中國(guó)粉體網(wǎng)訊 莫來(lái)石是Al2O3系統(tǒng)中唯一穩(wěn)定的物相,具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性,即使在1300℃的高溫條件下,其強(qiáng)度損失也很小,是一種很有潛力的高溫耐火材料。由于莫來(lái)石具有良好的力學(xué)性能、熱學(xué)、電學(xué)和光學(xué)性能,被廣泛應(yīng)用于國(guó)防、工業(yè)、民用領(lǐng)域。
莫來(lái)石的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在:莫來(lái)石的合成原料在自然界中儲(chǔ)量豐富且取材便宜,例如高嶺土、鋁礬土、石英、粘土、硅線石等;莫來(lái)石具有較好的力學(xué)性能,其力學(xué)性能隨著溫度的升高而增高,低熱膨脹系數(shù),抗熱震性能好,高的抗腐蝕性和抗蠕變性;莫來(lái)石可以固溶大量的過(guò)渡金屬和外來(lái)原子。
莫來(lái)石的合成工藝
雖然莫來(lái)石在自然界中的儲(chǔ)量很少,但是用于人工合成莫來(lái)石的原料較為普通而且在自然界的種類有很多種。合成莫來(lái)石所需要的原料主要有天然的鋁硅酸鹽礦物(藍(lán)晶石、黃玉、高嶺土、硅線石、十字石、紅柱石等)和化工合成原料(氫氧化鋁、氧化鋁、氧化硅或其它的含鋁含硅前驅(qū)體)。
莫來(lái)石的合成方法可以分為固相合成反應(yīng)和溶膠凝膠法、液態(tài)工藝(例如水熱法)和氣相合成工藝。按常用的固相和液相合成工藝來(lái)分,可以將合成的莫來(lái)石分為燒結(jié)莫來(lái)石和熔融莫來(lái)石。這個(gè)劃分主要是根據(jù)合成過(guò)程中的加熱溫度來(lái)決定。燒結(jié)莫來(lái)石是指在合成中的最高溫度只達(dá)到了莫來(lái)石的致密化溫度,而材料中沒(méi)有明顯的液相出現(xiàn);而熔融莫來(lái)石是指在制備過(guò)程中熱處理溫度超過(guò)了原料的熔點(diǎn),莫來(lái)石相在熔體中通過(guò)形核長(zhǎng)大而形成的。
莫來(lái)石陶瓷的應(yīng)用
高溫結(jié)構(gòu)材料
莫來(lái)石材料具有較高的熔點(diǎn)和良好的高溫?zé)岱(wěn)定性,除此以外,莫來(lái)石還具有優(yōu)良的抗蠕變性、抗腐蝕性和較低的線膨脹系數(shù)等特性,這些特性使得莫來(lái)石成為良好的耐火材料。主要成分為莫來(lái)石的耐火材料大多數(shù)用于制作高溫爐的前膛,還可用于各種窯爐的內(nèi)襯。在冶金工業(yè)中,莫來(lái)石耐火材料主要用于制作熱風(fēng)爐磚和窯具磚。另外,由于莫來(lái)石材料具有良好的氣密性和抗腐蝕性,因此莫來(lái)石材料還可應(yīng)用于坩堝、熱電偶管和防護(hù)管等耐熱材料方面。
電子封裝材料
莫來(lái)石因其本身較低的介電常數(shù)和熱膨脹系數(shù)使其在電子封裝材料方面具有廣泛應(yīng)用。與硅相比,莫來(lái)石的熱膨脹稍高,為了提高兩者的匹配性能,降低燒結(jié)溫度,可以通過(guò)制備莫來(lái)石與玻璃以及膨脹系數(shù)較低的陶瓷(鋰輝石或堇青石)的復(fù)合材料。日本的Yamamar玻璃生產(chǎn)公司便是通過(guò)這一技術(shù)經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)制備出了感應(yīng)線圈電容、承載半導(dǎo)體器件和電阻的莫來(lái)石玻璃陶瓷材料。除此以來(lái),莫來(lái)石玻璃復(fù)合材料在日本的日立公司的超級(jí)計(jì)算機(jī)中也得到了應(yīng)用。
光學(xué)材料
莫來(lái)石材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高溫強(qiáng)度、介電性能、抗熱震性能以及較好的中紅外透波性能等,這些優(yōu)良的特性使得莫來(lái)石在高溫光學(xué)窗口材料方面得到了獨(dú)特的應(yīng)用,主要應(yīng)用在高溫條件下受到機(jī)械應(yīng)力以及化學(xué)侵蝕性高、條件較為苛刻的惡劣環(huán)境下。在光學(xué)方面,除了在紅外窗口材料方面的應(yīng)用之外,激光晶體材料也是莫來(lái)石一方面的應(yīng)用。用莫來(lái)石材料作為基質(zhì)晶體,摻入激活離子后能得到性能優(yōu)良的莫來(lái)石基體發(fā)光材料。
其他
莫來(lái)石材料除在高溫結(jié)構(gòu)材料、電子封裝材料以及光學(xué)材料方面的應(yīng)用以外,還可以與其他材料通過(guò)復(fù)合制備出性能更好的復(fù)合材料。莫來(lái)石雖然有很多優(yōu)良的性能,但是卻具有較低的強(qiáng)度和斷裂韌性,所以,通常最常用的方法是添加各種增韌劑,例如,SiC晶須和氧化鋯粒子來(lái)制備復(fù)合材料,以增強(qiáng)莫來(lái)石的強(qiáng)度和斷裂韌性。莫來(lái)石還可以與金屬?gòu)?fù)合,如Fe-3Al2O3·2SiO2,具有耐高溫、耐腐蝕和高強(qiáng)度等性能。莫來(lái)石-堇青石復(fù)合材料可以提高材料的抗熱震性能及高溫性能。為提高莫來(lái)石材料的抗熱震性能,還可以將莫來(lái)石與高硅氧材料進(jìn)行復(fù)合,使莫來(lái)石材料形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
參考資料:
李豪.莫來(lái)石及堇青石/莫來(lái)石多孔陶瓷的制備與性能
李秋梅.細(xì)晶莫來(lái)石陶瓷的研究
趙月明、王彩霞等.莫來(lái)石陶瓷的應(yīng)用與制備進(jìn)展
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