l'électrode positive. L'épaisseur du revêtement peut être contrôlée avec précision et l'augmentation de l'épaisseur du revêtement est obtenue en augmentant le nombre de cycles ALD.
La qualité des pièces métalliques imprimées en 3D dépend de la poudre
En tant que matière première, la qualité de la poudre métallique détermine en grande partie la qualité du produit final. En général, la propreté, la morphologie et la granulométrie de la poudre sont les facteurs clés qui limitent les performances de formage des pièces.
La morphologie de la poudre affecte directement la masse volumique apparente et la fluidité, qui influencent à leur tour le processus d'alimentation et d'étalement de la poudre, ainsi que les performances finales des pièces. Dans la fabrication additive par fusion sur lit de poudre, le mécanisme d'étalement de la poudre répartit uniformément les particules de poudre dans la zone de formage, et une bonne fluidité est essentielle pour obtenir un lit de poudre uniforme et plat. Les poudres sphériques et quasi-sphériques présentent une bonne fluidité, une masse volumique apparente élevée, une densité élevée et une structure uniforme, et sont les poudres de matières premières privilégiées pour la fabrication additive par fusion sur lit de poudre.
Cependant, la présence de poudre creuse et de poudre satellite dans les poudres sphériques et quasi-sphériques réduit les performances finales des pièces. La poudre creuse est plus présente dans les poudres dont la granulométrie est supérieure à 70 µm, ce qui entraîne des défauts difficiles à éliminer, tels que des pores dans les pièces formées. La poudre satellite réduit la fluidité de la poudre et entrave son accumulation uniforme lors de l'étalement en couches continues, ce qui entraîne des défauts de pièces. Par conséquent, les poudres métalliques destinées à la fabrication additive par fusion sur lit de poudre doivent minimiser la proportion de poudre creuse et de poudre satellite dans les matières premières.
La distribution granulométrique de la poudre permet de caractériser la composition et l'évolution des particules de différentes granulométries au sein du système granulométrique. Il s'agit d'un paramètre important pour décrire les caractéristiques des particules de poudre.
La granulométrie de la poudre influence directement la qualité de l'étalement, la vitesse et la précision de formage, ainsi que l'uniformité organisationnelle du procédé de fabrication additive. La granulométrie de poudre sélectionnée varie selon le procédé. En général, la technologie de fusion sélective par laser (SLM) sélectionne des poudres d'une granulométrie comprise entre 15 et 45 µm, tandis que la technologie de fusion sélective par faisceau d'électrons (SEBM) sélectionne des poudres d'une granulométrie comprise entre 45 et 106 µm.
D'un point de vue thermodynamique et cinétique, plus les particules de poudre sont petites, plus leur surface spécifique est grande et plus la force motrice du frittage est importante. Autrement dit, les petites particules de poudre sont propices au formage des pièces. Cependant, des poudres trop fines réduisent la fluidité, la densité et la conductivité électrique de la poudre. Leur formabilité se détériore et une sphéroïdisation est susceptible de se produire lors du processus d'impression. Une granulométrie trop grossière réduit l'activité de frittage, l'uniformité de l'étalement et la précision du formage.
Par conséquent, en fonction des exigences de performance des pièces finales, les poudres grossières et fines sont parfaitement adaptées afin d'améliorer la densité apparente et la fluidité des poudres, ce qui est propice à la fabrication additive par fusion sur lit de poudre. Les chercheurs estiment que, compte tenu de la plage granulométrique générale du procédé de fabrication additive par fusion sur lit de poudre laser, l'utilisation d'une distribution granulométrique plus large peut augmenter le remplissage des petites particules dans les espaces entre les particules de grande taille et améliorer la densité du lit de poudre lors du dépôt de la poudre.
D'après les recherches actuelles sur l'influence des variations des caractéristiques des poudres sur la qualité du formage, les variations de taille, de morphologie et d'état de surface affectent l'étalement et la qualité du formage. En termes de densité de formage, une distribution granulométrique raisonnable, une sphéricité plus élevée et une cohésion réduite entre les particules peuvent améliorer la densité libre et la qualité de l'étalement de la poudre, réduire davantage le nombre de pores et de défauts non fusionnés dans l'échantillon de formage, et améliorer la densité de formage.
Modification - rendre la nano-alumine plus parfaite
La nano-alumine est un nouveau type de matériau inorganique fin hautement fonctionnel. Depuis la production de la poudre de nano-alumine au milieu des années 1980, les connaissances sur ce matériau de haute technologie se sont approfondies et de nombreuses de ses caractéristiques exceptionnelles ont été découvertes, telles qu'une dureté élevée, une résistance mécanique élevée, une résistance à la chaleur et à la corrosion. De ce fait, elle est largement utilisée dans l'aérospatiale, la défense nationale, l'industrie chimique, la microélectronique et d'autres domaines.
Dans l'application pratique de la nano-alumine, la modification de la poudre a toujours été un travail très important.
Pourquoi est-elle modifiée ?
Tout d'abord, en tant que nanomatériau aux multiples caractéristiques, la nano-alumine est très facile à agglomérer grâce à sa très petite taille de particules et à sa grande énergie de surface. Si le phénomène d'agglomération est particulièrement important, il aura un impact important sur les caractéristiques de l'alumine.
De plus, la nano-alumine peut être utilisée comme biofilm pour la recherche médicale sur les médicaments biologiques. Cependant, la charge de surface du cristal, dont la charge de surface est équilibrée, est inégalement répartie en raison de la présence de défauts de réseau. L'accumulation de ces défauts et de ces zones de charge d'espace à l'échelle du micron crée un moment dipolaire en forme de grille. Lorsque des matériaux biologiques entrent en contact avec la surface de ces poudres, un enrichissement se produit, entraînant l'obstruction des pores et la pollution des membranes.
De plus, l'alumine, grâce à ses propriétés isolantes et sa grande résistance, est utilisée comme charge dans des matériaux tels que les revêtements et le caoutchouc afin d'améliorer la dureté, l'isolation, la ductilité et la résistance à l'usure. Cependant, l'alumine est une substance polaire et présente une faible compatibilité avec les matériaux polymères non polaires.
C'est pourquoi la modification de surface de l'alumine a suscité un vif intérêt.
La modification de surface désigne le traitement de surface de particules solides par des méthodes physiques ou chimiques, c'est-à-dire le processus de modification ciblée des propriétés physiques et chimiques et de la morphologie de la surface des particules en fonction des besoins de l'application. Actuellement, il existe deux méthodes de modification les plus pratiques. La première méthode est appelée modification organique de surface, car elle utilise principalement des modificateurs organiques. La seconde méthode est la modification de revêtement inorganique, ou modification de revêtement de surface.
Modification organique de surface
La modification organique de surface des particules de poudre ultrafine vise à rendre leur surface hydrophobe en liant les groupes organiques correspondants. Elle améliore ainsi leurs performances de dispersion et leur compatibilité interfaciale dans les matrices organiques telles que les résines, les caoutchoucs et les peintures, et ainsi le processus de fabrication du produit et les propriétés mécaniques globales des matériaux composites. Selon leur structure chimique, les modificateurs sont classés en acides gras supérieurs ou leurs sels, acides gras inférieurs et agents de couplage.
(1) Modification physique du revêtement
La modification physique du revêtement, ou modification du traitement de revêtement, est une méthode utilisant de la matière organique (polymère, résine, tensioactif, composé polymère hydrosoluble ou liposoluble, savon d'acide gras, etc.) pour revêtir la surface des particules afin d'obtenir la modification. Il s'agit d'un procédé permettant de modifier simplement la surface des particules.
(2) Modification chimique de surface
La modification chimique de surface est obtenue par réaction chimique ou adsorption chimique entre le modificateur de surface et la surface des particules. Il s'agit de la méthode de modification la plus utilisée en production.
(3) Modification par greffage
La modification par greffage est un procédé de modification qui consiste à introduire des oléfines ou des polyoléfines monomères à la surface d'une poudre sous certaines conditions d'excitation externe. Il est parfois nécessaire d'exciter l'oléfine monomère après son introduction pour polymériser celle fixée à la surface.
Modification du revêtement de surface
La modification du revêtement de surface désigne la technologie de modification consistant à revêtir uniformément la surface de particules de poudre d'alumine ultrafines avec des particules solides plus petites ou des films solides, modifiant ainsi la composition, la structure, l'aspect et la fonction initiale des particules.
Selon l'environnement et le type de réaction de revêtement, la nature et la méthode de revêtement modifié entre les particules, les méthodes de modification du revêtement de surface peuvent être classées en : précipitation chimique, revêtement par hydrolyse, sol-gel, évaporation par solvant, mécanochimique et en phase gazeuse. Parmi elles, les trois premières méthodes sont toutes des méthodes de réaction en solution, c'est-à-dire que la solution de sel soluble est précipitée par des agents précipitants et une hydrolyse, puis appliquée sur la surface de la poudre de particules à modifier.
Quels sont les avantages de l’utilisation d’un excellent sulfate de baryum comme charge dans la modification du nylon ?
Le sulfate de baryum, également connu sous le nom de barytine, est un composé inorganique incolore, inodore et non toxique, de formule chimique BaSO4. Il est reconnu pour sa densité élevée, sa blancheur élevée, sa bonne stabilité chimique et sa résistance aux acides et aux bases, et est insoluble dans l'eau et la plupart des acides. Ces caractéristiques expliquent son utilisation fréquente dans de nombreux secteurs industriels, notamment dans la modification des plastiques, notamment du nylon (PA), où il présente des avantages uniques.
Le nylon, matériau polymère doté d'excellentes propriétés mécaniques, de résistance à l'usure, de résistance aux acides et aux bases et d'autolubrification, est largement utilisé dans de nombreux secteurs industriels. Cependant, ses inconvénients, tels qu'une forte absorption d'eau et une faible stabilité dimensionnelle, limitent son champ d'application. Il est donc particulièrement important de modifier le nylon pour améliorer ses performances. En tant que charge neutre, le sulfate de baryum joue de multiples rôles dans la modification du nylon, notamment en renforçant, en durcissant et en améliorant la brillance.
Effet de renforcement
En tant que charge inorganique, l'ajout de sulfate de baryum peut améliorer significativement la rigidité (module) et la dureté du nylon, et convient aux pièces industrielles nécessitant un module élevé (comme les engrenages et les roulements). Des résultats expérimentaux pertinents montrent qu'une augmentation de la teneur en sulfate de baryum nanométrique améliore les modules de flexion et de traction du nylon. En particulier, lorsque la fraction massique de sulfate de baryum nanométrique atteint une certaine valeur (par exemple 3 %), les propriétés mécaniques du nylon sont optimales. Cet effet de renforcement est principalement dû à la rigidité du sulfate de baryum et à sa bonne liaison à l'interface avec la matrice de nylon.
Stabilité dimensionnelle : réduction du retrait et du gauchissement du nylon lors de la transformation ou de l'utilisation, et amélioration de la précision dimensionnelle.
Température de déformation à chaud (HDT) : limitation du mouvement des chaînes polymères, amélioration de la stabilité thermique des matériaux et élargissement des applications du nylon dans les environnements à haute température (comme les pièces de moteurs automobiles).
Effet de renforcement
Outre son effet de renforcement, le sulfate de baryum peut également renforcer le nylon. L'interaction entre les nanoparticules de sulfate de baryum et la matrice de nylon forme une couche de transition élastique, capable de transmettre et de relâcher efficacement les contraintes à l'interface, absorbant et dispersant ainsi l'énergie d'impact externe et améliorant la ténacité du matériau. Cependant, il convient de noter qu'une augmentation de la teneur en sulfate de baryum entraîne une diminution des performances du matériau en raison de l'agglomération.
Brillance améliorée
Le sulfate de baryum possède une forte capacité de réflexion de la lumière dans les gammes de longueurs d'onde ultraviolettes et infrarouges, ce qui lui permet d'obtenir une brillance élevée dans les formules de coloration des plastiques. En sélectionnant des particules de sulfate de baryum de granulométrie appropriée pour le remplissage du nylon, la brillance de surface des produits transformés peut être considérablement améliorée. De plus, l'indice de réfraction du sulfate de baryum est similaire à celui des polymères tels que le nylon, ce qui lui permet de conserver la brillance et la teinte du pigment colorant.
Applications pratiques
Dans les applications pratiques, le sulfate de baryum est généralement dispersé uniformément dans la matrice de nylon sous forme de nanomètres par mélange à l'état fondu. Cette méthode exploite l'effet de taille, la grande surface spécifique et la forte force interfaciale du sulfate de baryum nanométrique, et combine parfaitement la rigidité, la stabilité dimensionnelle et la stabilité thermique du sulfate de baryum avec la ténacité, l'aptitude à la transformation et les propriétés diélectriques du nylon, obtenant ainsi d'excellentes performances globales.
Le sulfate de baryum a montré des améliorations significatives de la résistance, de la ténacité et de la brillance lors de la modification du nylon. Un contrôle rationnel de la teneur et de la granulométrie du sulfate de baryum permet d'optimiser les propriétés mécaniques du nylon, d'améliorer la durabilité et l'esthétique du produit, d'équilibrer performances et coûts, d'optimiser la formulation pour des scénarios spécifiques et d'élargir ainsi le champ d'application du nylon.
À quoi devons-nous prêter attention lors de la préparation de monocristaux de carbure de silicium de haute qualité ?
Les méthodes actuelles de préparation de monocristaux de carbure de silicium comprennent principalement : le transport physique en phase vapeur (PVT), la croissance de la solution de germination supérieure (TSSG) et le dépôt chimique en phase vapeur à haute température (HT-CVD).
Parmi elles, la méthode PVT présente les avantages d'un équipement simple, d'un contrôle opérationnel aisé, d'un prix d'équipement et d'un coût d'exploitation réduits, et est devenue la méthode principale utilisée en production industrielle.
1. Technologie de dopage de la poudre de carbure de silicium
Le dopage d'une quantité appropriée de Ce dans la poudre de carbure de silicium permet d'obtenir une croissance stable du monocristal de 4H-SiC. La pratique a démontré que le dopage de Ce dans la poudre permet d'augmenter la vitesse de croissance des cristaux de carbure de silicium et d'accélérer leur croissance ; il permet de contrôler l'orientation du carbure de silicium, rendant la direction de croissance cristalline plus uniforme et plus régulière ; il inhibe la formation d'impuretés dans le cristal, réduit la formation de défauts et facilite l'obtention de monocristaux et de cristaux de haute qualité ; il inhibe la corrosion de la face arrière du cristal et augmente le taux de monocristallisation.
2. Technologie de contrôle du gradient de température axial et radial
Le gradient de température axial affecte principalement la forme et l'efficacité de la croissance cristalline. Un gradient de température trop faible entraîne l'apparition d'impuretés pendant le processus de croissance cristalline et affecte également la vitesse de transport des substances en phase gazeuse, ce qui entraîne une diminution de la vitesse de croissance cristalline. Des gradients de température axiaux et radiaux appropriés favorisent la croissance rapide des cristaux de SiC et maintiennent la stabilité de leur qualité.
3. Technologie de contrôle des dislocations du plan basal (DBP)
La principale cause de la formation de défauts DBP est une contrainte de cisaillement supérieure à la contrainte de cisaillement critique du cristal de SiC, ce qui entraîne l'activation du système de glissement. La DBP étant perpendiculaire à la direction de croissance cristalline, elle est principalement générée pendant le processus de croissance cristalline et son refroidissement ultérieur.
4. Technologie de contrôle de l'ajustement du rapport des composants en phase gazeuse
Lors du processus de croissance cristalline, l'augmentation du rapport carbone-silicium des composants en phase gazeuse dans l'environnement de croissance est une mesure efficace pour obtenir une croissance stable d'un monocristal. Un rapport carbone-silicium élevé, capable de réduire l'agrégation par étapes importantes et de préserver l'héritage des informations de croissance à la surface du cristal germe, peut inhiber la génération de polymorphes.
5. Technologie de contrôle des faibles contraintes
Pendant le processus de croissance cristalline, la présence de contraintes provoque une courbure du plan cristallin interne du cristal de SiC, ce qui entraîne une mauvaise qualité du cristal, voire sa fissuration. De fortes contraintes entraînent une augmentation de la dislocation du plan basal de la plaquette. Ces défauts pénètrent dans la couche épitaxiale pendant le processus et affectent sérieusement les performances du dispositif ultérieur.
À l'avenir, la technologie de préparation de monocristaux de SiC de haute qualité évoluera dans plusieurs directions :
Grande taille
La préparation de monocristaux de carbure de silicium de grande taille peut améliorer l'efficacité de la production et réduire les coûts, tout en répondant aux besoins des dispositifs haute puissance.
Haute qualité
Des monocristaux de carbure de silicium de haute qualité sont essentiels pour obtenir des dispositifs hautes performances. Bien que la qualité des monocristaux de carbure de silicium ait été considérablement améliorée, certains défauts, tels que des microtubes, des dislocations et des impuretés, subsistent. Ces défauts affectent les performances et la fiabilité du dispositif.
Faible coût
Le coût de préparation des monocristaux de carbure de silicium est élevé, ce qui limite leur application dans certains domaines. Il est possible de réduire ce coût en optimisant le processus de croissance, en améliorant l'efficacité de la production et en réduisant le coût des matières premières.
Intelligent
Grâce au développement de technologies telles que l'intelligence artificielle et le big data, la technologie de croissance des cristaux de carbure de silicium deviendra progressivement intelligente. Le processus de croissance peut être surveillé et contrôlé en temps réel grâce à des capteurs, des systèmes de contrôle automatique et d'autres équipements afin d'améliorer sa stabilité et sa contrôlabilité. Parallèlement, l'analyse du big data et d'autres technologies peuvent être utilisées pour analyser et optimiser les données de croissance afin d'améliorer la qualité et l'efficacité de la production des cristaux.
La technologie de préparation de monocristaux de carbure de silicium de haute qualité est l'un des points forts de la recherche actuelle sur les matériaux semi-conducteurs. Avec les progrès continus de la science et de la technologie, la technologie de croissance des cristaux de carbure de silicium continuera de se développer et de s'améliorer, offrant une base plus solide pour l'application du carbure de silicium dans les domaines de la haute température, de la haute fréquence, de la haute puissance et d'autres domaines.
Comment équilibrer la résistance et le coût du talc dans la modification du plastique ?
Dans l'industrie actuelle des plastiques, les plastiques modifiés suscitent un vif intérêt pour leurs excellentes performances et leurs nombreux domaines d'application. Le talc, charge minérale inorganique importante, joue un rôle essentiel dans la modification des plastiques.
Le talc permet non seulement d'améliorer efficacement les propriétés physiques des produits plastiques, mais aussi de réduire leurs coûts de production dans une certaine mesure. Cependant, la maîtrise des coûts tout en garantissant la résistance est devenue un enjeu majeur dans la modification des plastiques. Lorsque le talc est utilisé dans la modification des plastiques, comment équilibrer le module de flexion, la résistance aux chocs, etc., et le coût en ajustant la quantité de talc ajoutée et ses caractéristiques ?
Le talc est un silicate de magnésium naturel à structure feuilletée. Dans la modification des plastiques, le talc peut améliorer significativement la rigidité, la dureté superficielle, la résistance au fluage thermique, l'isolation électrique et la stabilité dimensionnelle des produits plastiques. Parallèlement, il peut également augmenter la résistance aux chocs des plastiques et améliorer leur fluidité et leurs propriétés de mise en œuvre. Cet effet de renforcement provient principalement de la structure micro-feuilletée du talc, qui permet de former des points de réticulation physique efficaces dans la matrice plastique, améliorant ainsi les performances globales du plastique.
Le module de flexion est un indicateur important pour mesurer la capacité des plastiques à résister aux déformations par flexion. L'ajout de talc aux plastiques peut améliorer considérablement ce module. En effet, la structure rigide du talc améliore la capacité de support du squelette des plastiques, réduisant ainsi leur risque de flexion et de déformation sous l'effet de forces externes. Cependant, il convient de noter qu'une augmentation de la quantité de talc ajoutée entraîne une augmentation de la viscosité du système, ce qui peut affecter les performances de mise en œuvre du plastique. Par conséquent, dans les applications pratiques, il est nécessaire de prendre en compte de manière exhaustive l'amélioration du module de flexion et l'équilibre des performances de mise en œuvre.
La résistance aux chocs est un indicateur important pour mesurer la capacité des plastiques à résister aux charges d'impact. L'ajout d'une quantité appropriée de talc aux plastiques peut améliorer la résistance aux chocs dans une certaine mesure. Cependant, une quantité de talc ajoutée trop importante peut entraîner une diminution de la force de liaison gravitationnelle entre les molécules de plastique, affectant ainsi la résistance aux chocs. Par conséquent, pour obtenir une résistance élevée, il est nécessaire de contrôler judicieusement la quantité de talc ajoutée afin d'éviter tout impact négatif sur la résistance aux chocs.
En modification des plastiques, la clé de l'équilibre résistance/coût réside dans une sélection judicieuse des variétés de talc, de la granulométrie et de la quantité ajoutée. Voici quelques stratégies spécifiques :
1. Choisir un talc de haute qualité
Un talc de haute qualité présente une pureté supérieure et une structure en paillettes plus complète, ce qui permet d'améliorer efficacement les performances des plastiques. Bien que son prix soit relativement élevé, l'amélioration des performances qu'il apporte compense souvent l'augmentation du coût et apporte même une plus grande valeur ajoutée.
2. Optimiser la distribution granulométrique du talc
Une distribution granulométrique appropriée peut améliorer l'uniformité de la dispersion du talc dans la matrice plastique, jouant ainsi un rôle de renforcement plus efficace. Parallèlement, une distribution granulométrique raisonnable peut également réduire la viscosité du système et améliorer les performances de mise en œuvre.
3. Contrôle précis de la quantité ajoutée
Un contrôle précis de la quantité de talc ajoutée permet de garantir la résistance du système tout en évitant tout impact négatif sur les propriétés telles que la résistance aux chocs. De plus, une quantité raisonnable d'ajout peut également réduire les coûts de production et accroître les avantages économiques.
4. Utilisation de talc modifié
Le talc modifié présente une plus forte affinité d'interface et une meilleure dispersibilité, ce qui permet d'améliorer plus efficacement les performances des plastiques. Bien que son prix soit relativement élevé, l'amélioration des performances et des performances de mise en œuvre qu'il apporte compense souvent son augmentation de coût.