Присутствие муллита и коррунда в составе керамической массы является положительным и желательным фактором из-за их низкого теплового расширения и теплопроводности, сопротивления ползучести и высокой температурной стабильности, что благоприятно отражается на свойствах изделий.
Чтобы сложилась правильная картина, что такое муллитовая и муллитово-корундовая керамика, нужно разобраться, что такое муллит и корунд, зачем они нужны, каковы их химические и физические свойства и как они влияют на свойства керамических изделий в целом.
Внешний вид и физико – химические свойства муллита
Муллит – это природное соединение, минерал, который имеет сложный химический состав и непостоянную химическую формулу, что в своей совокупности влияет на температуру плавления. Это соединение оксидов алюминия и кремния.
В природе встречаются и другие соотношения этих оксидов, но устойчивостью к высоким температурам обладает только такое его соединение.
В природе этот минерал хрупкий прозрачный, стекловидный и бесцветный, или из-за присутствия различных примесей имеет светло-розовый, фиолетовый, желтый, серый оттенки или белый цвет. Этот кристалл способен изменять цвет при прохождении через него солнечного света или рассматривании под разными углами.
Такое свойство называется плеохроизм. Специфические переливы кристалла встречаются у любых расцветок муллита.
Муллит начинает размягчаться при температуре более 1800 градусов. Но есть соединения, которые стойко переносят температуру 1900 градусов, что особенно важно при высокотемпературном воздействии на него. Муллит не радиоактивен.
Муллит является твердым и достаточно плотным соединением. Его прочность находится на уровне кварца, горного хрусталя, аметиста.
Кристаллы муллита имеют вид игл или нитей, поэтому в природных условиях их можно увидеть в форме напоминающей морского ежа.
Производство муллита
Кристаллы муллита в естественной среде образуются из определенных существующих пород под действием высокой температуры и давления.
Причем главный фактор – это высокая температура.
Муллит в природе образуется при повышенных температурах в качестве конечного продукта ряда реакций в глинистых минералах.
Муллит редок в природе, его природное месторождения лишь в небольших количествах встречается на острове Малл, в Шотландии.
В промышленных условиях муллит получают главным образом из топаза. Твердофазный синтез муллита требует высоких температур – более 1500 градусов и многократного измельчения. Кроме того, спекание материалов на основе муллита требует так же относительно высокой температурной обработки, более 1570 градусов.
В продаже муллит можно найти в виде порошка – это чистый переплавленный кристалл.
Области применение муллита
Применение муллита определяется главным образом его основными физико-химическими свойствами – это высокие теплоизоляционные свойства, повышенная прочность, а так же устойчивость к химическим обработкам.
Он идет на изготовление муллитовых огнеупорных материалов – это изделия, которые обладают повышенными огнеупорными свойствами, например, без него не обходятся при строительстве доменных печей, обшивки космического корабля.
Широко применяется в промышленном и технологическом строительстве – это строительство и реконструкции промышленных зданий и сооружений из огнеупорного кирпича.
Муллит – это основной материал, который используют в машиностроении. Именно этот кристалл делает детали прочнее и устойчивее к перегреву во время трения.
Своеобразной арматурой являются нити муллита в бетонных конструкциях.
Для выполнения теплоизоляции в бытовой технике так же используют муллит.
Муллит является основным компонентом в составе керамических и фарфоровых изделий, шамота. Он используется для упрочнения их свойств. По прогнозам специалистов в ближайшем будущем муллитовая керамика станет одним из основных материалов для высокотемпературного применения.
Сегодня наличие в составе керамической массы муллита можно сказать является знаком качества изделия.
В целом муллит широко используются в промышленной керамике благодаря его превосходному сопротивлению ползучести при высокой температуре, хорошей термической и химической стабильности, низкому коэффициенту теплового расширения и хорошим диэлектрическим свойствам.
Муллитовая керамика используется в качестве изоляторов, фильтров, катализаторов и т.д.
Муллитовые волокна являются идеальными составляющими в качестве армирования керамики и имеют перспективное применение в области термического хранения.
Муллит в фарфоре
Не так давно, учеными было установлено, что еще в позднем средневековье алхимики для своих химических реакций использовали фарфоровые тигли, выполненные с применением муллита. А, как известно, нагревали древние ученые свои емкости до очень высоких температур. В то время держался в строжайшем секрете способ их изготовления.
Морфология муллита имеет важное значение для его применения. Игольчатый муллит образуется в фарфоре при спекании керамической массы. При этом повышается механическая прочность изделия и стойкость к высоким температурам. Форма иглы муллита образуется при температуре более 1400 градусов и сразу же фиксируется.
Такая блокировка муллитовых игл повышает механическую прочность фарфора.
Лишь ограниченное количество исследовательских работ посвящено изучению состава муллита. Важными среди них являются заключения Вернадского и Земятченского, в которых большой интерес представляют этапы формирования кристаллической решетки муллита в процессе обжига каолина (белой глины).
При обжиге керамических масс всегда образуется муллит, который передает изделию ряд своих ценных свойств.
Количество образующего в процессе обжига глин муллита находится в прямой зависимости от минерального состава изначальной массы. Наибольший выход зафиксирован при обжиге каолинитовых глин.
На первом этапе, при температуре около 950 градусов начинается процесс формирования неупорядоченного муллитоподобного вещества, которое в интервале температур от 1100 до 1300 градусов начинает переходить в муллит с более упорядоченной кристаллической решеткой.
Муллит с совершенной кристаллической решеткой начинает образовываться при температуре 1300 градусов.
Стоит отметить, что при дальнейшем повышении температуры муллит не образуется, происходит рекристаллизация мелких кристаллов с образованием сплетений более крупных кристаллов.
Физико-химические свойства корунда
Корунд – это природный прозрачный минерал, который, в зависимости от присутствия в его составе различных примесей может иметь различные оттенки. Например, редкий корунд падпарадша имеет розовый цвет.
Кстати, рубин и сапфир – это драгоценные разновидности корунда. Рубин – красный, а цвет сапфира определяется количеством металла в его составе.
Чистый корунд – оксид алюминия — это очень прочный и плотный, но хрупкий кристалл. Корундом можно процарапать другие прочные кристаллы. Корунд по своей твердости стоит на втором месте после алмаза. Поэтому его используют часто в качестве абразивного материала на наждачной бумаге, например.
Наждак – это темная разновидность корунда.
Корунд имеет высокую химическую стойкость. Температура его плавления более 2000 градусов.
В природе корунд добывают не только в России, но и в Афганистане, Индии, Пакистане, на Шри-Ланке и на других территориях. Часто встречается в естественной среде, как обломочная порода вблизи различных водоемов, так как устойчив к воздействию различных атмосферных факторов.
Впервые искусственный корунд был создан в 1837 году французским химиком Марком Антуаном Годеном. А уже в 1903 году его изготавливали в процессе плавления в промышленных масштабах.
Муллитовая и муллитово-корундовая керамика
К муллитовой относят керамику с содержанием оксида алюминия от 45 до 70%. В муллитово–корундовой керамике присутствует корунд, но при этом процентное содержание муллита увеличивается до 70-95%.
Такая керамика способна выдерживать длительное воздействие высоких температур, при этом, не изменяя и не теряя своих свойств, сохраняя прочность и жесткость.
Данная керамика незаменима в химической промышленности и металлургии, так как устойчива к агрессивным средам.
Строительные элементы, выполненные из высокоогнеупорной муллитовой или муллитово-корундовой керамики, применяемые в частности на предприятиях для кладки печей, имеют большой запас прочности и жесткости, а так же сохраняют свою структуру в течение длительного эксплуатационного периода.
Муллитово-корундовая керамика изготавливается искусственным путем, в природе такого материала нет. Сфера ее применения обусловлена физико-химическими свойствами.
Свойства муллитово-корундовой керамики:
- температура плавления 1850 градусов;
- прочность;
- стойкость, в том числе к перепадам температуры;
- высокая устойчивость к воздействию кислот;
- высокая устойчивость к воздействию расплавленных шлаков.
Недостатки муллитовой керамики
Основным недостатком муллитовых материалов является их низкая ударная вязкость, что несколько ограничивает их использование в ответственных применениях.
