Termal yönetim malzemelerinde termal plazma teknolojisine dayalı toz hazırlamanın uygulanması
Elektronik cihazların minyatürleştirilmesi ve entegrasyonu, polimer bazlı termal yönetim malzemeleri için daha yüksek ısı dağılımı gereksinimlerini ortaya koymuştur. Etkili termal iletim yolları oluşturmak için yeni yüksek termal iletkenliğe sahip dolgu maddelerinin geliştirilmesi, yüksek performanslı termal yönetim malzemelerine ulaşmanın anahtarıdır.
Termal plazma teknolojisi, yüksek sıcaklığı, kontrol edilebilir reaksiyon atmosferi, yüksek enerji yoğunluğu ve düşük kirliliği nedeniyle küresel silikon tozu ve alümina tozu gibi nano ve mikron şekilli küresel tozların hazırlanmasında büyük avantajlara sahiptir.
Termal plazma teknolojisi
Plazma, katı, sıvı ve gaza ek olarak maddenin dördüncü halidir. Elektronlardan, katyonlardan ve nötr parçacıklardan oluşan genel olarak elektriksel olarak nötr bir agregadır. Plazmadaki ağır parçacıkların sıcaklığına göre plazma iki kategoriye ayrılabilir: sıcak plazma ve soğuk plazma.
Sıcak plazmadaki ağır iyonların sıcaklığı 3×103 ila 3×104K'ye ulaşabilir ve bu temelde yerel termodinamik denge durumuna ulaşır. Bu durumda, termal plazmanın şu ilişkisi vardır: elektron sıcaklığı Te = plazma sıcaklığı Th = uyarılma sıcaklığı Tex = iyonlaşma reaksiyon sıcaklığı Treac, bu nedenle termal plazmanın düzgün bir termodinamik sıcaklığı vardır.
Küresel tozların plazma hazırlanması
Yüksek frekanslı termal plazmanın yüksek sıcaklık ve hızlı soğutma hızı özelliklerine dayanarak, nanotozlar hazırlamak için fiziksel buhar biriktirme teknolojisi kullanılır.
Plazma ile küresel tozları hazırlamanın iki ana yolu vardır.
Birincisi, düzensiz şekilli ve büyük boyutlu ham madde tozlarını termal plazmanın yüksek sıcaklık arkına geçirmek ve termal plazmanın ürettiği yüksek sıcaklık ortamını ham madde parçacıklarını hızla ısıtmak ve eritmek (veya yüzeyi eritmek) için kullanmaktır. Yüzey gerilimi nedeniyle, erimiş toz bir küre oluşturur ve küresel bir toz elde etmek için uygun bir soğutma hızında katılaşır. İkincisi, düzensiz tozları veya öncülleri ham madde ve termal plazmayı yüksek sıcaklıklı bir ısı kaynağı olarak kullanmaktır. Ham maddeler, içindeki aktif parçacıklarla reaksiyona girer ve hızla soğutulur ve biriktirilerek ideal toz malzemeler üretilir.
Yüksek sıcaklık, yüksek enerji, kontrol edilebilir atmosfer ve termal plazma kirliliği olmaması özelliklerinden yararlanılarak, besleme, soğutma hızı ve plazma gücü gibi hazırlama sürecindeki parametreler kontrol edilerek yüksek saflıkta, yüksek küresellikte ve farklı boyutlarda küresel tozlar hazırlanabilir. Bu nedenle, küresel tozları hazırlamak için plazma teknolojisinin kullanımı enerji, havacılık, kimya endüstrisi ve diğer alanlarda giderek daha yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
Silisyum mikro tozunun temel uygulama alanları ve özellikleri
Silika tozu, ana bileşeni silikon dioksit olan inorganik metalik olmayan bir malzemedir. Hammadde olarak kristal kuvars, erimiş kuvars vb.'den yapılır ve öğütme, hassas derecelendirme, safsızlık giderme ve diğer işlemlerle işlenir. Mükemmel dielektrik özelliklere, düşük termal genleşme katsayısına ve yüksek termal iletkenliğe sahiptir. Bakır kaplı laminatlarda, epoksi kalıplama bileşiklerinde, yalıtım malzemelerinde, yapıştırıcılarda, kaplamalarda, seramiklerde ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılır.
1. Bakır kaplı laminat
Bakır kaplı laminat, "bakır folyo + dielektrik yalıtım katmanı (reçine ve takviye malzemesi) + bakır folyo" yapısına sahip baskılı devre kartlarının üretimi için önemli bir alt tabakadır. Çeşitli devre sistemleri için bir akış yukarı temel malzemedir.
Bakır kaplı laminatlar için dolgu seçimleri arasında silikon mikro tozu, alüminyum hidroksit, magnezyum hidroksit, talk pudrası, mika tozu ve diğer malzemeler bulunur. Bunlar arasında, silikon mikro tozu ısı direnci, mekanik özellikler, elektriksel özellikler ve reçine sistemlerinde dağılabilirlik açısından göreceli avantajlara sahiptir. Isı direncini ve nem direncini iyileştirmek, ince bakır kaplı laminatların sertliğini iyileştirmek, termal genleşme katsayısını azaltmak, boyutsal kararlılığı iyileştirmek, delme konumlandırma doğruluğunu ve iç duvar pürüzsüzlüğünü iyileştirmek, katmanlar arasındaki veya yalıtım katmanları ile bakır folyo arasındaki yapışmayı iyileştirmek vb. için kullanılabilir, bu nedenle bakır kaplı laminat dolgularında tercih edilir.
Küresel silikon mikro tozu en iyi performansa sahiptir ancak maliyeti yüksektir ve yalnızca üst düzey bakır kaplı laminatlar alanında kullanılır. Termal iletkenlik, dolgu, termal genleşme ve dielektrik özellikler açısından küresel silikon mikro tozunun performansı daha iyidir, ancak fiyat açısından açısal silikon mikro tozu daha düşüktür. Bu nedenle, kapsamlı performans ve maliyet göz önüne alındığında, küresel silikon mikro tozu şu anda esas olarak yüksek frekanslı ve yüksek hızlı bakır kaplı laminatlar, IC taşıyıcıları vb. gibi yüksek kaliteli bakır kaplı laminatlar alanında kullanılmaktadır ve uygulama senaryosu ne kadar yüksekse, ekleme oranı da o kadar yüksektir.
2. Epoksi kalıplama bileşiği
Epoksi kalıplama bileşiği, baz reçine olarak epoksi reçineden, kürleme maddesi olarak yüksek performanslı fenolik reçineden, dolgu maddesi olarak silikon tozundan ve çeşitli katkı maddelerinden yapılmış toz halinde bir kalıplama bileşiğidir. Entegre devreler gibi yarı iletken paketleme için temel bir malzemedir (yarı iletken paketlemenin %97'sinden fazlası epoksi kalıplama bileşiği kullanır).
3. Elektrik yalıtım malzemesi
Elektrik yalıtım ürünlerinde kullanılan silikon tozu, kürlenmiş ürünün doğrusal genleşme katsayısını ve kürleme işlemi sırasında büzülme oranını etkili bir şekilde azaltabilir, iç stresi azaltabilir ve yalıtım malzemesinin mekanik mukavemetini iyileştirebilir, böylece yalıtım malzemesinin mekanik ve elektriksel özelliklerini etkili bir şekilde iyileştirebilir ve geliştirebilir. Bu nedenle, bu alandaki müşterilerin silikon mikro tozuna yönelik işlevsel gereksinimleri daha çok düşük doğrusal genleşme katsayısı, yüksek yalıtım ve yüksek mekanik mukavemet olarak yansıtılırken, dielektrik özellikleri ve termal iletkenlik gereksinimleri nispeten düşüktür.
Elektriksel yalıtım malzemeleri alanında, ortalama 5-25 µm parçacık boyutuna sahip tek spesifikasyonlu silikon mikro tozu ürünleri genellikle elektriksel yalıtım ürünlerinin özelliklerine ve üretim süreçlerinin gereksinimlerine göre seçilir ve ürün beyazlığı, parçacık boyutu dağılımı vb. konularda yüksek gereksinimler ortaya çıkar.
4. Yapıştırıcılar
Yapıştırıcı reçineye doldurulmuş silikon mikro tozu, kürlenmiş ürünün doğrusal genleşme katsayısını ve kürleme sırasındaki büzülme oranını etkili bir şekilde azaltabilir, yapıştırıcının mekanik mukavemetini iyileştirebilir, ısı direncini, anti-geçirgenliği ve ısı dağılımı performansını iyileştirebilir, böylece bağlama ve sızdırmazlık etkisini iyileştirebilir.
Silikon mikro tozunun parçacık boyutu dağılımı, yapıştırıcının viskozitesini ve tortulaşmasını etkileyecek ve böylece yapıştırıcının işlenebilirliğini ve kürlemeden sonraki doğrusal genleşme katsayısını etkileyecektir.
5. Petek seramikler
Otomobil egzoz arıtımı için petek seramik taşıyıcılar ve kordierit malzeme otomobil egzoz filtresi DPF dizel motor egzoz arıtımı için alümina, silikon mikro tozu ve diğer malzemelerden karıştırma, ekstrüzyon kalıplama, kurutma, sinterleme ve diğer işlemler yoluyla yapılır. Küresel silikon mikro tozu, petek seramik ürünlerinin kalıplama oranını ve kararlılığını iyileştirebilir.
Titanyum dioksit kaplama modifikasyonu
Titanyum dioksitin (titanyum dioksit) kaplama modifikasyonu, performansını (dağılabilirlik, hava koşullarına dayanıklılık, parlaklık, kimyasal kararlılık vb. gibi) iyileştirmek için önemli bir araçtır. Yaygın kaplama modifikasyon yöntemleri esas olarak üç kategoriyi içerir: inorganik kaplama, organik kaplama ve kompozit kaplama. Aşağıda belirli bir sınıflandırma ve kısa bir giriş bulunmaktadır:
İnorganik kaplama modifikasyonu
Titanyum dioksit parçacıklarının yüzeyine bir inorganik oksit veya tuz tabakası kaplayarak, kimyasal kararlılığını ve optik özelliklerini iyileştirmek için fiziksel bir bariyer oluşturulur.
1. Oksit kaplama
Prensip: Metal oksitlerin hidratını (SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ vb. gibi) kullanarak titanyum dioksitin yüzeyinde çökelterek düzgün bir kaplama tabakası oluşturun.
İşlem: Genellikle sıvı faz biriktirme yöntemi ile titanyum dioksit bulamacına metal tuzları (sodyum silikat, alüminyum sülfat gibi) eklenir ve pH değeri ayarlanarak metal oksit hidratı çökeltilir ve kaplanır.
2. Kompozit oksit kaplama
Prensip: İki veya daha fazla metal oksidi (Al₂O₃-SiO₂, ZrO₂-SiO₂, vb. gibi) kaplamak, her bir bileşenin avantajlarını birleştirmek.
Özellikler: Daha iyi genel performans, örneğin Al₂O₃-SiO₂ kaplaması aynı anda dağılabilirliği ve hava koşullarına dayanıklılığı iyileştirebilir, yüksek talep gören otomotiv boyaları ve bobin kaplamaları için uygundur.
3. Tuz kaplama
Prensip: Titanyum dioksitin yüzeyinde zayıf çözünen bir tuz tabakası oluşturmak için metal tuzları (fosfatlar, silikatlar, sülfatlar, vb. gibi) kullanın.
Organik kaplama modifikasyonu
Titanyum dioksitin yüzeyindeki hidroksil gruplarıyla organik bileşiklerin reaksiyonu yoluyla, organik ortamla uyumluluğunu iyileştirmek için organik bir moleküler tabaka oluşturulur.
1. Bağlantı maddesi kaplaması
Prensip: Bağlantı maddesi moleküllerinin (silan, titanat, alüminat gibi) amfifilik yapısını kullanarak, bir ucu titanyum dioksitin yüzeyindeki hidroksil grubuyla birleştirilir ve diğer ucu organik matrisle (reçine, polimer gibi) reaksiyona girer.
Silan bağlantı maddesi: Su bazlı sistemlerde titanyum dioksitin dağılabilirliğini artırır, genellikle su bazlı kaplamalarda ve mürekkeplerde kullanılır.
Titanat/alüminat bağlantı maddesi: Plastikler ve kauçuklar gibi yağlı sistemlerde uyumluluğu artırır ve işleme sırasında aglomerasyonu azaltır.
2. Yüzey aktif madde kaplaması
Prensip: Yüzey aktif maddeler (yağ asitleri, sülfonatlar, kuaterner amonyum tuzları vb. gibi) fiziksel adsorpsiyon veya kimyasal reaksiyon yoluyla titanyum dioksitin yüzeyine bağlanarak bir yük tabakası veya hidrofobik tabaka oluşturur.
İşlev:
Aniyonik yüzey aktif maddeler (stearik asit gibi): Yağlı ortamlarda dağılabilirliği artırır, genellikle plastiklerde ve kauçukta kullanılır.
Katyonik yüzey aktif maddeler (dodesiltrimetilamonyum klorür gibi): Kararlılığı artırmak için polar sistemler için uygundur.
3. Polimer kaplama
İlke: Polimerizasyon reaksiyonları yoluyla titanyum dioksitin yüzeyine polimerleri (akrilatlar, epoksi reçineleri, siloksanlar vb.) aşılayın.
İşlev:
Kimyasal erozyonu daha da izole etmek ve hava koşullarına dayanıklılığı ve mekanik özellikleri iyileştirmek için kalın bir kaplama tabakası oluşturun.
Belirli reçinelerle uyumluluğu artırın, yüksek performanslı kompozit malzemeler ve kaplamalar için uygundur.
4. Silikon kaplama
İlke: Titanyum dioksit parçacıklarını kaplamak için polisiloksanın (silikon yağı, silikon reçinesi vb.) düşük yüzey enerjisi özelliklerini kullanın.
İşlev: Yüzey gerilimini azaltın, dağılabilirliği ve pürüzsüzlüğü artırın, genellikle mürekkeplerde ve kozmetiklerde kullanılır.
III. Kompozit kaplama modifikasyonu
İnorganik ve organik kaplamaların avantajlarını birleştiren çift kaplama, tamamlayıcı performans elde etmek için aşamalı olarak veya eş zamanlı olarak gerçekleştirilir.
1. Önce inorganik ve sonra organik kaplama
2. İnorganik-organik senkron kaplama
Diğer özel kaplama teknolojileri
1. Nano kaplama
2. Mikrokapsül kaplama
Prensip: Titanyum dioksit parçacıklarını polimer mikrokapsüllere kapsülleyin, kapsülün yırtılma koşullarını (sıcaklık, pH değeri gibi) kontrol ederek titanyum dioksiti serbest bırakın, akıllı kaplamalar ve yavaş salınımlı sistemler için uygundur.
Düşük irtifa ekonomisinde magnezyum alaşımlı malzemeler
Hafif bir malzeme olan magnezyum alaşımı, düşük yoğunluğu, yüksek mukavemeti, şok emilimi ve elektromanyetik dalga koruma yetenekleri nedeniyle düşük irtifa ekonomik uçaklar için ideal bir seçim haline gelmiştir. Geleneksel malzemelerle karşılaştırıldığında magnezyum alaşımı daha hafiftir, uçuş süresini önemli ölçüde uzatabilir ve enerji verimliliğini artırabilir. Ayrıca, magnezyum alaşımının şok emilimi ve elektromanyetik koruma yetenekleri, uçağın karmaşık ortamlardaki çalışma güvenliğini ve elektromanyetik uyumluluğunu da iyileştirebilir.
Elektrikli dikey kalkış ve iniş uçağı (eVTOL)
Sigorta çerçevesi: Magnezyum alaşımının yoğunluğu, alüminyum alaşımının yalnızca 2/3'ü ve çeliğin 1/4'üdür. Gövde çerçevesi için kullanılması, uçağın ağırlığını önemli ölçüde azaltabilir, yük kapasitesini ve menzilini iyileştirebilir. Örneğin, Fengfei Aviation'ın 2 tonluk kargo eVTOL'u, yapısal mukavemeti sağlarken etkili bir şekilde hafifliğe ulaşan bazı gövde çerçevesi bileşenlerini üretmek için magnezyum alaşımı kullanır.
Kanat yapısı: Magnezyum alaşımı yüksek özgül mukavemete sahiptir ve büyük aerodinamik yükler altında kanadın yapısal kararlılığını koruyabilirken, kanadın ağırlığını azaltarak uçağın uçuş performansını iyileştirmeye yardımcı olur.
Motor gövdesi: Magnezyum alaşımı iyi termal iletkenliğe ve elektromanyetik koruma özelliklerine sahiptir, bu da jeneratörün çalışmasıyla oluşan ısıyı etkili bir şekilde dağıtabilir, motorun iç devresini elektromanyetik girişimden koruyabilir, motorun hizmet ömrünü uzatabilir ve motorun çalışma verimliliğini artırabilir. Örneğin, Xiaopeng Huitian'ın Traveler X2 akıllı elektrikli uçan arabasının motor gövdesi magnezyum alaşımlı malzemeden yapılmıştır.
Pil bölmesi: Magnezyum alaşımı pil bölmeleri üretmek için kullanılabilir. Düşük yoğunluğu uçağın genel ağırlığını azaltmaya yardımcı olur ve elektromanyetik koruma performansı, pilin harici elektromanyetik girişim tarafından engellenmesini önleyerek pilin güvenliğini ve kararlı çalışmasını sağlar.
Gösterge paneli braketi: Magnezyum alaşımlı gösterge paneli braketi iyi bir sertliğe ve kararlılığa sahiptir ve eVTOL gösterge panelinin çeşitli cihazlarını ve ekran cihazlarını destekleyebilir. Aynı zamanda hafif özellikleri uçağın genel ağırlığını azaltmaya da yardımcı olur.
İHA
Gövde çerçevesi: Magnezyum alaşımı düşük yoğunluğa sahiptir, bu da dronun ağırlığını önemli ölçüde azaltabilir, dayanıklılığı ve yük kapasitesini artırabilir ve yüksek özgül mukavemet, gövdenin uçuş sırasında çeşitli streslere dayanabilmesini sağlayabilir. Örneğin, magnezyum alaşımlı çerçeveye sahip çok rotorlu drone "Hybrid Flyer", geleneksel malzeme çerçevesinden yaklaşık %30 daha hafiftir ve dayanıklılık süresi de uzatılmıştır.
Kanatlar ve kuyruklar: yapısal mukavemet ve aerodinamik performans sağlarken, dronların uçuş direncini ve enerji tüketimini azaltarak ve uçuş verimliliğini ve esnekliğini artırarak kanatların ve kuyrukların iç destek yapısını veya genel kaplamasını üretmek için kullanılabilir.
Kontrol devre kartı braketi: kontrol devre kartı için sabit destek sağlar. Hafif özellikleri, dronun ağırlık merkezini düşürmeye ve uçuş kararlılığını artırmaya yardımcı olur. Aynı zamanda, elektromanyetik koruma performansı devre kartları arasındaki elektromanyetik paraziti azaltabilir ve kontrol sinyallerinin doğru bir şekilde iletilmesini sağlayabilir.
Sensör muhafazası: Kameralar, GPS modülleri vb. gibi çeşitli sensörleri kapsüllemek için kullanılırken sensörleri korur, dronların yük ağırlığını azaltır, dronların daha fazla ekipman taşımasına veya uçuş süresini uzatmasına olanak tanır ve magnezyum alaşımlarının korozyon direnci farklı ortamlardaki sensörlerin çalışma gereksinimlerine uyum sağlayabilir.
Pervaneler: Magnezyum alaşımları pervane üretmek için kullanılabilir. Düşük yoğunluk ve yüksek özgül mukavemet, pervane dönüş verimliliğini artırmaya, enerji tüketimini azaltmaya, ağırlığı azaltmaya ve böylece dronların genel performansını iyileştirmeye yardımcı olur.
Magnezyumun hafifliği, düşük maliyeti ve yüksek rezervi onu geleneksel malzemelerden daha avantajlı hale getirir ve düşük irtifa ekonomik inşaatta yüksek hammadde maliyetleri ve düşük işletme verimliliği ikilemini çözmesi beklenmektedir. Magnezyum alaşımı üretim teknolojisinin sürekli ilerlemesiyle, büyük ölçekli üretim maliyetleri daha da düşürecek ve böylece düşük irtifa alanında büyük ölçekli uygulamasını teşvik edecektir.
Cam elyaf kompozit malzeme özellikleri
Fiberglas, çok sayıda son derece ince cam elyafından oluşan bir malzemedir. Erimiş camı bir elekten geçirerek, ipliklere dönüştürerek ve ardından cam elyafları oluşturmak üzere birleştirerek yapılır.
Fiberglas kompozitler, reçine matrisine gömülmüş cam elyaflarından oluşan takviyeli plastik bir malzemedir. Fiberglas kompozitler mükemmel özgül mukavemete sahiptir, hafiftir ancak metale yakın mekanik özelliklere sahiptir; paslanmazdır ve asit, alkali, nem ve tuz püskürtme ortamlarına uzun süre dayanabilir ve geleneksel metal malzemelerden daha uzun bir hizmet ömrüne sahiptir; performans, elyaf yerleşimi ve reçine türü ayarlanarak optimize edilebilir ve karmaşık şekillere işlenebilir; iletken değildir ve elektromanyetik dalgalara karşı şeffaftır ve elektrikli ekipman ve radome gibi özel işlevsel bileşenler için uygundur; karbon fiber gibi üst düzey kompozit malzemelerle karşılaştırıldığında, fiberglas daha ucuzdur ve ekonomik, yüksek performanslı bir malzeme seçimidir.
Alçak irtifa ekonomisinde kullanılan cam elyaf kompozit malzemeler
Drone alanında yaygın olarak kullanılır
Gövde ve yapısal bileşenler: Cam elyaf takviyeli plastik (GFRP), hafifliği ve yüksek mukavemeti nedeniyle dronların gövdesi, kanatları ve kuyruğu gibi temel yapısal bileşenlerde yaygın olarak kullanılır.
Kanat Malzemeleri: Drone pervanesi üretiminde, fiberglas, sertliği ve dayanıklılığı artırmak için naylon gibi malzemelerle birlikte kullanılır.
Elektrikli dikey kalkış ve iniş uçağı (eVTOL) için önemli malzemeler
Sigorta çerçevesi ve kanatlar: eVTOL uçaklarının hafiflik için son derece yüksek gereksinimleri vardır ve cam elyaf takviyeli kompozit malzemeler genellikle gövde yapısını optimize etmek ve maliyetleri düşürmek için karbon fiberle birlikte kullanılır.
İşlevsel bileşenler: Cam elyaf, eVTOL aviyonik cihazlarında (RF güç amplifikatörleri gibi) da kullanılır ve yüksek sıcaklık direnci ve yalıtım özellikleri onu ideal bir seçim haline getirir.
Alçak irtifa ekonomisinde stratejik bir temel malzeme olarak cam elyaf, dronlarda, eVTOL'de ve diğer alanlarda geniş uygulama beklentilerine sahiptir. Politika desteği ve teknolojik ilerlemeyle birlikte, pazar talebi büyümeye devam edecek ve düşük irtifa ekonomisinin gelişimini teşvik etmede önemli bir güç haline gelecektir.
İhmal edilen altın: nadir toprak parlatma tozu
Nadir toprak seryum bazlı parlatma tozu, şu anda ana akım nadir toprak parlatma tozudur. Mükemmel parlatma performansına sahiptir ve ürünlerin veya parçaların yüzey kalitesini iyileştirebilir. "Parlatma tozunun kralı" olarak bilinir. Cam işleme endüstrisi ve elektronik endüstrisi, nadir toprak parlatma tozunun ana alt akış uygulama alanlarıdır. Parlatmadan sonra bozulan nadir toprak parlatma tozu atığı, her yıl çıktının yaklaşık %70'ini oluşturur. Atık bileşenleri çoğunlukla nadir toprak parlatma tozu atık kalıntıları, atık sıvı, parlatma iş parçalarından gelen cam parçaları, parlatma bezinden gelen öğütme derisi (organik polimer), yağ ve diğer safsızlıklardan gelir ve nadir toprak bileşenlerinin oranı %50'dir. Başarısız nadir toprak parlatma tozunun nasıl bertaraf edileceği, alt akış uygulama şirketleri için büyük bir sorun haline gelmiştir.
Günümüzde, nadir toprak parlatma tozu atıklarının geri dönüştürülmesinde yaygın olarak kullanılan yöntemler fiziksel ayırma ve kimyasal ayırmadır.
Fiziksel ayırma yöntemi
(1) Flotasyon yöntemi
Son yıllarda, flotasyon teknolojisi katı atık arıtımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Atık nadir toprak parlatma tozundaki bileşenlerin hidrofilikliğindeki farklılık nedeniyle, bileşenlerin sulu çözeltideki afinitesini iyileştirmek için farklı flotasyon maddeleri seçilir, hidrofilik parçacıklar suda bırakılır ve böylece ayırma amacına ulaşılır. Ancak, parlatma tozu parçacıklarının boyutu flotasyon geri kazanım oranını etkiler ve geri kazanım saflığı yeterli değildir.
Flotasyon sırasında farklı toplayıcılar seçilir ve safsızlık giderme etkisi büyük ölçüde değişir. Yang Zhiren ve arkadaşları, stirenfosfonik asidin pH'ı 5 olduğunda, flotasyondan sonra seryum oksit ve lantan oksit geri kazanım oranının %95'e ulaştığını, kalsiyum florür ve floroapatitin geri kazanım oranının ise en fazla %20 olduğunu buldu. 5 mikrondan daha küçük çaplı parçacıkların, zayıf flotasyon etkisi nedeniyle safsızlıkları gidermek için daha fazla ayrılması gerekir.
(2) Manyetik ayırma yöntemi
Atık nadir toprak parlatma tozu manyetizmaya sahiptir. Buna dayanarak, Mishima ve arkadaşları. Nadir toprak parlatma bulamacını geri kazanmak için dikey manyetik alanlı bir cihaz tasarladı. Atık toz bulamacının akış hızı 20 mm/s, sirkülasyon süresi 30 dakika, bulamaç konsantrasyonu %5 ve bulamacın pH'ı 3 olduğunda, seryum dioksit ve demir flokülantının ayırma verimliliği %80'e ulaşabilir. Manyetik alan yönü yatay bir eğime değiştirilirse ve ardından MnCl2 çözeltisi eklenirse, zıt manyetik özelliklere sahip silisyum dioksit ve alüminyum oksit seryum dioksitten ayrılabilir.
(3) Diğer yöntemler
Takahashi ve diğerleri, parçacıklarının -10°C'de çökmesi kolay olmayan atık toz bulamacını dondurdu ve ardından 25°C'lik bir ortamda çözdü. Kirlilikler ve nadir toprak oksitleri, atıktaki yararlı maddelerin toplanmasını ve geri kazanılmasını kolaylaştıran bir tabaka oluşturdu.
Kimyasal ayırma yöntemi
Kimyasal yöntem, esas olarak asit çözünmesi ve alkali kavurma işleminden sonra geri kazanım sürecini benimser ve safsızlık giderme, çıkarma ve çökeltme yoluyla nadir toprak parlatma tozu ham maddelerini elde etmek için yardımcı reaktif olarak bir indirgeyici madde kullanır. Bu yöntem yüksek bir nadir toprak geri kazanım oranına sahiptir, ancak süreç uzundur ve maliyeti yüksektir. Aşırı güçlü asit veya güçlü alkali büyük miktarda atık su üretir. (1) Alkali işleme
Alüminyum oksit ve silisyum dioksit, nadir toprak parlatma tozu atıklarındaki ana safsızlıklardır. Nadir toprak parlatma tozu atıklarındaki silisyum dioksit ve alüminyum oksit safsızlıklarını gidermek için 60°C'de 1 saat boyunca nadir toprak parlatma tozu atığıyla reaksiyona sokmak için 4 mol/L NaOH çözeltisi kullanın.
(2) Asit işleme
Nadir toprak elementlerini parlatma tozu atıklarından geri kazanırken, sızdırma için genellikle nitrik asit, sülfürik asit ve hidroklorik asit kullanılır. Nadir toprak parlatma tozu atığının ana bileşeni olan seryum dioksit, sülfürik asitte hafifçe çözünür.
(3) İndirgeyici madde destekli asit liçi
CeO2 doğrudan asitle liçi yapılırsa, etki ideal olmaz. Ce4+'ı Ce3+'a indirgemek için bir indirgeyici madde eklenirse, nadir toprak liçi oranı iyileştirilebilir. Nadir toprak parlatma tozu atığının hidroklorik asit liçine yardımcı olmak için indirgeyici madde H2O2 kullanılması, deneysel sonuçları önemli ölçüde iyileştirebilir.
Yüksek saflıkta kuvars cam için altı işlem yolu
Kuvars camı yüksek saflığa, yüksek spektral geçirgenliğe, düşük termal genleşme katsayısına ve termal şoka, korozyona ve derin ultraviyole radyasyona karşı mükemmel dirence sahiptir. Optik, havacılık ve yarı iletkenler gibi üst düzey endüstriyel üretim alanlarında yaygın olarak kullanılır.
Kuvars camı, hazırlama sürecine göre sınıflandırılabilir. Kuvars camı hazırlamak için iki ana hammadde türü vardır. İlk tür, 1800°C'yi aşan yüksek sıcaklıklarda erimiş kuvars camı hazırlamak için elektrikle eritme ve gaz rafinasyonu için kullanılan yüksek saflıkta kuvars kumudur; ikinci tür, kimyasal reaksiyonlar yoluyla sentetik kuvars camı hazırlamak için kullanılan silikon içeren bileşiklerdir.
Elektrikle eritme yöntemi
Elektrikle eritme yöntemi, toz halindeki kuvars hammaddesini elektrikli ısıtma ile potada eritmek ve ardından hızlı soğutma vitrifikasyon işlemiyle kuvars camı oluşturmaktır. Ana ısıtma yöntemleri arasında direnç, ark ve orta frekanslı indüksiyon bulunur.
Gaz rafinasyon yöntemi
Endüstriyel olarak, gaz rafinasyon yöntemi elektrikle eritme yönteminden biraz daha sonradır. Doğal kuvarsı eritmek için hidrojen-oksijen alevi kullanır ve ardından yavaş yavaş kuvars cam hedef yüzeyinde biriktirir. Gaz rafinasyon yöntemi ile üretilen erimiş kuvars camı esas olarak elektrik ışık kaynakları, yarı iletken endüstrisi, küresel ksenon lambaları vb. için kullanılır. İlk zamanlarda, büyük kalibreli şeffaf kuvars cam tüpleri ve pota, hidrojen-oksijen alevi kullanılarak özel ekipmanlarda yüksek saflıkta kuvars kumu ile doğrudan eritilirdi. Şimdi, kuvars külçeleri hazırlamak için genellikle gaz rafinasyon yöntemi kullanılır ve ardından kuvars külçeleri gerekli kuvars cam ürünlerini yapmak için soğuk veya sıcak işlenir.
CVD yöntemi
CVD yönteminin ilkesi, uçucu sıvı SiCl4'ü gaz haline getirmek için ısıtmak ve ardından gaz halindeki SiCl4'ün taşıyıcı gazın (O2) tahriki altında hidrojen ve oksijenin yanmasıyla oluşan hidrojen-oksijen alevine girmesine izin vermek, yüksek sıcaklıkta su buharıyla reaksiyona girerek amorf parçacıklar oluşturmak, dönen biriktirme alt tabakasına biriktirmek ve ardından yüksek sıcaklıkta eriterek kuvars camı oluşturmaktır.
PCVD yöntemi
PCVD işlemi ilk olarak 1960'larda Corning tarafından önerildi. Kuvars camı hazırlamak için ısı kaynağı olarak hidrojen-oksijen alevinin yerine plazma kullanır. PCVD işleminde kullanılan plazma alevinin sıcaklığı, sıradan alevlerden çok daha yüksektir. Çekirdek sıcaklığı 15000K kadar yüksek olabilir ve ortalama sıcaklık 4000~5000K'dir. Çalışma gazı, belirli işlem gereksinimlerine göre uygun şekilde seçilebilir.
İki adımlı CVD yöntemi
Geleneksel CVD yöntemine tek adımlı yöntem veya doğrudan yöntem de denir. Reaksiyonda su buharı yer aldığından, tek adımlı CVD yöntemiyle hazırlanan kuvars camındaki hidroksil içeriği genellikle yüksektir ve kontrol edilmesi zordur. Bu eksikliğin üstesinden gelmek için mühendisler tek adımlı CVD yöntemini iyileştirdiler ve dolaylı sentez yöntemi olarak da adlandırılan iki adımlı CVD yöntemini geliştirdiler.
Termal Modifikasyon
Termal modifikasyon yöntemi, önce kuvars cam taban malzemesini ısıtarak yumuşatır ve ardından oluk batırma ve çekme gibi yöntemlerle istenen ürünü elde eder. Termal modifikasyon fırınında, fırın gövdesi elektromanyetik indüksiyon ısıtmasıyla ısıtılır. Fırındaki indüksiyon bobininden geçirilen alternatif akım, uzayda alternatif bir elektromanyetik alan oluşturur ve elektromanyetik alan, akım ve ısı üretmek için ısıtma elemanına etki eder. Sıcaklık arttıkça kuvars cam taban malzemesi yumuşar ve bu sırada bir traktörle aşağı çekilerek bir kuvars cam çubuk/tüp oluşturulabilir. Fırındaki sıcaklık ve çekme hızı ayarlanarak farklı çaplarda kuvars cam çubuklar/tüpler çekilebilir. Elektromanyetik indüksiyon ısıtma fırınının bobin düzenlemesi ve fırın yapısı, fırındaki sıcaklık alanı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Gerçek üretimde, kuvars cam ürünlerinin kalitesini sağlamak için fırındaki sıcaklık alanının sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.
Bentonitin çeşitleri ve yaygın kullanım alanları nelerdir?
Bentonit, ara katman katyonlarının farkına göre, sodyum bentonit, kalsiyum bentonit, hidrojen bentonit ve organik bentonit gibi çeşitli türlere ayrılır.
Sodyum bentonit: Mükemmel şişme, su emilimi, yapışma ve plastisiteye sahiptir ve en yaygın kullanılan bentonit türüdür.
Kalsiyum bentonit: Sodyum bentonit ile karşılaştırıldığında, şişmesi ve yapışması biraz daha zayıftır, ancak fiyatı daha ekonomiktir ve düşük performans gereksinimleri olan bazı durumlar için uygundur.
Hidrojen bentonit: Özel kimyasal özelliklere sahiptir ve yüksek sıcaklık kararlılığı gibi belirli özel koşullar altında benzersiz özellikler gösterebilir.
Organik bentonit: Organik modifikasyon yoluyla daha iyi dağılabilirlik, süspansiyon ve kararlılığa sahiptir ve üst düzey uygulama alanları için uygundur.
Bentonitin geniş uygulama alanı
Bentonitin çok yönlülüğü, onu farklı alanlarda önemli bir rol oynar ve geniş uygulama alanı yelpazesi şaşırtıcıdır.
İnşaat alanı: Bentonit, mükemmel genleşme ve yapışma özelliği sayesinde inşaat ses yalıtımı ve ısı yalıtım malzemeleri, su geçirmez kaplamalar, duvar malzemeleri ve diğer ürünlerin üretiminde yaygın olarak kullanılır ve inşaat sektörünün yeşil gelişimine güçlü destek sağlar.
Çevre koruma alanı: Bentonit güçlü bir adsorpsiyon kapasitesine sahiptir ve suda ağır metal iyonları ve organik kirleticiler gibi zararlı maddeleri adsorbe edebilir. Çevre koruma alanında önemli bir malzemedir. Aynı zamanda bentonit, depolama alanlarında sızıntı önleyici katmanların yapımında da kullanılabilir ve depolama alanı sızıntısının sızmasını etkili bir şekilde önleyebilir.
Metalurji alanı: Bentonit, metalurji endüstrisinde esas olarak fırın astar malzemesi olarak kullanılır. Yüksek sıcaklığa ve erozyona dayanıklıdır ve fırın gövdesini yüksek sıcaklıktaki cüruftan korur.
Tarım alanı: Bentonit, toprak yapısını iyileştirme ve toprak verimliliğini artırma işlevine sahiptir. Bentonit eklenerek toprağın hava geçirgenliği ve su tutma özelliği iyileştirilebilir ve ürün büyümesi teşvik edilebilir.
Döküm endüstrisi: Bentonit, döküm endüstrisinde dökümlerin yüzey kalitesini ve mukavemetini iyileştirmek için kaplama ve yapıştırıcı olarak kullanılır.
Gıda endüstrisi: Bentonit, gıda endüstrisinde esas olarak yağların ve yağların renk giderimi, şeker çözeltilerinin arıtılması vb. gibi ağartma ve arıtma için kullanılır.
Petrol sondajı: Bentonit, çamurun viskozitesini, kesme kuvvetini ve su kaybını ayarlayabilen ve sondaj verimliliğini artırabilen petrol sondaj çamuru için önemli bir hammaddedir.
Bentonit tozu yapma ekipmanına talep
Bentonit uygulama alanlarının sürekli genişlemesiyle birlikte, bentonit tozu yapma ekipmanına olan talep de artmaktadır. Öğütme ekipmanı seçerken, ekipman performansı, üretim kapasitesi, enerji tüketimi ve satış sonrası servis gibi birden fazla faktörü göz önünde bulundurmak gerekir.
Plastikler için mineral tozu seçerken bu 11 göstergeye bakın
Plastik endüstrisinde kullanılan yaygın mineral toz malzemeleri arasında kalsiyum karbonat (ağır kalsiyum, hafif kalsiyum, nano kalsiyum), talk, kaolin, volastonit, brusit tozu, mika tozu, barit tozu, baryum sülfat ve diğer birçok çeşit bulunur. Dolgu artışının ana amacı için genellikle onlarca ila yüzlerce phr'de kullanılabilir. Performansı iyileştirme ve maliyetleri düşürme amacıyla genellikle düzinelerce parçada kullanılabilir.
İnorganik mineral dolgu maddelerinin özellikleri, plastik ürünler üzerinde fiziksel ve kimyasal bileşim ve özellikler, parçacık boyutu ve dağılımı, parçacık şekli ve yüzey özellikleri ile yoğunluk, sertlik, beyazlık vb. dahil olmak üzere birçok etkiye sahiptir ve bunlar plastiklerin performansı ve işlem parametresi gereksinimleri üzerinde etkilidir.
1. Geometrik şekil özellikleri
Farklı geometrik şekillerdeki dolgu parçacıklarının plastik ürünlerinin mukavemeti üzerindeki etkisi genellikle lifli> pul> sütunlu> kübik> küreseldir. Pul dolgu maddeleri, ürünlerin mekanik mukavemetini iyileştirmeye yardımcı olur, ancak kalıplama işlemine elverişli değildir.
2. Parçacık boyutu ve yüzey özellikleri
Genel olarak konuşursak, inorganik metalik olmayan mineral dolgu maddelerinin parçacık boyutu ne kadar küçükse, eşit şekilde dağıldıklarında plastiklerin mekanik özellikleri o kadar iyi olur. Ancak, dolgu maddesi parçacıklarının parçacık boyutu küçüldükçe, işleme teknolojisi daha karmaşık hale gelir ve buna bağlı olarak maliyet artar.
3. Özgül yüzey alanı
Özgül yüzey alanı ne kadar büyükse, dolgu maddesi ile reçine arasındaki afinite o kadar iyi olur, ancak dolgu maddesinin yüzeyini aktive etmek o kadar zor olur ve maliyet de o kadar yüksek olur. Ancak, aynı hacimdeki dolgu maddesi parçacıkları için, yüzey ne kadar pürüzlüyse, özgül yüzey alanı o kadar büyük olur.
4. Yoğunluk
Farklı şekillerdeki parçacıkların farklı parçacık boyutları ve dağılımları vardır. Kütle aynı olduğunda, aynı gerçek yoğunluğa sahip parçacıkların görünür yoğunluğu, farklı istifleme hacimleri nedeniyle aynı olmayabilir.
5. Sertlik
Yüksek sertlik, ürünlerin aşınma direncini artırabilir, ancak işleme ekipmanını aşındırır. İnsanlar, dolgu maddesi kullanmanın faydalarının, işleme ekipmanının aşınmasıyla dengelenmesini istemezler. Belirli bir sertliğe sahip dolgu maddeleri için, işleme ekipmanının metal yüzeyinin aşınma yoğunluğu, dolgu maddesi parçacık boyutunun artmasıyla artar ve aşınma yoğunluğu belirli bir parçacık boyutundan sonra sabit kalma eğilimindedir.
6. Renk
Doldurulan malzeme matrisinin renginde belirgin değişikliklerden veya matrisin renklendirilmesinde olumsuz etkilerden kaçınmak için, çoğu üretim gereksinimi beyazlığın mümkün olduğunca yüksek olmasını gerektirir.
7. Yağ emilim değeri
Doldurucunun yağ emilim değeri, dolgu sisteminde kullanılan plastikleştirici miktarını ve malzemenin işlenebilirliğini etkiler. Düşük yağ emilim değerlerine sahip dolgu maddeleri, dolgu sisteminin iyi işlenebilirliğine sahiptir ve reçinelerle karıştırılması kolaydır, bu da kullanılan plastikleştirici miktarını azaltabilir.
8. Optik özellikler
Bazı ürünler, tarımsal plastik seralar gibi sıcaklığı artırmak için dolgu maddelerinin ışık emilimini kullanabilir.
9. Elektriksel özellikler
Grafit hariç, çoğu inorganik mineral dolgu maddesi elektrik yalıtkanıdır.
10. Kimyasal bileşim
İnorganik mineral dolguların kimyasal aktivitesi, yüzey özellikleri (etkileri), termal özellikleri, optik özellikleri, elektriksel özellikleri, manyetik özellikleri vb. büyük ölçüde kimyasal bileşime bağlıdır.
11. Termokimyasal etki
Polimerler kolayca yanar, ancak çoğu inorganik mineral dolgu, kendi yanmazlıkları nedeniyle, polimer matrisine eklendikten sonra yanıcı maddeleri azaltır ve matrisin yanmasını geciktirir. Çevre dostu alev geciktirici dolgu.
Kısacası, inorganik metalik olmayan mineral dolguların polimer kompozitlerdeki rolü, artırma, geliştirme ve yeni işlevler verme olarak özetlenebilir. Ancak, inorganik metalik olmayan mineral dolgular ve organik polimerler zayıf uyumluluğa sahip olduğundan, inorganik metalik olmayan mineral dolgular, organik polimerlerle uyumluluklarını iyileştirmek ve doğrudan eklemenin neden olduğu düzensiz gerilim dağılımını önlemek için değiştirilir.
Üç yaygın silikon mikrotoz ürününün özellikleri ve uygulamaları
Silika tozu, kristalin kuvars, erimiş kuvars ve diğer hammaddelerden öğütme, hassas derecelendirme, safsızlık giderme ve silisyum dioksit tozu üretmek için diğer işlemler yoluyla yapılır.
1. Silisyum mikro tozunun sınıflandırılması
Parçacık morfolojisine göre, açısal silisyum mikro tozu ve küresel silisyum mikro tozu olarak ayrılabilir. Farklı hammaddelere göre, açısal kristalin silisyum mikro tozu ve açısal erimiş silisyum mikro tozu olarak ayrılabilir. Kristalin, erimiş ve küresel silisyum mikro tozlarının performansı ve fiyatı da buna bağlı olarak artar.
Kristalin silisyum mikro tozu, hammadde olarak doğal kuvars blokları, kuvars kumu vb. kullanılarak yapılır ve öğütme, hassas derecelendirme, safsızlık giderme ve diğer işlemler yoluyla işlenir.
Erimiş silisyum mikro tozu, ana hammadde olarak erimiş kuvars, cam ve diğer malzemelerden yapılır ve öğütme, hassas derecelendirme ve safsızlık giderme yoluyla üretilir.
Küresel silikon mikro tozu, hammadde olarak seçilmiş açılı silikon mikro tozundan (kuvars blokları/kuvars kumu, erimiş kuvars blokları/kuvars kumu, cam malzemeler) yapılır ve alev yöntemi ile küresel silikon dioksit tozu malzemelerine işlenir. Ek olarak, yanma ve patlama yöntemi ve sıvı faz yöntemi ile de hazırlanabilir.
2. Silikon mikro tozunun uygulanması
(1) Bakır kaplı laminat
Sıradan bakır kaplı laminatlar genellikle maliyetleri düşürmede rol oynayan açılı silikon mikro tozu kullanır. Bazı erimiş tozlar daha iyi performansa sahiptir. Örneğin, yüksek frekans ve yüksek hız, HDI alt tabakaları vb. gibi daha yüksek teknik seviyelere sahip bakır kaplı laminatlar genellikle modifiye edilmiş yüksek performanslı küresel silikon mikro tozu kullanır (genellikle 3um'dan daha küçük bir ortalama parçacık boyutuna sahip).
Örneğin, kristalin silisyum mikro tozu basit bir işleme ve düşük maliyete sahiptir ve esas olarak ürün doğruluğu ve yoğunluğu, sinyal iletim hızı vb. için nispeten düşük gereksinimlere sahip ev tipi bakır kaplı laminatlar için kullanılır.
Eritilmiş silisyum mikro tozu iyi performansa, orta maliyete, düşük dielektrik kayba ve doğrusal genleşme katsayısına sahiptir ve akıllı telefonlarda, tabletlerde, otomobillerde, ağ iletişimlerinde ve endüstriyel ekipmanlarda kullanılan bakır kaplı laminatlarda kullanılabilir.
Küresel silisyum mikro tozu iyi akışkanlık, düşük stres, küçük özgül yüzey alanı ve yüksek paketleme yoğunluğu gibi mükemmel özelliklere sahiptir. Süper bilgisayarlar ve 5G iletişimleri gibi yüksek frekanslı ve yüksek hızlı bakır kaplı laminatlar düşük iletim kaybı, düşük iletim gecikmesi, yüksek ısı direnci ve yüksek güvenilirlik gerektirir. Küresel silisyum mikro tozu temel bir işlevsel dolgu maddesi olarak gereklidir ve toz safsızlık içeriğinin düşük ve doldurma oranının yüksek olması gerekir.
(2) Epoksi kalıplama bileşiği
Genellikle, düşük ve orta seviye epoksi kalıplama bileşikleri çoğunlukla açılı silikon mikro tozu kullanırken, yüksek seviye epoksi kalıplama bileşikleri çoğunlukla küresel silikon mikro tozudur. Küresel silikon mikro tozu akışkanlığı iyileştirmek ve dolgu dozajını artırmak, termal genleşme katsayısını düşürmek ve ekipman ve kalıpların aşınmasını azaltmak için faydalıdır.