Преимущества углеродных материалов по теплопроводности и теплоотдаче
В современных отраслях электроники и оптоэлектроники, поскольку электронные устройства и их продукты развиваются в направлении высокой интеграции и высокой вычислительной мощности, рассеиваемая мощность удвоилась. Рассеивание тепла постепенно стало ключевым фактором, ограничивающим устойчивое развитие электронной промышленности. Поиск материалов для управления теплом с превосходной теплопроводностью имеет решающее значение для следующего поколения интегральных схем и трехмерных электронных конструкций продуктов.
Теплопроводность традиционных керамических материалов (таких как нитрид бора, нитрид алюминия) и металлических материалов (таких как медь, алюминий) составляет всего несколько сотен Вт/(м·К) максимум. Для сравнения, теплопроводность углеродных материалов, таких как алмаз, графит, графен, углеродные нанотрубки и углеродное волокно, еще более удивительна. Например, графит имеет теоретическую теплопроводность до 4180 Вт/мК в направлении, параллельном кристаллическому слою, что почти в 10 раз больше, чем у традиционных металлических материалов, таких как медь, серебро и алюминий. Кроме того, углеродные материалы также обладают превосходными свойствами, такими как низкая плотность, низкий коэффициент теплового расширения и хорошие механические свойства при высоких температурах.
Графен
Графен — это однослойный поверхностный материал атомов углерода, отслаивающийся от графита. Он имеет двумерную плоскую структуру в форме сот, состоящую из однослойных атомов углерода, плотно расположенных в правильных шестиугольниках. Структура очень стабильна. Связь между атомами углерода внутри графена очень гибкая. Когда к графену прикладывается внешняя сила, поверхность атомов углерода изгибается и деформируется, так что атомам углерода не приходится перестраиваться, чтобы приспособиться к внешней силе, тем самым сохраняя структурную стабильность. Эта стабильная структура решетки придает графену превосходную теплопроводность.
Углеродные нанотрубки
С момента открытия углеродных нанотрубок в 1991 году они стали объектом внимания многих ученых, изучающих теплопроводность углеродных нанотрубок. Углеродные нанотрубки состоят из однослойных или многослойных графитовых листов, скрученных в спираль, и делятся на три типа: однослойные, двухслойные и многослойные.
Специальная структура придает углеродным нанотрубкам чрезвычайно высокую теплопроводность. Некоторые исследователи подсчитали, что теплопроводность однослойных углеродных нанотрубок при комнатной температуре составляет 3980 Вт/(м·К), теплопроводность двухслойных углеродных нанотрубок — 3580 Вт/(м·К), а теплопроводность многослойных углеродных нанотрубок — 2860 Вт/(м·К).
Алмаз
Кристаллическая структура алмаза представляет собой тесное расположение атомов углерода в тетраэдрах, и все электроны участвуют в связывании. Поэтому его теплопроводность при комнатной температуре достигает 2000~2100 Вт/(м·К), что является одним из материалов с лучшей теплопроводностью в природе. Эта особенность делает его незаменимым в области высококачественного рассеивания тепла.
Углеродное волокно
Углеродное волокно обрабатывается высокотемпературной карбонизацией для формирования турбостратной графитовой структуры. Если его аксиальная графитовая решетка высокоориентирована, оно может достичь сверхвысокой теплопроводности. Например, теплопроводность мезофазного пека на основе углеродного волокна составляет 1100 Вт/(м·К), а теплопроводность выращенного в паровой фазе углеродного волокна может достигать 1950 Вт/(м·К).
Графит
Графит имеет гексагональную кристаллическую структуру, состоящую из шести граней и двух плотноупакованных базальных плоскостей. Первый слой гексагональной сетки атомов углерода смещен на 1/2 гексагональной диагональной линии и перекрывается параллельно со вторым слоем. Третий слой и первый слой повторяются в положении, образуя последовательность ABAB... Теплопроводность природного графита вдоль кристаллической плоскости (002) составляет 2200 Вт/(м·К), а теплопроводность в плоскости высокоориентированного пиролитического графита также может достигать 2000 Вт/(м·К).
Все вышеперечисленные углеродные материалы обладают чрезвычайно высокой теплопроводностью, поэтому они привлекли большое внимание в области высоких требований к рассеиванию тепла. Далее рассмотрим несколько классических углеродных проводящих/теплорассеивающих материалов.
Углеродные материалы с их уникальной кристаллической структурой и физико-химическими свойствами продемонстрировали незаменимые преимущества в области теплопроводности и теплоотвода. С развитием технологий подготовки и расширением сфер применения ожидается, что углеродные материалы, такие как графен и алмаз, будут продвигать решения по теплоотводу в таких отраслях, как электроника и аэрокосмическая промышленность, на более высокий уровень.
Применение порошковой подготовки на основе технологии термической плазмы в терморегулирующих материалах
Миниатюризация и интеграция электронных устройств предъявляют более высокие требования к рассеиванию тепла для полимерных терморегулирующих материалов. Разработка новых наполнителей с высокой теплопроводностью для создания эффективных путей теплопроводности является ключом к достижению высокопроизводительных терморегулирующих материалов.
Технология термической плазмы имеет большие преимущества при получении нано- и микронных сферических порошков, таких как сферический порошок кремния и порошок оксида алюминия, благодаря своей высокой температуре, контролируемой реакционной среде, высокой плотности энергии и низкому уровню загрязнения.
Технология термической плазмы
Плазма является четвертым состоянием вещества в дополнение к твердому, жидкому и газообразному. Это в целом электрически нейтральный агрегат, состоящий из электронов, катионов и нейтральных частиц. В зависимости от температуры тяжелых частиц в плазме плазму можно разделить на две категории: горячая плазма и холодная плазма.
Температура тяжелых ионов в горячей плазме может достигать 3×103–3×104К, что в основном достигает состояния локального термодинамического равновесия. В этом состоянии термическая плазма имеет следующее соотношение: температура электронов Te = температура плазмы Th = температура возбуждения Tex = температура реакции ионизации Treac, поэтому термическая плазма имеет равномерную термодинамическую температуру.
Плазменное получение сферических порошков
Основываясь на характеристиках высокой температуры и быстрой скорости охлаждения высокочастотной термической плазмы, для получения нанопорошков используется технология физического осаждения из паровой фазы.
Существует два основных способа получения сферических порошков с помощью плазмы.
Один из них заключается в пропускании исходных порошков неправильной формы и большого размера в высокотемпературную дугу термической плазмы и использовании высокотемпературной среды, создаваемой термической плазмой, для быстрого нагрева и расплавления частиц исходного материала (или расплавления поверхности). Благодаря поверхностному натяжению расплавленный порошок образует сферу и затвердевает с подходящей скоростью охлаждения для получения сферического порошка. Второй способ заключается в использовании нерегулярных порошков или прекурсоров в качестве сырья и термической плазмы в качестве высокотемпературного источника тепла. Исходные материалы реагируют с активными частицами в них и быстро охлаждаются и осаждаются для получения идеальных порошковых материалов.
Используя преимущества характеристик высокой температуры, высокой энергии, контролируемой атмосферы и отсутствия загрязнения термической плазмы, можно получать высокочистые, высокосферичные и сферические порошки разного размера, контролируя параметры в процессе приготовления, такие как подача, скорость охлаждения и мощность плазмы. Поэтому использование плазменной технологии для получения сферических порошков все более широко используется в энергетике, аэрокосмической, химической промышленности и других областях.
Основные области применения и характеристики микропорошка кремния
Кремниевый порошок — это неорганический неметаллический материал с диоксидом кремния в качестве основного компонента. Он изготавливается из кристаллического кварца, плавленого кварца и т. д. в качестве сырья и обрабатывается путем шлифования, точной сортировки, удаления примесей и других процессов. Он имеет превосходные диэлектрические свойства, низкий коэффициент теплового расширения и высокую теплопроводность. Он широко используется в медных плакированных ламинатах, эпоксидных формовочных компаундах, изоляционных материалах, клеях, покрытиях, керамике и других областях.
1. Медный плакированный ламинат
Медный плакированный ламинат является важной подложкой для изготовления печатных плат со структурой «медная фольга + диэлектрический изоляционный слой (смола и армирующий материал) + медная фольга». Это базовый материал для различных схемных систем.
Выбор наполнителей для медных плакированных ламинатов включает в себя микропорошок кремния, гидроксид алюминия, гидроксид магния, тальк, порошок слюды и другие материалы. Среди них кремниевый микропорошок имеет относительные преимущества в термостойкости, механических свойствах, электрических свойствах и диспергируемости в системах смол. Его можно использовать для улучшения термостойкости и влагостойкости, повышения жесткости тонких медных плакированных ламинатов, снижения коэффициента теплового расширения, улучшения размерной стабильности, повышения точности позиционирования сверления и гладкости внутренних стенок, улучшения адгезии между слоями или между изоляционными слоями и медной фольгой и т. д., поэтому его предпочитают в наполнителях медных плакированных ламинатов.
Сферический кремниевый микропорошок имеет наилучшие характеристики, но высокую стоимость и используется только в области высококачественных медных плакированных ламинатов. С точки зрения теплопроводности, заполнения, теплового расширения и диэлектрических свойств сферический кремниевый микропорошок лучше, но с точки зрения цены угловой кремниевый микропорошок ниже. Таким образом, учитывая комплексные характеристики и стоимость, сферический кремниевый микропорошок в настоящее время в основном используется в области высококачественных медных плакированных ламинатов, таких как высокочастотные и высокоскоростные медные плакированные ламинаты, носители ИС и т. д., и чем выше сценарий применения, тем выше соотношение добавления.
2. Эпоксидный формовочный компаунд
Эпоксидный формовочный компаунд представляет собой порошкообразный формовочный компаунд, изготовленный из эпоксидной смолы в качестве базовой смолы, высокоэффективной фенольной смолы в качестве отвердителя, кремниевого порошка в качестве наполнителя и различных добавок. Это важный материал для упаковки полупроводников, таких как интегральные схемы (более 97% упаковки полупроводников используют эпоксидный формовочный компаунд).
3. Электроизоляционный материал
Кремниевый порошок, используемый в электроизоляционных изделиях, может эффективно снизить коэффициент линейного расширения отвержденного продукта и скорость усадки в процессе отверждения, уменьшить внутреннее напряжение и улучшить механическую прочность изоляционного материала, тем самым эффективно улучшая и улучшая механические и электрические свойства изоляционного материала. Таким образом, функциональные требования клиентов в этой области к кремниевому микропорошку в большей степени отражаются в низком коэффициенте линейного расширения, высокой изоляции и высокой механической прочности, в то время как требования к его диэлектрическим свойствам и теплопроводности относительно низкие.
В области электроизоляционных материалов обычно выбираются однотипные кремниевые микропорошки со средним размером частиц 5-25 мкм в соответствии с характеристиками электроизоляционных изделий и требованиями их производственного процесса, а высокие требования предъявляются к белизне продукта, распределению размеров частиц и т. д.
4. Клеи
Кремниевый микропорошок, наполненный в адгезивную смолу, может эффективно снизить коэффициент линейного расширения отвержденного продукта и скорость усадки во время отверждения, улучшить механическую прочность клея, улучшить термостойкость, непроницаемость и теплоотдачу, тем самым улучшая эффект склеивания и герметизации.
Распределение размеров частиц кремниевого микропорошка будет влиять на вязкость и седиментацию клея, тем самым влияя на технологичность клея и коэффициент линейного расширения после отверждения.
5. Сотовая керамика
Сотовые керамические носители для очистки выхлопных газов автомобилей и автомобильный фильтр выхлопных газов DPF из кордиерита для очистки выхлопных газов дизельных двигателей изготавливаются из оксида алюминия, кремниевого микропорошка и других материалов путем смешивания, экструзионного формования, сушки, спекания и других процессов. Сферический кремниевый микропорошок может улучшить скорость формования и стабильность сотовых керамических изделий.
Модификация покрытия диоксидом титана
Модификация покрытия диоксидом титана (диоксид титана) является важным средством улучшения его характеристик (таких как диспергируемость, устойчивость к атмосферным воздействиям, блеск, химическая стабильность и т. д.). Распространенные методы модификации покрытия в основном включают три категории: неорганическое покрытие, органическое покрытие и композитное покрытие. Ниже приведена конкретная классификация и краткое введение:
Модификация неорганического покрытия
Посредством нанесения слоя неорганических оксидов или солей на поверхность частиц диоксида титана формируется физический барьер для улучшения его химической стабильности и оптических свойств.
1. Оксидное покрытие
Принцип: используйте гидрат оксидов металлов (таких как SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ и т. д.) для осаждения на поверхности диоксида титана с целью формирования однородного слоя покрытия.
Процесс: Обычно методом осаждения в жидкой фазе соли металлов (такие как силикат натрия, сульфат алюминия) добавляются в суспензию диоксида титана, а значение pH регулируется для осаждения и покрытия гидрата оксида металла.
2. Композитное оксидное покрытие
Принцип: покрытие двух или более оксидов металлов (например, Al₂O₃-SiO₂, ZrO₂-SiO₂ и т. д.), объединяющее преимущества каждого компонента.
Особенности: Лучшая общая производительность, например, покрытие Al₂O₃-SiO₂ может одновременно улучшить диспергируемость и атмосферостойкость, подходит для востребованных автомобильных красок и рулонных покрытий.
3. Солевое покрытие
Принцип: использование солей металлов (например, фосфатов, силикатов, сульфатов и т. д.) для формирования плохо растворимого солевого слоя на поверхности диоксида титана.
Модификация органического покрытия
Благодаря реакции органических соединений с гидроксильными группами на поверхности диоксида титана образуется органический молекулярный слой для улучшения его совместимости с органическими средами.
1. Покрытие связующим агентом
Принцип: Используя амфифильную структуру молекул связующего агента (таких как силаны, титанаты, алюминаты), один конец соединяется с гидроксильной группой на поверхности диоксида титана, а другой конец реагирует с органической матрицей (такой как смола, полимер).
Силановый связующий агент: Улучшает диспергируемость диоксида титана в системах на водной основе, обычно используется в покрытиях и чернилах на водной основе.
Титанат/алюминатный связующий агент: Улучшает совместимость в масляных системах, таких как пластики и резины, и уменьшает агломерацию во время обработки.
2. Покрытие поверхностно-активным веществом
Принцип: Поверхностно-активные вещества (такие как жирные кислоты, сульфонаты, четвертичные аммониевые соли и т. д.) прикрепляются к поверхности диоксида титана посредством физической адсорбции или химической реакции, образуя слой заряда или гидрофобный слой.
Функция:
Анионные поверхностно-активные вещества (например, стеариновая кислота): улучшают диспергируемость в маслянистых средах, обычно используются в пластмассах и резине.
Катионные поверхностно-активные вещества (например, хлорид додецилтриметиламмония): подходят для полярных систем для повышения стабильности.
3. Полимерное покрытие
Принцип: привитые полимеры (например, акрилаты, эпоксидные смолы, силоксаны и т. д.) на поверхности диоксида титана посредством реакций полимеризации.
Функция:
Формируют толстый слой покрытия для дальнейшей изоляции химической эрозии и улучшения атмосферостойкости и механических свойств.
Улучшают совместимость со специфическими смолами, подходят для высокопроизводительных композитных материалов и покрытий.
4. Силиконовое покрытие
Принцип: используют характеристики низкой поверхностной энергии полисилоксана (силиконовое масло, силиконовая смола и т. д.) для покрытия частиц диоксида титана.
Функция: снижают поверхностное натяжение, улучшают диспергируемость и гладкость, обычно используются в чернилах и косметике.
III. Модификация композитного покрытия
Объединяя преимущества неорганических и органических покрытий, двойное покрытие выполняется поэтапно или одновременно для достижения дополнительных характеристик.
1. Сначала неорганическое, а затем органическое покрытие
2. Синхронное неорганико-органическое покрытие
Другие специальные технологии покрытия
1. Нанопокрытие
2. Микрокапсульное покрытие
Принцип: инкапсулировать частицы диоксида титана в полимерные микрокапсулы, высвобождать диоксид титана, контролируя условия разрыва капсулы (такие как температура, значение pH), подходит для интеллектуальных покрытий и систем с медленным высвобождением.
Материалы из магниевого сплава в маловысотной экономике
Как легкий материал, магниевый сплав стал идеальным выбором для маловысотных экономичных самолетов благодаря своей низкой плотности, высокой прочности, амортизации и способности экранировать электромагнитные волны. По сравнению с традиционными материалами магниевый сплав легче, может значительно увеличить время полета и повысить энергоэффективность. Кроме того, амортизация и способность экранировать электромагнитные волны магниевого сплава также могут повысить эксплуатационную безопасность и электромагнитную совместимость самолетов в сложных условиях.
Электрический самолет вертикального взлета и посадки (eVTOL)
Рама предохранителя: плотность магниевого сплава составляет всего 2/3 от плотности алюминиевого сплава и 1/4 от плотности стали. Использование его для каркаса фюзеляжа может значительно снизить вес самолета, улучшить грузоподъемность и дальность полета. Например, 2-тонный грузовой eVTOL компании Fengfei Aviation использует магниевый сплав для изготовления некоторых компонентов каркаса фюзеляжа, что эффективно обеспечивает легкость при обеспечении прочности конструкции.
Конструкция крыла: магниевый сплав обладает высокой удельной прочностью и может поддерживать структурную устойчивость крыла при больших аэродинамических нагрузках, одновременно снижая вес крыла, что способствует улучшению летных характеристик самолета.
Корпус двигателя: магниевый сплав обладает хорошей теплопроводностью и свойствами электромагнитного экранирования, что позволяет эффективно рассеивать тепло, выделяемое при работе генератора, защищать внутреннюю цепь двигателя от электромагнитных помех, продлевать срок службы двигателя и повышать эффективность работы двигателя. Например, корпус двигателя интеллектуального электрического летающего автомобиля Traveler X2 компании Xiaopeng Huitian изготовлен из магниевого сплава.
Аккумуляторный отсек: магниевый сплав может использоваться для изготовления аккумуляторных отсеков. Его низкая плотность помогает снизить общий вес самолета, а его характеристики электромагнитного экранирования могут предотвратить воздействие на аккумулятор внешних электромагнитных помех, обеспечивая безопасность и стабильную работу аккумулятора.
Кронштейн приборной панели: кронштейн приборной панели из магниевого сплава обладает хорошей жесткостью и устойчивостью и может поддерживать различные устройства и устройства отображения приборной панели eVTOL. В то же время его легкие характеристики также помогают снизить общий вес самолета.
БПЛА
Рама фюзеляжа: магниевый сплав имеет низкую плотность, что позволяет значительно снизить вес дрона, увеличить выносливость и грузоподъемность, а высокая удельная прочность может гарантировать, что фюзеляж может выдерживать различные нагрузки во время полета. Например, многороторный дрон «Hybrid Flyer» с рамой из магниевого сплава примерно на 30% легче, чем рама из традиционного материала, а также увеличивается время выносливости.
Крылья и хвосты: могут использоваться для изготовления внутренней опорной конструкции или общей обшивки крыльев и хвостов, обеспечивая при этом прочность конструкции и аэродинамические характеристики, снижая сопротивление полету и энергопотребление дронов, а также повышая эффективность и гибкость полета.
Кронштейн платы управления: обеспечивает устойчивую опору для платы управления. Его легкие характеристики помогают снизить центр тяжести дрона и улучшить устойчивость полета. В то же время характеристики электромагнитного экранирования могут снизить электромагнитные помехи между платами и обеспечить точную передачу сигналов управления.
Корпус датчика: используется для инкапсуляции различных датчиков, таких как камеры, модули GPS и т. д., при этом защищая датчики, уменьшая вес полезной нагрузки дронов, позволяя дронам нести больше оборудования или продлевая время полета, а коррозионная стойкость магниевых сплавов может адаптироваться к рабочим требованиям датчиков в различных средах.
Пропеллеры: магниевые сплавы могут использоваться для изготовления пропеллеров. Низкая плотность и высокая удельная прочность помогают повысить эффективность вращения пропеллера, снизить потребление энергии, уменьшить вес и, таким образом, улучшить общую производительность дронов.
Легкий вес магния, низкая стоимость и высокий запас делают его более выгодным, чем традиционные материалы, и, как ожидается, он решит дилемму высоких затрат на сырье и низкой эксплуатационной эффективности в низковысотном экономичном строительстве. Благодаря постоянному совершенствованию технологии производства магниевых сплавов крупномасштабное производство еще больше снизит затраты, тем самым способствуя его широкомасштабному применению в области низковысотного строительства.
Свойства стекловолокнистого композитного материала
Стекловолокно — это материал, состоящий из множества чрезвычайно тонких стеклянных волокон. Его изготавливают путем продавливания расплавленного стекла через сито, которое скручивает его в нити, а затем объединяет в стекловолокно.
Стекловолоконные композиты — это армированный пластиковый материал, состоящий из стеклянных волокон, встроенных в смоляную матрицу. Стекловолоконные композиты обладают превосходной удельной прочностью, легким весом, но имеют механические свойства, близкие к металлу; они устойчивы к ржавчине и могут долгое время выдерживать воздействие кислот, щелочей, влаги и соляного тумана, а также имеют более длительный срок службы, чем традиционные металлические материалы; производительность можно оптимизировать, регулируя укладку волокон и тип смолы, и их можно обрабатывать в сложные формы; они непроводящие и прозрачные для электромагнитных волн и подходят для специальных функциональных компонентов, таких как электрооборудование и обтекатели; по сравнению с высококачественными композитными материалами, такими как углеродное волокно, стекловолокно дешевле и является экономичным высокопроизводительным выбором материала.
Стекловолоконные композитные материалы, используемые в экономике низких высот
Широко используются в области беспилотных летательных аппаратов
Фюзеляж и структурные компоненты: армированный стекловолокном пластик (GFRP) широко используется в ключевых структурных компонентах, таких как фюзеляж, крылья и хвост дронов, благодаря своей легкости и высокой прочности.
Материалы лопастей: в производстве пропеллеров дронов стекловолокно используется в сочетании с такими материалами, как нейлон, для повышения жесткости и долговечности.
Важные материалы для электрических самолетов вертикального взлета и посадки (eVTOL)
Рама предохранителя и крылья: самолеты eVTOL предъявляют чрезвычайно высокие требования к легкости, а армированные стекловолокном композитные материалы часто используются в сочетании с углеродным волокном для оптимизации конструкции фюзеляжа и снижения затрат.
Функциональные компоненты: стекловолокно также используется в устройствах авионики eVTOL (например, усилителях мощности ВЧ), а его высокая термостойкость и изоляционные свойства делают его идеальным выбором.
Как стратегический базовый материал в экономике низких высот стекловолокно имеет широкие перспективы применения в дронах, eVTOL и других областях. При политической поддержке и технологическом прогрессе рыночный спрос будет продолжать расти и станет важной силой, способствующей развитию экономики низких высот.
Забытое золото: редкоземельный полировальный порошок
Полировальный порошок на основе редкоземельного церия в настоящее время является основным полировальным порошком из редкоземельных металлов. Он обладает превосходной производительностью полировки и может улучшить качество поверхности изделий или деталей. Он известен как «король полировальных порошков». Стеклообрабатывающая и электронная промышленность являются основными областями применения полировального порошка из редкоземельных металлов. Отходы полировального порошка из редкоземельных металлов, которые выходят из строя после полировки, составляют около 70% от объема производства каждый год. Компоненты отходов в основном состоят из остатков отходов полировального порошка из редкоземельных металлов, отработанной жидкости, осколков стекла от полировки деталей, шлифовальной шкурки (органического полимера) от полировальной ткани, масла и других примесей, а доля редкоземельных компонентов составляет 50%. Как утилизировать неисправный полировальный порошок из редкоземельных металлов, стало серьезной проблемой для компаний, занимающихся последующим применением.
В настоящее время обычно используемыми методами переработки отходов полировального порошка из редкоземельных металлов являются физическое разделение и химическое разделение.
Метод физического разделения
(1) Метод флотации
В последние годы технология флотации широко используется при переработке твердых отходов. Из-за разницы в гидрофильности компонентов в отходах редкоземельного полировочного порошка выбираются различные флотационные агенты для улучшения сродства компонентов в водном растворе, оставляя гидрофильные частицы в воде, тем самым достигая цели разделения. Однако размер частиц полировочного порошка влияет на скорость восстановления флотации, и чистота восстановления недостаточна.
Во время флотации выбираются различные собиратели, и эффект удаления примесей сильно различается. Ян Жирен и др. обнаружили, что при pH стиролфосфоновой кислоты 5 скорость восстановления оксида церия и оксида лантана после флотации достигает 95%, в то время как скорость восстановления фторида кальция и фторапатита составляет всего 20% максимум. Частицы диаметром менее 5 микрон необходимо дополнительно отделить для удаления примесей из-за плохого эффекта флотации.
(2) Метод магнитной сепарации
Отходы редкоземельного полировочного порошка обладают магнетизмом. На основе этого Мишима и др. разработали устройство с вертикальным магнитным полем для извлечения полировочной суспензии редкоземельных элементов. Когда скорость потока суспензии порошка отходов составляет 20 мм/с, время циркуляции составляет 30 мин, концентрация суспензии составляет 5%, а pH суспензии составляет 3, эффективность разделения диоксида церия и флокулянта железа может достигать 80%. Если изменить направление магнитного поля на горизонтальный градиент, а затем добавить раствор MnCl2, диоксид кремния и оксид алюминия с противоположными магнитными свойствами могут быть отделены от диоксида церия.
(3) Другие методы
Такахаши и др. заморозили суспензию порошка отходов, частицы которой нелегко осаждаются при -10 °C, а затем разморозили ее в среде с температурой 25 °C. Примеси и оксиды редкоземельных элементов образовали слой, который способствовал агрегации и извлечению полезных веществ из отходов.
Метод химического разделения
Химический метод в основном использует процесс восстановления после кислотного растворения и щелочного обжига и использует восстановитель в качестве вспомогательного реагента для получения сырья для полировального порошка редкоземельных элементов путем удаления примесей, экстракции и осаждения. Этот метод имеет высокую скорость восстановления редкоземельных элементов, но процесс длительный и затратный. Избыточная сильная кислота или сильная щелочь производит большое количество сточных вод. (1) Щелочная обработка
Основными примесями в отходах полировального порошка редкоземельных элементов являются оксид алюминия и диоксид кремния. Используйте раствор NaOH 4 моль/л для реакции с отходами полировального порошка редкоземельных элементов в течение 1 часа при 60 °C, чтобы удалить примеси диоксида кремния и оксида алюминия в отходах полировального порошка редкоземельных элементов.
(2) Кислотная обработка
При восстановлении редкоземельных элементов из отходов полировального порошка для выщелачивания часто используют азотную кислоту, серную кислоту и соляную кислоту. Диоксид церия, основной компонент отходов полировального порошка редкоземельных элементов, слабо растворяется в серной кислоте.
(3) Кислотное выщелачивание с помощью восстановителя
Если CeO2 напрямую выщелачивается кислотой, эффект неидеален. Если для восстановления Ce4+ до Ce3+ добавляется восстановитель, скорость выщелачивания редкоземельных элементов может быть улучшена. Использование восстановителя H2O2 для содействия выщелачиванию соляной кислотой отходов полировочного порошка редкоземельных элементов может значительно улучшить экспериментальные результаты.
Шесть технологических путей для получения кварцевого стекла высокой чистоты
Кварцевое стекло отличается высокой чистотой, высоким спектральным пропусканием, низким коэффициентом теплового расширения и отличной устойчивостью к тепловому удару, коррозии и глубокому ультрафиолетовому излучению. Оно широко используется в таких высокотехнологичных промышленных производственных областях, как оптика, аэрокосмическая промышленность и производство полупроводников.
Кварцевое стекло можно классифицировать по способу приготовления. Существует два основных типа сырья для приготовления кварцевого стекла. Первый тип — это кварцевый песок высокой чистоты, который используется для электроплавки и газовой очистки для приготовления плавленого кварцевого стекла при высоких температурах, превышающих 1800 °C; второй тип — это кремнийсодержащие соединения, которые используются для приготовления синтетического кварцевого стекла посредством химических реакций.
Метод электроплавки
Метод электроплавки заключается в плавлении порошкообразного кварцевого сырья в тигле с помощью электрического нагрева, а затем в формировании кварцевого стекла с помощью процесса стеклования с быстрым охлаждением. Основные методы нагрева включают сопротивление, дугу и индукцию средней частоты.
Метод газовой очистки
В промышленном отношении метод газовой очистки появился немного позже метода электроплавки. Он использует водородно-кислородное пламя для плавления природного кварца, а затем постепенно накапливает его на поверхности мишени из кварцевого стекла. Плавленое кварцевое стекло, полученное методом газовой очистки, в основном используется для электрических источников света, полупроводниковой промышленности, сферических ксеноновых ламп и т. д. В первые дни крупнокалиберные прозрачные кварцевые стеклянные трубки и тигли напрямую плавились с кварцевым песком высокой чистоты на специальном оборудовании с использованием водородно-кислородного пламени. Сейчас метод газовой очистки обычно используется для приготовления кварцевых слитков, а затем кварцевые слитки подвергаются холодной или горячей обработке для получения требуемых изделий из кварцевого стекла.
Метод CVD
Принцип метода CVD заключается в нагревании летучей жидкости SiCl4 до газообразного состояния, а затем введении газообразного SiCl4 в водородно-кислородное пламя, образованное при сгорании водорода и кислорода под действием газа-носителя (O2), реакции с водяным паром при высокой температуре с образованием аморфных частиц, осаждения на вращающейся подложке осаждения, а затем плавления при высокой температуре с образованием кварцевого стекла.
Метод PCVD
Процесс PCVD был впервые предложен компанией Corning в 1960-х годах. Он использует плазму для замены водородно-кислородного пламени в качестве источника тепла для получения кварцевого стекла. Температура плазменного пламени, используемого в процессе PCVD, намного выше, чем у обычного пламени. Его внутренняя температура может достигать 15000 К, а средняя температура составляет 4000–5000 К. Рабочий газ может быть соответствующим образом выбран в соответствии с конкретными требованиями процесса.
Двухступенчатый метод CVD
Традиционный метод CVD также называется одноступенчатым методом или прямым методом. Поскольку в реакции участвует водяной пар, содержание гидроксила в кварцевом стекле, полученном одноступенчатым методом CVD, как правило, высокое и его трудно контролировать. Чтобы преодолеть этот недостаток, инженеры усовершенствовали одноступенчатый метод CVD и разработали двухступенчатый метод CVD, также называемый методом косвенного синтеза.
Термическая модификация
Метод термической модификации сначала размягчает базовый материал кварцевого стекла путем его нагрева, а затем получает желаемый продукт с помощью таких методов, как продавливание и вытяжка. В печи термической модификации корпус печи нагревается электромагнитным индукционным нагревом. Переменный ток, проходящий через индукционную катушку в печи, создает переменное электромагнитное поле в пространстве, а электромагнитное поле воздействует на нагревательный элемент, генерируя ток и тепло. По мере повышения температуры базовый материал кварцевого стекла размягчается, и в это время можно сформировать стержень/трубку из кварцевого стекла, вытягивая его вниз трактором. Регулируя температуру в печи и скорость вытягивания, можно вытягивать стержни/трубки из кварцевого стекла разных диаметров. Расположение катушки и конструкция печи электромагнитной индукционной нагревательной печи оказывают большое влияние на температурное поле в печи. В реальном производстве температурное поле в печи необходимо строго контролировать, чтобы обеспечить качество изделий из кварцевого стекла.
Каковы виды и области применения бентонита?
Бентонит в основном делится на несколько типов, таких как натриевый бентонит, кальциевый бентонит, водородный бентонит и органический бентонит, в зависимости от разницы межслойных катионов.
Натриевый бентонит: Он обладает отличной набухаемостью, водопоглощением, адгезией и пластичностью и является наиболее широко используемым типом бентонита.
Кальциевый бентонит: По сравнению с натриевым бентонитом его набухание и адгезия немного слабее, но цена более экономична, и он подходит для некоторых случаев с низкими требованиями к производительности.
Водородный бентонит: Он обладает особыми химическими свойствами и может проявлять уникальные свойства при определенных условиях, таких как высокая температурная стабильность.
Органический бентонит: Благодаря органической модификации он обладает лучшей диспергируемостью, суспензией и стабильностью и подходит для областей применения высокого класса.
Широкое применение бентонита
Универсальность бентонита делает его важным в различных областях, и его широкий спектр областей применения поражает.
Строительная сфера: бентонит широко используется в производстве строительных звукоизоляционных и теплоизоляционных материалов, водонепроницаемых покрытий, стеновых материалов и других продуктов благодаря своему превосходному расширению и адгезии, что обеспечивает надежную поддержку зеленого развития строительной отрасли.
Сфера охраны окружающей среды: бентонит обладает сильной адсорбционной способностью и может адсорбировать вредные вещества, такие как ионы тяжелых металлов и органические загрязнители в воде. Это важный материал в области охраны окружающей среды. В то же время бентонит также может использоваться при строительстве противофильтрационных слоев на свалках для эффективного предотвращения утечки фильтрата свалки.
Металлургическая сфера: бентонит в основном используется в качестве материала для футеровки печей в металлургической промышленности. Он устойчив к высоким температурам и эрозии и защищает корпус печи от высокотемпературного шлака.
Сельскохозяйственная сфера: бентонит выполняет функцию улучшения структуры почвы и повышения ее плодородия. Добавляя бентонит, можно улучшить воздухопроницаемость и водоудержание почвы, а также стимулировать рост урожая.
Литейная промышленность: Бентонит используется в качестве покрытия и адгезива в литейной промышленности для улучшения качества поверхности и прочности отливок.
Пищевая промышленность: Бентонит в основном используется для отбеливания и очистки в пищевой промышленности, например, для обесцвечивания масел и жиров, очистки сахарных растворов и т. д.
Бурение нефтяных скважин: Бентонит является важным сырьем для бурового раствора для нефтяных скважин, который может регулировать вязкость, усилие сдвига и водоотдачу раствора и повышать эффективность бурения.
Спрос на оборудование для производства бентонитового порошка
С постоянным расширением областей применения бентонита растет и спрос на оборудование для производства бентонитового порошка. При выборе шлифовального оборудования необходимо учитывать множество факторов, таких как производительность оборудования, производственная мощность, потребление энергии и послепродажное обслуживание.
При выборе минерального порошка для пластмасс обратите внимание на эти 11 показателей
Обычные минеральные порошковые материалы, используемые в пластмассовой промышленности, включают карбонат кальция (тяжелый кальций, легкий кальций, нанокальций), тальк, каолин, волластонит, бруситовый порошок, порошок слюды, порошок барита, сульфат бария и многие другие разновидности. Для основной цели наполнения его обычно можно использовать в количестве от десятков до сотен частей на 100 частей. Для улучшения производительности и снижения затрат его обычно можно использовать в десятках деталей.
Свойства неорганических минеральных наполнителей оказывают множество эффектов на пластмассовые изделия, включая физический и химический состав и свойства, размер и распределение частиц, форму частиц и свойства поверхности, а также плотность, твердость, белизну и т. д., которые влияют на требования к производительности и параметрам процесса пластмасс.
1. Характеристики геометрической формы
Влияние частиц наполнителя различной геометрической формы на прочность их пластмассовых изделий обычно волокнистое> чешуйчатое> столбчатое> кубическое> сферическое. Чешуйчатые наполнители помогают улучшить механическую прочность изделий, но не способствуют формовочной обработке.
2. Размер частиц и характеристики поверхности
Вообще говоря, чем меньше размер частиц неорганических неметаллических минеральных наполнителей, тем лучше механические свойства пластмасс при их равномерном распределении. Однако при уменьшении размера частиц наполнителя технология обработки усложняется, а стоимость соответственно увеличивается.
3. Удельная площадь поверхности
Чем больше удельная площадь поверхности, тем лучше сродство между наполнителем и смолой, но тем сложнее активировать поверхность наполнителя и тем выше стоимость. Однако для частиц наполнителя одинакового объема, чем шероховатее поверхность, тем больше удельная площадь поверхности.
4. Плотность
Частицы разной формы имеют разные размеры и распределение частиц. При одинаковой массе кажущаяся плотность частиц с одинаковой истинной плотностью может быть разной из-за разных объемов укладки.
5. Твердость
Высокая твердость может улучшить износостойкость изделий, но она будет изнашивать технологическое оборудование. Люди не хотят, чтобы преимущества использования наполнителей были нивелированы износом технологического оборудования. Для наполнителей определенной твердости интенсивность износа металлической поверхности технологического оборудования увеличивается с увеличением размера частиц наполнителя, а ее интенсивность износа имеет тенденцию быть стабильной после определенного размера частиц.
6. Цвет
Чтобы избежать явных изменений цвета матрицы наполненного материала или неблагоприятного воздействия на окраску матрицы, большинство производственных требований требуют, чтобы белизна была как можно выше.
7. Значение маслопоглощения
Значение маслопоглощения наполнителя влияет на количество пластификатора, используемого в системе наполнения, и на обрабатываемость материала. Наполнители с низкими значениями маслопоглощения имеют хорошую обрабатываемость системы наполнения и легко смешиваются со смолами, что может уменьшить количество используемого пластификатора.
8. Оптические свойства
Некоторые продукты могут использовать поглощение света наполнителями для повышения температуры, например, сельскохозяйственные пластиковые теплицы.
9. Электрические свойства
За исключением графита, большинство неорганических минеральных наполнителей являются электроизоляторами.
10. Химический состав
Химическая активность, поверхностные свойства (эффекты), термические свойства, оптические свойства, электрические свойства, магнитные свойства и т. д. неорганических минеральных наполнителей в значительной степени зависят от химического состава.
11. Термохимический эффект
Полимеры легко горят, но большинство неорганических минеральных наполнителей из-за собственной негорючести уменьшают количество горючих веществ после добавления в полимерную матрицу и задерживают горение матрицы. Экологически чистый огнестойкий наполнитель.
Короче говоря, роль неорганических неметаллических минеральных наполнителей в полимерных композитах можно обобщить как увеличение, улучшение и предоставление новых функций. Однако, поскольку неорганические неметаллические минеральные наполнители и органические полимеры имеют плохую совместимость, неорганические неметаллические минеральные наполнители модифицируются для улучшения их совместимости с органическими полимерами и предотвращения неравномерного распределения напряжений, вызванного прямым добавлением.