Широкое применение сферического оксида алюминия
Благодаря большей площади поверхности и равномерному распределению по сравнению с другими морфологическими формами, сферический порошок оксида алюминия демонстрирует превосходные характеристики в практических применениях по сравнению с другими формами материалов на основе оксида алюминия. Он может использоваться не только в керамике, катализаторах и их носителях, но и в различных областях, таких как шлифовка, полировка и электронные устройства.
Область применения в качестве теплопроводящего наполнителя
С появлением информационной эпохи передовые электронные устройства становятся все более миниатюрными, а количество выделяемого ими тепла экспоненциально возрастает, что предъявляет высокие требования к рассеиванию тепла в системе. Поскольку оксид алюминия широко доступен на рынке, выпускается в различных вариантах и дешевле, чем другие теплопроводящие материалы, и может добавляться в больших количествах в полимерные материалы, он обладает высоким соотношением цены и качества. Поэтому большинство высокотеплопроводных изоляционных материалов в настоящее время используют оксид алюминия в качестве высокотеплопроводного наполнителя.
Область применения в керамике
Добавление определенного количества сферического порошка оксида алюминия при производстве керамики может значительно изменить свойства керамики. Низкотемпературная хрупкость керамики сильно влияет на область ее применения. Керамические материалы с добавлением сферического порошка оксида алюминия могут использоваться для производства низкотемпературной пластичной керамики.
Область применения в шлифовке и полировке
По сравнению с традиционным гранулированным или чешуйчатым оксидом алюминия, сферический оксид алюминия обладает лучшей диспергируемостью и текучестью. Абразивы из сферического порошка оксида алюминия могут равномерно распределяться в полируемом изделии, избегая аномального скопления порошка. Кроме того, гладкая поверхность частиц предотвращает царапание поверхности обрабатываемой детали, тем самым улучшая качество поверхности.
Область применения в электронных и оптических материалах
Сферический оксид алюминия имеет широкий спектр применения в электронной и оптической областях. Использование сферического оксида алюминия в качестве подложки и добавление редкоземельных элементов в качестве активаторов позволяет получать красные люминесцентные материалы с лучшими характеристиками. Сферические частицы оксида алюминия имеют однородный размер и равномерно распределены, демонстрируя лучшие люминесцентные характеристики по сравнению с другими формами оксида алюминия, и лучше определяют структуру заполнения люминесцентного материала.
Область применения в катализаторах и носителях
Поскольку оксид алюминия имеет большое количество ненасыщенных химических связей на своей поверхности и большое количество каталитически активных центров, он обладает высокой химической активностью. Кроме того, сферический оксид алюминия обладает преимуществами низкого износа частиц, длительного срока службы и большой удельной поверхности.
Область применения в 3D-печати
Сферический оксид алюминия является одним из наиболее часто используемых материалов для 3D-печати благодаря своей высокой прочности, высокой сферичности и устойчивости к высоким температурам. Защитные поверхностные покрытия
Использование сферического оксида алюминия в качестве материала для нанесения покрытий методом распыления в настоящее время является одним из приоритетных направлений исследований. Этот материал для нанесения покрытий методом распыления не только обеспечивает защиту полимерных материалов, стекла, металлов и сплавов, но и продлевает срок службы изделий из нержавеющей стали, таких как кухонная посуда.
Со всех точек зрения, мелкодисперсный оксид алюминия стал одним из новых материалов, развитию которого наша страна должна уделять приоритетное внимание. Благодаря широкому применению в традиционных областях и быстрому проникновению в новые отрасли, такие как электромобили и фотоэлектрическая энергетика, спрос постоянно растет, и индустрия мелкодисперсного оксида алюминия имеет широкие рыночные перспективы.
Пять типичных областей применения талькового порошка.
Когда многочисленные мощные «суперспособности» талька раскрываются в лакокрасочных материалах, он может значительно улучшить эксплуатационные характеристики материала, существенно снизив при этом затраты на производство, что приводит к всестороннему улучшению качества покрытия. Поэтому тальк широко используется в различных составах лакокрасочных материалов.
Архитектурные покрытия
При использовании талька в архитектурных покрытиях он обеспечивает превосходную растекаемость, сохранение блеска и выравнивающие свойства. В то же время значительно улучшаются свойства высыхания, липкость, твердость и коррозионная стойкость покрытия. Он повышает укрывистость в сухом и влажном состоянии, матирующий эффект, устойчивость к растрескиванию и истиранию, а также может значительно улучшить красящую способность диоксида титана, тем самым снижая затраты на производство. В производстве материалов для архитектурных покрытий тальк является незаменимым компонентом.
Промышленные покрытия
Тальк широко используется в качестве функционального наполнителя в различных промышленных покрытиях, особенно в грунтовочных покрытиях для деталей. Благодаря хорошей шлифуемости и водостойкости тальк может полностью или частично заменить наполнители для грунтовок. При нанесении на покрытия стальных конструкций тальк эффективно улучшает седиментационные свойства покрытия, механические свойства пленки и возможность повторного нанесения. Во многих продуктах, таких как быстросохнущие грунтовки и покрытия для транспортных средств, приоритетное использование отдается тальку.
Деревянные покрытия
Тальк также занимает важное место в покрытиях для дерева (мебели).
Применение талька в покрытиях для дерева в основном осуществляется в прозрачных грунтовках и финишных покрытиях сплошного цвета. Низкая твердость талька обеспечивает хорошую шлифуемость лакокрасочной пленки, что позволяет частично заменить дорогостоящие шлифовальные агенты на основе стеарата цинка. Показатель преломления талька аналогичен показателю преломления смоляных связующих, что обеспечивает высокую прозрачность покрытия. Эта характеристика позволяет хорошо отображать естественную текстуру подложки, а при использовании в матовых финишных покрытиях он может частично заменить дорогие матирующие агенты.
При использовании талька в покрытиях для дерева можно максимально раскрыть очарование деревянной мебели, удовлетворяя при этом стремление людей к определенному образу жизни и снижая затраты на проживание.
Антикоррозионные покрытия
Тальк также часто используется в области антикоррозионных покрытий. Естественная стабильная слоистая структура талька увеличивает вязкость краски и обеспечивает экранирующий эффект для лакокрасочной пленки. Эффективно предотвращая проникновение агрессивных сред, таких как кислоты, щелочи и соли, тальк также препятствует проникновению грунтовки в пористые основания, улучшая герметизирующий эффект и шлифуемость грунтовки. Эти характеристики значительно повышают антикоррозионные свойства лакокрасочного покрытия. В области антикоррозионных покрытий тальк является надежным и проверенным партнером, заслуживающим доверия.
Водостойкие покрытия
В качестве наполнителя в водостойких покрытиях тальк не только уменьшает объемную усадку при отверждении покрытия, улучшает износостойкость и адгезию покрытия, а также снижает затраты, но и обеспечивает покрытию хорошую стабильность при хранении и термостойкость.
Что еще более важно, тальк оказывает благотворное влияние на эластичность и прочность на разрыв водостойких покрытий: в определенном диапазоне добавления, с увеличением количества наполнителя из талька, эластичность и прочность на разрыв водостойкого покрытия увеличиваются. Это также означает максимальную защиту для покрываемого объекта.
Применение талька в архитектурных покрытиях, промышленных покрытиях, покрытиях для дерева, антикоррозионных покрытиях и водостойких покрытиях — это лишь небольшая часть его многочисленных областей применения. Как недорогой, невозобновляемый неметаллический минерал, тальк также широко применяется в косметике, пищевой промышленности, медицине, производстве резины, керамики, текстиля, полиграфии и электронной промышленности. Предполагается, что в ближайшем будущем, благодаря дальнейшим исследованиям, понимание человечеством свойств талька станет еще более глубоким, и тальк обязательно проявит себя в еще более широких областях.
Как сульфат бария способствует созданию высококачественных лакокрасочных материалов?
Сульфат бария пользуется большой популярностью прежде всего благодаря своей исключительной наполняющей способности. Это означает, что, сохраняя эксплуатационные характеристики лакокрасочного покрытия, он позволяет эффективно оптимизировать затраты на рецептуру и широко используется в различных областях, от промышленных покрытий до декоративных красок.
Что еще важнее, благодаря небольшому размеру частиц, равномерному распределению, большой удельной поверхности и превосходной текучести, сульфат бария обладает очень низкой абразивностью в процессе обработки. Эта характеристика напрямую влияет на эффективность производства: она значительно снижает износ смесительного, насосного и распылительного оборудования, продлевая срок его службы и делая производственный процесс более плавным и экономичным.
Это преимущество в полной мере проявляется при нанесении автоматизированных грунтовочных покрытий. Даже при высоких требованиях к степени наполнения, сульфат бария обеспечивает превосходную стабильность и выравнивающие свойства лакокрасочной суспензии, что приводит к исключительной однородности и гладкости покрытия. Это обеспечивает безупречную «основу» для последующего нанесения финишного покрытия, что имеет решающее значение для эффективного, автоматизированного и высококачественного нанесения покрытий.
Сульфат бария — это гораздо больше, чем просто наполнитель. Это многофункциональная добавка, сочетающая высокую наполняющую способность, низкую абразивность и превосходные выравнивающие свойства. Выбор сульфата бария означает выбор надежной «основы качества» для ваших покрытий, повышение производительности продукции и обеспечение эффективного производства.
Применение современных керамических материалов.
Применение в высокоскоростных летательных аппаратах
Высокоскоростные летательные аппараты являются стратегическим оборудованием, за разработку которого борются ведущие военные державы. Их сверхзвуковой полет и обтекаемые конструкции приводят к серьезным проблемам аэродинамического нагрева. Типичная тепловая среда для высокоскоростных летательных аппаратов включает высокие температуры и сложные, жесткие термомеханические нагрузки. Существующие высокотемпературные сплавы уже не могут удовлетворить этим требованиям, что привело к появлению композитных материалов на основе керамической матрицы. В частности, композитные керамические материалы SiCf/SiC широко используются в горячих конструктивных элементах, таких как лопатки турбин, направляющие лопатки сопла и внешние кольца турбин авиационных двигателей. Плотность этих композитных материалов составляет примерно 1/4 от плотности высокотемпературных сплавов, что приводит к значительному снижению веса. Кроме того, они могут работать при температурах до 1400°C, что значительно упрощает конструкцию системы охлаждения и повышает тягу.
Применение в легкой броне
Легкая композитная броня имеет решающее значение для обеспечения живучести современного оборудования. Разработка керамических волокон и композитных материалов на основе керамической матрицы, армированных волокнами, является фундаментальной для применения легкой композитной брони. В настоящее время основными используемыми защитными керамическими материалами являются B4C, Al2O3, SiC и Si3N4. Керамика на основе карбида кремния, благодаря своим превосходным механическим свойствам и экономичности, стала одним из наиболее перспективных пуленепробиваемых керамических материалов. Разнообразные области применения в различных областях броневой защиты, включая индивидуальное снаряжение солдат, бронетехнику, боевые вертолеты, полицейские и гражданские специальные транспортные средства, обеспечивают ей широкие перспективы применения. По сравнению с керамикой Al2O3, керамика SiC имеет более низкую плотность, что полезно для повышения мобильности оборудования.
Применение в стрелковом оружии
Стрелковое оружие, как важная составляющая вооружения, обычно включает пистолеты, винтовки, пулеметы, гранатометы и специальное индивидуальное снаряжение (индивидуальные ракетные установки, индивидуальные ракеты и т. д.). Его основная функция — запуск снарядов в целевую область для уничтожения или поражения целей противника. Условия эксплуатации стрелкового оружия включают высокие и низкие температуры, большую высоту, влажную жару, пыль, дождь, пыль и дождь, соляной туман и погружение в речную воду. Коррозионная стойкость имеет решающее значение. В настоящее время основные методы антикоррозионной обработки стрелкового оружия включают воронение, твердое анодирование, технологию ионно-контролируемого проникновения, алмазоподобные углеродные покрытия и плазменное азотирование. Особенно для оружия и оборудования, используемого в морских условиях, требование коррозионной стойкости в условиях солевого тумана в течение более 500 часов представляет собой серьезную проблему для традиционных методов нанесения покрытий.
Применение в стволах огнестрельного оружия
Ствол огнестрельного оружия является основным компонентом метательного оружия. Внутренняя структура ствола включает в себя патронник, переходной конус и нарезы, причем патронник и нарезы соединены переходным конусом. Традиционные стволы обычно изготавливаются из высокопрочной легированной стали. Во время выстрела внутренняя поверхность ствола подвергается комбинированному воздействию пороховых газов и снарядов, что приводит к образованию трещин и отслоению покрытия на внутренней стенке ствола. Повреждение канала ствола является результатом многократного воздействия высокотемпературных, высоконапорных и высокоскоростных пороховых газов и снарядов на стенку ствола. Переходной конус и дульный срез обычно первыми выходят из строя.
Для увеличения срока службы ствола наиболее распространенным методом является хромирование канала ствола, однако температура стойкости к окислению хромового покрытия не превышает 500°C. С постоянным увеличением давления в патроннике во время выстрела и экспоненциальным увеличением требований к сроку службы ствола, давление и температура, которым подвергается ствол, также возрастают. Использование высокой твердости, высокой прочности и высокотемпературной химической инертности керамики может эффективно уменьшить эрозию ствола и продлить срок его службы.
Применение в боеприпасах
Основными компонентами боеприпасов являются боевая часть и взрыватель. Боевая часть, как наиболее непосредственный компонент, вызывающий повреждения, в основном состоит из корпуса, осколочных элементов, взрывчатого заряда и взрывателя. Постоянное повышение поражающей способности боевой части всегда было целью разработки оружия. Особенно для осколочных гранат, осколки, образующиеся при взрыве боевой части, являются конечными поражающими элементами, и эффективная технология образования осколков всегда была предметом исследований в этой области.
Четыре основные области применения керамики на основе нитрида кремния.
Механическая отрасль
Керамика на основе нитрида кремния в основном используется в машиностроении для изготовления клапанов, труб, классификационных колес и керамических режущих инструментов. Наиболее распространенное применение — шарики для подшипников из нитрида кремния. Керамика на основе нитрида кремния широко признана лучшим материалом для подшипников, а самые важные «ключевые элементы» подшипников — шарики из нитрида кремния — являются настоящими «невоспетыми героями», обеспечивающими производительность оборудования. Эти маленькие керамические шарики диаметром от нескольких миллиметров до десятков миллиметров могут показаться незначительными, но благодаря своим свойствам — «легкость, твердость, стабильность и изоляционные свойства» — они играют «ключевую роль» в электромобилях, роликовых коньках, стоматологических бормашинах и даже высококачественных велосипедах.
Аэрокосмическая отрасль
Керамические материалы на основе нитрида кремния обладают такими преимуществами, как высокая прочность, высокая термостойкость и хорошая химическая стабильность, что позволяет им соответствовать жестким требованиям к материалам в аэрокосмической отрасли. Керамика на основе нитрида кремния имеет два классических применения в аэрокосмической отрасли: во-первых, нитрид кремния считается одним из немногих монолитных керамических материалов, способных выдерживать сильные тепловые удары и температурные градиенты, создаваемые водородно-кислородными ракетными двигателями, и используется в соплах ракетных двигателей; во-вторых, превосходные свойства керамики на основе нитрида кремния и композитов на ее основе, такие как термостойкость, волнопроницаемость и несущая способность, делают их одним из новых поколений высокоэффективных волнопроницаемых материалов, находящихся в стадии исследований.
Полупроводниковая отрасль
По мере развития электронных устройств в направлении миниатюризации и повышения производительности, к материалам для корпусирования полупроводников предъявляются все более высокие требования к теплоотводу. Керамика на основе нитрида кремния обладает теплопроводностью до 90-120 Вт/(м·К) и высокой степенью соответствия коэффициенту теплового расширения кристаллов подложки полупроводников третьего поколения SiC, что делает ее предпочтительным материалом для подложек корпусов силовых устройств на основе SiC. На международном рынке доминируют японские компании, такие как Toshiba и Kyocera, в то время как отечественные компании, такие как Sinoma Advanced Materials, добились технологических прорывов.
Помимо того, что керамика на основе нитрида кремния является ключевым материалом для корпусирования, она демонстрирует широкие перспективы применения в оборудовании для производства полупроводников. В процессе обработки полупроводниковых пластин керамика на основе нитрида кремния может использоваться для изготовления высокотемпературных и термостойких нагревательных элементов, отвечающих жестким условиям эксплуатации такого оборудования, как установки химического осаждения из газовой фазы (CVD) и диффузионные печи. Биомедицинская область
Нитрид кремния, как перспективный биокерамический материал, демонстрирует большой потенциал применения в медицинских имплантатах благодаря своим превосходным механическим свойствам и биосовместимости. В частности, нитрид кремния используется в качестве ортопедического биоматериала и успешно применяется в несущих компонентах протезов тазобедренных и коленных суставов для повышения износостойкости и продления срока службы протезов. Кроме того, материалы на основе нитрида кремния используются для стимуляции сращения костей при операциях на позвоночнике. Керамические материалы из нитрида кремния демонстрируют превосходную стабильность и надежность в медицинской области. Нитрид кремния также обладает сильной адгезией к клеткам и остеокондуктивностью, что обеспечивает важную биологическую основу для его применения в костной регенерации. Однако присущая керамике из нитрида кремния хрупкость остается серьезной проблемой для ее применения в костной реконструктивной хирургии. Кроме того, материалы из нитрида кремния трудно разлагаются in vivo, что препятствует врастанию новой костной ткани в место повреждения и ее полному замещению исходного материала, тем самым ограничивая широту его клинического применения.
Почему гидроксид алюминия так эффективен при лечении проблем с желудком?
Оксид алюминия, также известный как глинозем, с химической формулой Al2O3, является вторым по распространенности оксидом в земной коре после диоксида кремния и широко встречается в таких минералах, как полевой шпат и слюда. В промышленности его часто получают путем переработки природного минерального сырья — бокситов.
В более широком смысле оксид алюминия — это общий термин для оксидов и гидроксидов алюминия, класса соединений, состоящих из алюминия, кислорода и водорода. Благодаря множеству форм и свойств, оксид алюминия можно разделить на гидратированный и безводный оксид алюминия.
К распространенным гидратированным оксидам алюминия относятся промышленный гидроксид алюминия, гиббсит, бёмит, псевдобёмит, диаспор, корунд и тохдит. Среди них промышленный гидроксид алюминия, гиббсит и бёмит являются тригидратами оксида алюминия, диаспор и корунд — моногидратами оксида алюминия, а псевдобёмит и тохдит — полигидратами оксида алюминия.
В более широком смысле гидроксид алюминия — это общий термин для моногидрата оксида алюминия (метагидроксида алюминия) и тригидрата оксида алюминия (ортогидроксида алюминия). Гидратированный оксид алюминия не является истинным гидратом оксида алюминия, а скорее подчеркивает кристаллическую структуру гидроксида алюминия, где ионы алюминия и гидроксид-ионы связаны ионными связями, и все гидроксид-ионы эквивалентны. Гидроксид алюминия обычно представляет собой белый порошок, без запаха, нетоксичный, недорогой и широко используемый. Гидроксид алюминия наиболее известен своим использованием в качестве антипирена, добавляемого в полимерные матричные материалы, где он проявляет превосходные огнезащитные свойства.
Вы замечали, что в повседневной жизни гидроксид алюминия часто используется для изготовления лекарств от желудка? Он обладает антацидным, адсорбирующим, местным гемостатическим и язвозащитным действием. Гель гидроксида алюминия может использоваться для нейтрализации желудочной кислоты и оказывает терапевтическое действие при некоторых распространенных заболеваниях желудка.
Принцип прост: гидроксид алюминия — типичный амфотерный оксид; он может реагировать как с кислотами, так и с основаниями. Поэтому гидроксид алюминия может нейтрализовать или буферизовать желудочную кислоту. При реакции гидроксида алюминия с желудочной кислотой образующийся хлорид алюминия оказывает вяжущее действие, что может обеспечить местный гемостаз, но также может вызвать запор в качестве побочного эффекта. Гидроксид алюминия, смешиваясь с желудочным соком, образует гель, который покрывает поверхность язв, создавая защитную пленку. Этот препарат образует защитную пленку на слизистой оболочке желудка, изолируя её от раздражения и повреждения, вызванных желудочной кислотой, пепсином и другими вредными веществами, способствуя восстановлению и заживлению слизистой оболочки желудка и помогая в лечении гастрита, язвы желудка и других связанных заболеваний.
Во-вторых, ионы алюминия связываются с фосфатами в кишечнике, образуя нерастворимый фосфат алюминия, который затем выводится с калом. Поэтому у пациентов с уремией прием больших доз гидроксида алюминия может уменьшить всасывание фосфатов в кишечнике, тем самым облегчая ацидоз.
Кроме того, наночастицы гидроксида алюминия могут использоваться в качестве носителя лекарственных средств для инкапсуляции лекарств или антигенов, повышая стабильность и целенаправленность действия препаратов. Помимо этого, гидроксид алюминия часто используется в качестве фармацевтического вспомогательного вещества при производстве пероральных лекарственных препаратов и вакцин, обеспечивая стабильность и безопасность лекарственных средств.
Гидроксид алюминия: почему его нельзя использовать напрямую?
Неорганические амфотерные гидроксиды – гидроксид алюминия (Al(OH)3, ATH) – обладают высокоэффективными антипиреновыми, дымоподавляющими и наполняющими свойствами. При термическом разложении он не выделяет токсичных или коррозионных газов и может использоваться в качестве антипирена в полимерных органических материалах. В настоящее время использование ATH в качестве антипирена растет с каждым годом, и ATH стал важнейшим неорганическим антипиреном во всем мире.
Сначала модификация, затем антипирен
Как правило, производители наполняют горючие материалы порошкообразным гидроксидом алюминия (ATH) или покрывают поверхность горючих материалов антипиреном, содержащим ATH, для улучшения огнестойкости полимерных органических материалов.
Кроме того, поскольку ATH содержит три гидроксильные группы (-OH), его поверхность асимметрична и высокополярна. Поверхностные гидроксильные группы обладают гидрофильными и олеофобными свойствами, что делает их склонными к агломерации при добавлении в полимерные органические материалы, что напрямую влияет на механические свойства материала.
Поэтому гидроксид алюминия необходимо модифицировать перед использованием.
Модификация поверхности гидроксида алюминия
Модификация поверхности — одна из ключевых технологий оптимизации свойств неорганических порошковых материалов, играющая решающую роль в улучшении эксплуатационных характеристик и ценности неорганических порошков. Поверхностная модификация неорганических частиц заключается в адсорбции или инкапсуляции одного или нескольких веществ на поверхности неорганических частиц с образованием композитной структуры типа «ядро-оболочка». Этот процесс, по сути, представляет собой композитный процесс с использованием различных веществ.
Типы и характеристики модификаторов
Существует множество типов модификаторов поверхности порошков, но не существует стандартного метода их классификации. Модификаторы для модификации неорганических порошков в основном делятся на две категории: поверхностно-активные вещества и связующие агенты.
(1) Связующие агенты
Связующие агенты подходят для различных композитных систем, состоящих из органических полимеров и неорганических наполнителей. После модификации поверхности связующими агентами повышается совместимость и диспергируемость неорганического материала с полимером. Поверхность неорганического материала становится олеофильной и гидрофобной, что увеличивает его сродство к органическому полимеру.
Связующие агенты разнообразны и могут быть разделены на четыре основные категории в зависимости от их химической структуры и состава: органические комплексы, силаны, титанаты и алюминаты.
(2) Поверхностно-активные вещества
Поверхностно-активные вещества – это вещества, которые могут существенно изменять поверхностные или межфазные свойства материала при использовании в очень малых количествах. К ним относятся анионные, катионные и неионогенные поверхностно-активные вещества, такие как высшие жирные кислоты и их соли, спирты, амины и сложные эфиры. Их молекулярная структура характеризуется длинноцепочечной алкильной группой на одном конце, подобной структуре полимерных молекул, и полярными группами, такими как карбоксильные, эфирные и аминогруппы, на другом конце.
Как можно определить эффект модификации?
Надежен ли модифицированный гидроксид алюминия? Насколько он надежен? Для этого необходимо оценить и охарактеризовать эффект модификации.
В настоящее время огнезащитное действие антипиренов на основе гидроксида алюминия можно оценить прямыми методами, такими как определение кислородного индекса материала, индекса горючести в вертикальной и горизонтальной плоскостях, дымообразования, термогравиметрического анализа и механических свойств при горении; или косвенно, путем измерения поглощения порошка, индекса активации и величины поглощения масла для косвенной оценки эффекта модификации.
(1) Поглощение
Немодифицированный гидроксид алюминия имеет на своей поверхности гидрофильные и олеофобные гидроксильные группы, что позволяет ему растворяться в воде или свободно оседать на дно. После модификации поверхность гидроксида алюминия становится гидрофильной и олеофобной, а его поверхностные свойства полностью противоположны свойствам немодифицированной формы. Он не растворяется и не осаждаться на дно, а может только плавать на поверхности. Однако модифицированный ATH хорошо растворяется или осаждаться в маслах (например, в жидком парафине).
(2) Индекс активации
Немодифицированный ATH обладает очень сильной полярностью благодаря природе своих поверхностных гидроксильных групп (-ОН), что позволяет ему свободно растворяться или осаждаться в воде с аналогичными свойствами. После модификации ATH образует слой липофильных групп, прикреплённых к его поверхности, с инкапсулированными внутри поверхностными гидроксильными группами (-ОН). Чем лучше эффект модификации, тем выше степень покрытия поверхности ATH липофильными группами и тем больше модифицированного ATH плавает на поверхности воды.
(3) Коэффициент абсорбции масла
Для измерения коэффициента абсорбции масла необходимо добавить касторовое масло к ATH и перемешать. До модификации ATH, благодаря своим гидрофильным и олеофобным свойствам, требует большего количества касторового масла для образования сфер. После модификации поверхности он становится гидрофильным и олеофобным, что улучшает диспергируемость АТН в полимере и уменьшает пустоты, образующиеся при агломерации порошка.
Понимание сверхпрочных материалов — NdFeB
Спеченный NdFeB, как самый ранний и наиболее универсальный метод получения, способствовал быстрому развитию материалов для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов. Спеченный NdFeB, обладающий сильной магнитной анизотропией и низкой стоимостью исходного сырья, стал объектом исследований во многих странах. Спеченные материалы для постоянных магнитов на основе NdFeB производятся методом порошковой металлургии. Выплавленный сплав превращается в порошок и прессуется в прессовку в магнитном поле. Затем прессовка спекается в инертном газе или вакууме для уплотнения. Кроме того, для повышения коэрцитивной силы магнита обычно требуется термическая обработка старением. Технологический процесс выглядит следующим образом: подготовка сырья → плавка → приготовление порошка → прессование → спекание и отпуск → магнитный контроль → шлифование → механическая обработка → гальванопокрытие → готовое изделие.
В отличие от спеченного NdFeB, отдельные частицы порошка магнитной связки должны обладать достаточно высокой коэрцитивной силой. Если многофазная структура и микроструктура, необходимые для высокой коэрцитивной силы, будут серьезно повреждены в процессе приготовления порошка, изготовление качественных магнитных связей станет невозможным. Поэтому, используя метод быстрозакаленного магнитного порошка методом спиннингования расплава, горячий расплавленный сплав сначала заливается или распыляется на высокоскоростной вращающийся медный диск с водяным охлаждением для формирования тонкой полосы толщиной 100 мкм.
Изготовление горячепрессованных/горячедеформированных магнитов требует использования быстрозакаленного магнитного порошка Nd-Fe-B, а не непосредственно литейных сплавов. Применение условий перезакалки (быстрого охлаждения) позволяет получить более мелкие зерна или даже аморфный магнитный порошок. В процессе горячего прессования и горячей деформации зерна нагреваются и растут до размера, близкого к однодоменному, что обеспечивает высокую коэрцитивную силу готового магнита. Процесс горячего прессования включает в себя помещение магнитного порошка в форму и приложение давления при высокой температуре для превращения его в изотропный магнит с высокой плотностью.
Применение
Двигатели с постоянными магнитами
В двигателях с постоянными магнитами использование постоянных магнитов для возбуждения не только снижает энергопотребление и экономит энергию, но и улучшает характеристики двигателя.
Магнитные машины
Магнитные машины работают за счет силы отталкивания одноименных полюсов или силы притяжения разноименных полюсов магнитов. Для этого требуются постоянные магниты с высокой остаточной намагниченностью и высокой собственной коэрцитивной силой. Кроме того, благодаря принципу притяжения разноименных полюсов, магнитные приводы могут быть построены с использованием бесконтактной передачи, что обеспечивает такие преимущества, как отсутствие трения и шума. Поэтому высокопроизводительные магниты Nd-Fe-B широко используются в приводных компонентах горнодобывающей техники, магнитных подшипниках гироскопов и турбин спутников и космических аппаратов, а также в подшипниках роторов центробежных насосов для поддержания работы сердца в медицинском оборудовании.
Авиакосмическая промышленность
Редкоземельные постоянные магниты незаменимы для запуска ракет, спутникового позиционирования и коммуникационных технологий. Высокоэффективный спеченный Nd-Fe-B особенно полезен в микроволновых системах передачи/приема радиолокационных станций. Используя комбинированное воздействие постоянного и переменного микроволнового магнитного поля, возникает ферромагнитный резонанс, что позволяет изготавливать микроволновые циркуляторы, изоляторы и т. д. Бытовая электроника
Бытовая электроника 3C всегда была важной отраслью переработки спеченного NdFeB. Спеченный NdFeB обладает такими характеристиками, как высокая магнитная энергия, что соответствует тенденциям миниатюризации, снижения веса и уменьшения толщины изделий бытовой электроники 3C. Он широко используется в таких электронных компонентах, как VCM, линейные двигатели мобильных телефонов, камеры, наушники, динамики и приводы шпинделей.
Переработка отходов неодима и железа и бора: сокровищница, которую нельзя пропустить
Постоянные магниты из неодима и железа (NdFeB) широко используются в ветроэнергетике, новых энергетических автомобилях и электронных изделиях благодаря своим превосходным магнитным свойствам, что дало им титул «Короля магнитов». Однако процент брака в процессе производства магнитов NdFeB достигает 30%, что в сочетании с их ограниченным сроком службы приводит к образованию большого количества отходов NdFeB.
Эти отходы содержат до 30% редкоземельных элементов, что значительно превышает содержание в первичных редкоземельных рудах, что делает их высокоценным вторичным ресурсом. Эффективное извлечение редкоземельных элементов из отходов NdFeB имеет решающее значение для обеспечения безопасности ресурсов редкоземельных элементов, снижения загрязнения окружающей среды и содействия устойчивому развитию.
Характеристики и источники отходов NdFeB
Отходы NdFeB в основном образуются из лома, бракованной продукции и снятых с производства электронных изделий, содержащих магниты. Их химический состав сложен; Помимо основных редкоземельных элементов Nd и Pr, для повышения коэрцитивной силы часто добавляют такие элементы, как Dy и Tb, а для улучшения общих характеристик – такие элементы, как Co, Al и Cu. В зависимости от содержания редкоземельных элементов (РЗЭ) отходы NdFeB можно разделить на три категории: низкое содержание редкоземельных элементов (РЗЭ < 20%), среднее содержание редкоземельных элементов (20–30%) и высокое содержание редкоземельных элементов (> 30%).
В настоящее время процессы переработки отходов NdFeB в основном подразделяются на пирометаллургические, гидрометаллургические и новые технологии переработки.
(I) Пирометаллургические процессы переработки
Пирометаллургическая переработка заключается в отделении редкоземельных элементов от железа посредством высокотемпературных реакций. Основные методы включают селективное окисление, разделение хлорированием, жидкое легирование и разделение шлаком и металлом.
Селективное окисление основано на том, что редкоземельные элементы имеют гораздо более высокое сродство к кислороду, чем железо. При высоких температурах редкоземельные элементы селективно окисляются с образованием оксидов, которые затем отделяются от металлического железа. Накамото и соавторы успешно получили смешанные оксиды редкоземельных элементов с чистотой более 95% и степенью извлечения более 99% благодаря точному контролю парциального давления кислорода.
Разделение хлорированием основано на сильном сродстве редкоземельных элементов к хлору. Хлорирующие агенты, такие как NH4Cl, FeCl2 или MgCl2, используются для перевода редкоземельных элементов в хлориды перед разделением. Уда использовал FeCl2 в качестве хлорирующего агента, реагирующего при 800 °C, что позволило достичь степени извлечения редкоземельных элементов 95,9% и чистоты продукта более 99%.
Метод жидкого сплавления основан на разнице в сродстве редкоземельных элементов к железу к другим металлам для эффективного обогащения и разделения редкоземельных элементов и железа. Редкоземельный элемент Nd может образовывать различные легкоплавкие сплавы с Ag, Mg и т. д.
Метод разделения шлака и металла основан на том, что редкоземельные элементы в отходах NdFeB легче соединяются с кислородом. Все металлы в отходах NdFeB преобразуются в оксиды металлов. Одновременно, под действием высокой температуры шлакообразующего агента, оксиды железа преобразуются в металлическое железо за счет регулирования восстановительных условий.
(II) Процесс мокрого восстановления
Мокрое восстановление в настоящее время является наиболее распространенным методом, включающим в себя, главным образом, метод полного растворения, метод избирательного растворения в соляной кислоте, метод осаждения двойной солью и метод экстракции растворителем.
(III) Новые процессы переработки
Новые технологии переработки направлены на решение проблем высокого энергопотребления и высокого уровня загрязнения, связанных с традиционными методами, включая водородный взрыв, биовыщелачивание и электрохимические методы.
Сравнение различных процессов переработки и их воздействия на окружающую среду
Пирометаллургические процессы характеризуются низкой производительностью и большой производительностью, но высоким энергопотреблением и сложностью разделения отдельных редкоземельных элементов; гидрометаллургические процессы характеризуются высокой степенью извлечения и чистотой продукта, но высоким расходом кислоты и высокими затратами на очистку сточных вод; новые процессы, такие как биовыщелачивание и электрохимические методы, являются экологически безопасными, но в основном находятся на стадии лабораторных исследований и пока не получили широкого распространения.
С точки зрения воздействия на окружающую среду, традиционные процессы переработки часто используют сильные кислоты, сильные щелочи и высокие температуры, что приводит к образованию большого количества жидких отходов и газообразных отходов, увеличивая нагрузку на окружающую среду. Поэтому разработка экологичных и экономичных процессов переработки имеет решающее значение.
Переработка отходов NdFeB — ключевой способ решения проблемы дефицита редкоземельных ресурсов и снижения загрязнения окружающей среды. Благодаря технологическим инновациям и соответствующему политическому руководству отрасль переработки NdFeB будет развиваться в направлении экологичности, низкой стоимости, коротких процессов и высокой степени извлечения, что придаст новый импульс устойчивому развитию.
Применение и разработка неорганических порошковых материалов в резиновой промышленности
Каучук широко используется в транспорте, машиностроении, электронике, оборонной промышленности и других отраслях народного хозяйства. Однако каучук имеет и существенные недостатки, такие как слабые межмолекулярные силы, большой свободный объем и плохая способность к самокристаллизации, что приводит к низким прочности и модулю упругости, а также к низкой износостойкости резиновых материалов. Поэтому для удовлетворения требований этих применений необходимо добавлять неорганические неметаллические наполнители.
В целом, неорганические неметаллические наполнители в резине выполняют следующие функции: армирование, наполнение (увеличение объема) и снижение стоимости, улучшение технологических характеристик, регулирование вулканизационных характеристик и придание специальных свойств.
Наиболее часто используемые неорганические неметаллические минеральные наполнители в резине
(1) Диоксид кремния
В настоящее время диоксид кремния является вторым по распространенности армирующим агентом в резиновой промышленности после технического углерода. Химическая формула диоксида кремния — SiO₂·nH₂O. Структура его частиц содержит множество пустот. Когда эти пустоты находятся в диапазоне от 2 до 60 нм, они легко соединяются с другими полимерами, что является основной причиной использования диоксида кремния в качестве армирующего агента. В качестве армирующего агента диоксид кремния может значительно повысить износостойкость и сопротивление разрыву материалов. Он также может значительно улучшить механические свойства шин и широко используется в транспортных средствах, приборах, аэрокосмической промышленности и других областях.
(2) Легкий карбонат кальция
Легкий карбонат кальция — один из первых и наиболее широко используемых наполнителей в резиновой промышленности. Добавление большого количества легкого карбоната кальция в резину позволяет увеличить объем продукта, тем самым экономя дорогостоящий натуральный каучук и снижая затраты. Резина с легким карбонатом кальция для наполнения может обладать более высокой прочностью на разрыв, износостойкостью и прочностью на разрыв, чем вулканизаты из чистого каучука. Он оказывает значительное армирующее действие как на натуральный, так и на синтетический каучук, а также может регулировать консистенцию. В кабельной промышленности он может обеспечить определенный уровень изоляции. (3) Каолин
Каолинит — это водный алюмосиликат, распространенный глинистый минерал. Его практическое применение в резине повышает эластичность, барьерные свойства, относительное удлинение и прочность на изгиб. Добавление модифицированного каолинита в бутадиен-стирольный каучук (SBR) значительно улучшает относительное удлинение, прочность на разрыв и твердость по Шору, а также продлевает срок его службы.
(4) Глина
Глина может добавляться в процессе производства шин в зависимости от требований технологического процесса. Глина используется в качестве наполнителя для снижения затрат. Однако для улучшения сцепления с резиной необходимо использовать активированную глину. Активированная или модифицированная глина может частично заменить технический углерод в составе резиновой смеси.
Исследования показывают, что с увеличением количества глины твердость, 300%-ное напряжение растяжения и прочность на растяжение резиновой смеси несколько снижаются, но это можно компенсировать корректировкой системы вулканизации. Использование глины в составе протектора после оптимизации системы также может снизить сопротивление качению.
(5) Сульфат бария
Он может эффективно повышать устойчивость к старению и атмосферным воздействиям резиновых изделий, таких как резина для шин и ремни. Кроме того, он может улучшить гладкость поверхности резиновых изделий. В качестве порошкообразного наполнителя для резины он не только повышает скорость нанесения порошка, но и обладает очевидными преимуществами с точки зрения экономической эффективности.
(6) Тальк
Тальк обычно подразделяется на промышленный тальк общего назначения и ультратонкий тальк. Первый, как наполнитель для резины, не играет армирующей роли и оказывает незначительное влияние на улучшение физических свойств резины. Поэтому промышленный тальк общего назначения часто используется в качестве разделительного агента. Ультратонкий тальк, напротив, обладает хорошим армирующим эффектом. При использовании в качестве наполнителя для резины прочность резины на разрыв равна прочности, создаваемой диоксидом кремния.
(7) Графит
Графит относится к пластинчатым силикатным неметаллическим минералам и обладает хорошей теплопроводностью, электропроводностью и смазывающей способностью. Использование графита в качестве наполнителя резины осуществляется по технологии, аналогичной той, которая используется для монтмориллонита: графит измельчается до наночастиц с помощью специальной технологии. Сочетание этих наночастиц с резиновой матрицей значительно улучшает различные функциональные свойства резины. Например, значительно улучшаются электропроводность, теплопроводность, воздухонепроницаемость и механические свойства.