Bagaimana barium sulfat berkontribusi pada pembuatan bahan pelapis berkualitas tinggi?
Barium sulfat sangat disukai terutama karena kapasitas pengisinya yang luar biasa. Ini berarti bahwa sambil mempertahankan kinerja lapisan cat, barium sulfat dapat secara efektif mengoptimalkan biaya formulasi dan banyak digunakan di berbagai bidang, mulai dari pelapis industri hingga cat dekoratif.
Yang lebih penting, berkat ukuran partikelnya yang kecil, distribusi yang seragam, luas permukaan spesifik yang besar, dan fluiditas yang sangat baik, barium sulfat menunjukkan tingkat abrasi yang sangat rendah selama proses produksi. Karakteristik ini secara langsung berdampak pada efisiensi produksi: secara signifikan mengurangi keausan pada peralatan pencampuran, pemompaan, dan penyemprotan, memperpanjang masa pakai peralatan, dan membuat proses produksi lebih lancar dan ekonomis.
Keunggulan ini sepenuhnya ditunjukkan dalam aplikasi pelapis permukaan primer otomatis. Bahkan di bawah persyaratan produksi dengan tingkat pengisian tinggi, barium sulfat memastikan stabilitas dan sifat perataan yang sangat baik dari bubur cat, menghasilkan keseragaman dan kehalusan yang luar biasa. Ini memberikan "kanvas" yang sempurna untuk aplikasi lapisan atas selanjutnya, yang sangat penting untuk mencapai pelapisan yang efisien, otomatis, dan berkualitas tinggi.
Barium sulfat jauh lebih dari sekadar pengisi sederhana. Ini adalah aditif multifungsi yang menggabungkan kapasitas pengisian tinggi, abrasi rendah, dan sifat perataan yang sangat baik. Memilihnya berarti memilih "fondasi kualitas" yang andal untuk pelapis Anda, meningkatkan kinerja produk sekaligus memastikan produksi yang efisien.
Aplikasi material keramik canggih
Aplikasi pada Pesawat Berkecepatan Tinggi
Pesawat berkecepatan tinggi merupakan peralatan strategis yang diperebutkan pengembangannya oleh kekuatan militer utama. Penerbangan supersonik dan struktur tajamnya menyebabkan masalah pemanasan aerodinamis yang serius. Lingkungan termal khas untuk pesawat berkecepatan tinggi melibatkan suhu tinggi dan beban termo-mekanik yang kompleks dan berat. Paduan suhu tinggi yang ada saat ini tidak lagi dapat memenuhi persyaratan, sehingga memunculkan komposit matriks keramik. Secara khusus, material keramik komposit SiCf/SiC telah banyak digunakan pada komponen struktural panas seperti bilah turbin, baling-baling pemandu nosel, dan cincin luar turbin mesin pesawat. Kepadatan material kompositnya sekitar 1/4 dari paduan suhu tinggi, menghasilkan pengurangan berat yang signifikan. Selain itu, material ini dapat beroperasi pada suhu hingga 1400°C, sangat menyederhanakan desain sistem pendingin dan meningkatkan daya dorong.
Aplikasi pada Pelindung Ringan
Pelindung komposit ringan sangat penting untuk menjaga kemampuan bertahan hidup peralatan modern. Pengembangan serat keramik dan komposit matriks keramik yang diperkuat serat merupakan fundamental bagi penerapan pelindung komposit ringan. Saat ini, material keramik pelindung utama yang digunakan meliputi B4C, Al2O3, SiC, dan Si3N4. Keramik silikon karbida, dengan sifat mekanik yang sangat baik dan efektivitas biaya, telah menjadi salah satu material keramik antipeluru yang paling menjanjikan. Berbagai aplikasinya di berbagai bidang perlindungan lapis baja, termasuk peralatan prajurit individu, senjata lapis baja militer, helikopter bersenjata, kendaraan khusus polisi dan sipil, memberikan prospek aplikasi yang luas. Dibandingkan dengan keramik Al2O3, keramik SiC memiliki kepadatan yang lebih rendah, yang bermanfaat untuk meningkatkan mobilitas peralatan.
Aplikasi pada Senjata Ringan
Senjata ringan, sebagai komponen penting persenjataan, umumnya meliputi pistol, senapan, senapan mesin, peluncur granat, dan peralatan individu khusus (peluncur roket individu, rudal individu, dll.). Fungsi utamanya adalah meluncurkan proyektil ke area target untuk membunuh atau menghancurkan target musuh. Kondisi operasi senjata ringan meliputi suhu tinggi, suhu rendah, ketinggian tinggi, panas lembap, debu, hujan, debu-hujan, semprotan garam, dan perendaman dalam air sungai. Ketahanan terhadap korosi sangat penting. Saat ini, proses anti-korosi utama untuk senjata ringan meliputi pewarnaan biru, anodisasi keras, teknologi penetrasi terkontrol ion, lapisan karbon seperti intan, dan nitridasi plasma. Khususnya untuk senjata dan peralatan yang digunakan di lingkungan laut, persyaratan ketahanan korosi di lingkungan semprotan garam selama lebih dari 500 jam menimbulkan tantangan signifikan bagi perawatan pelapisan tradisional.
Aplikasi pada Laras Senjata
Laras senjata adalah komponen inti dari senjata proyektil. Struktur internal laras senjata meliputi ruang tembak, kerucut paksa, dan alur laras, dengan ruang tembak dan alur laras dihubungkan oleh kerucut paksa. Laras senjata tradisional umumnya terbuat dari baja paduan berkekuatan tinggi. Selama penembakan, bagian dalam laras senjata mengalami efek gabungan dari gas propelan dan proyektil, yang menyebabkan retakan dan pelepasan lapisan pada dinding bagian dalam laras. Kerusakan pada lubang laras senjata adalah akibat dari aksi berulang gas propelan dan proyektil bersuhu tinggi, bertekanan tinggi, dan berkecepatan tinggi pada dinding laras. Kerucut paksa dan moncong biasanya merupakan bagian pertama yang mengalami kerusakan.
Untuk meningkatkan masa pakai laras senjata, pelapisan krom pada lubang laras adalah metode yang paling umum, tetapi suhu ketahanan oksidasi lapisan pelapisan krom tidak melebihi 500°C. Dengan peningkatan tekanan ruang tembak selama penembakan dan peningkatan eksponensial dalam persyaratan masa pakai laras senjata, tekanan dan suhu yang ditanggung oleh laras senjata juga meningkat. Memanfaatkan kekerasan tinggi, kekuatan tinggi, dan kelembaman kimia suhu tinggi dari keramik dapat secara efektif mengurangi erosi laras senjata dan memperpanjang masa pakainya.
Aplikasi pada Amunisi
Komponen utama amunisi adalah hulu ledak dan sumbu. Sebagai komponen paling langsung untuk menyebabkan kerusakan, hulu ledak terutama terdiri dari selongsong, elemen fragmentasi, muatan bahan peledak, dan sumbu. Terus meningkatkan daya mematikan hulu ledak selalu menjadi tujuan yang dikejar dalam pengembangan senjata. Khususnya untuk granat efek area, fragmen yang dihasilkan oleh ledakan hulu ledak adalah elemen pembunuh terminal, dan teknologi fragmentasi yang efisien selalu menjadi tantangan penelitian di bidang ini.
Empat bidang aplikasi utama keramik silikon nitrida
Bidang Mekanik
Keramik silikon nitrida terutama digunakan sebagai katup, pipa, roda klasifikasi, dan alat potong keramik di industri mekanik. Aplikasi yang paling luas adalah bola bantalan keramik silikon nitrida. Keramik silikon nitrida secara luas diakui sebagai material bantalan terbaik, dan "pemain kunci" paling penting dalam bantalan—bola bantalan keramik silikon nitrida—adalah "pahlawan tanpa tanda jasa" sejati yang mendukung kinerja peralatan. Bola-bola keramik kecil ini, dengan diameter beberapa milimeter hingga puluhan milimeter, mungkin tampak tidak signifikan, tetapi dengan sifat "ringan, keras, stabil, dan isolatif" yang dimilikinya, bola-bola ini memainkan "peran kunci" dalam kendaraan energi baru, sepatu roda, bor gigi, dan bahkan sepeda kelas atas.
Bidang Dirgantara
Material keramik silikon nitrida memiliki keunggulan seperti kekuatan tinggi, ketahanan suhu tinggi, dan stabilitas kimia yang baik, yang dapat memenuhi persyaratan ketat untuk material di bidang dirgantara. Keramik silikon nitrida memiliki dua aplikasi klasik di bidang dirgantara: pertama, silikon nitrida dianggap sebagai salah satu dari sedikit material keramik monolitik yang mampu menahan kejutan termal dan gradien termal parah yang dihasilkan oleh mesin roket hidrogen/oksigen, dan digunakan dalam nosel mesin roket; kedua, sifat unggul keramik silikon nitrida dan kompositnya, seperti ketahanan panas, transmisi gelombang, dan kapasitas menahan beban, menjadikannya salah satu material transmisi gelombang berkinerja tinggi generasi baru yang sedang diteliti.
Bidang Semikonduktor
Seiring perkembangan perangkat elektronik menuju miniaturisasi dan kinerja tinggi, pengemasan semikonduktor membutuhkan persyaratan yang lebih tinggi pada material pembuangan panas. Keramik silikon nitrida memiliki konduktivitas termal hingga 90-120 W/(m·K), dan tingkat kesesuaian yang tinggi dengan koefisien ekspansi termal kristal substrat semikonduktor generasi ketiga SiC, menjadikannya material pilihan untuk substrat pengemasan perangkat daya SiC. Secara internasional, perusahaan Jepang seperti Toshiba dan Kyocera mendominasi pasar, sementara perusahaan domestik seperti Sinoma Advanced Materials telah mencapai terobosan teknologi.
Selain sebagai material pengemasan utama, keramik silikon nitrida menunjukkan prospek aplikasi yang luas dalam peralatan manufaktur semikonduktor. Dalam proses pengolahan wafer, keramik silikon nitrida dapat digunakan untuk memproduksi elemen pemanas yang tahan suhu tinggi dan tahan terhadap kejutan termal, memenuhi kondisi operasi yang ketat dari peralatan seperti CVD (chemical vapor deposition) dan tungku difusi. Bidang Biomedis
Sebagai material biokeramik yang sedang berkembang, silikon nitrida menunjukkan potensi aplikasi yang besar dalam implan medis karena sifat mekanik dan biokompatibilitasnya yang sangat baik. Secara khusus, silikon nitrida telah digunakan sebagai biomaterial ortopedi dan berhasil diterapkan dalam komponen bantalan sendi pinggul dan lutut prostetik untuk meningkatkan ketahanan aus dan memperpanjang masa pakai prostesis. Selain itu, material silikon nitrida telah digunakan untuk mendorong fusi tulang dalam operasi tulang belakang. Material keramik silikon nitrida menunjukkan stabilitas dan keandalan yang sangat baik di bidang medis. Silikon nitrida juga menunjukkan adhesi sel dan osteokonduktivitas yang kuat, memberikan dasar biologis penting untuk aplikasinya dalam perbaikan tulang. Namun, kerapuhan inheren keramik silikon nitrida tetap menjadi tantangan utama untuk aplikasinya dalam rekayasa perbaikan tulang. Selain itu, material silikon nitrida sulit terdegradasi secara in vivo, yang menghambat pertumbuhan jaringan tulang baru ke lokasi perbaikan dan penggantian lengkap material perbaikan asli, sehingga membatasi luasnya aplikasi klinisnya.
Mengapa aluminium hidroksida sangat efektif dalam mengobati masalah perut?
Mengapa aluminium hidroksida sangat efektif dalam mengobati masalah perut? Aluminium oksida, juga dikenal sebagai alumina, dengan rumus kimia Al2O3, adalah oksida kedua yang paling melimpah di kerak bumi setelah silikon dioksida, dan banyak ditemukan dalam mineral seperti feldspar dan mika. Secara industri, biasanya dimurnikan dari bahan baku mineral alami—bauksit—untuk mendapatkan alumina.
Dalam arti yang lebih luas, aluminium oksida adalah istilah umum untuk oksida aluminium dan hidroksida aluminium, suatu kelas senyawa yang terdiri dari aluminium, oksigen, dan hidrogen. Karena berbagai bentuk dan sifatnya, aluminium oksida dapat dibagi menjadi aluminium oksida terhidrasi dan anhidrat.
Aluminium oksida terhidrasi yang umum termasuk aluminium hidroksida industri, gibbsite, boehmite, pseudoboehmite, diaspore, korundum, dan tohdite. Di antara ini, aluminium hidroksida industri, gibbsite, dan boehmite adalah aluminium oksida trihidrat, diaspore dan korundum adalah aluminium oksida monohidrat, dan pseudoboehmite dan tohdite adalah aluminium oksida polihidrat.
Dalam arti yang lebih luas, aluminium hidroksida adalah istilah umum untuk aluminium oksida monohidrat (meta-aluminium hidroksida) dan aluminium oksida trihidrat (orto-aluminium hidroksida). Aluminium oksida terhidrasi bukanlah hidrat sejati dari aluminium oksida, tetapi lebih menekankan struktur kristal aluminium hidroksida, di mana ion aluminium dan hidroksida dihubungkan oleh ikatan ionik, dan semua ion hidroksida setara. Aluminium hidroksida biasanya berupa bubuk putih, tidak berbau, tidak beracun, murah, dan banyak digunakan. Aluminium hidroksida paling dikenal karena penggunaannya sebagai penghambat api yang ditambahkan ke bahan matriks polimer, di mana ia menunjukkan sifat penghambat api yang sangat baik.
Pernahkah Anda memperhatikan bahwa dalam kehidupan sehari-hari, aluminium hidroksida sering digunakan untuk membuat obat sakit perut? Ia memiliki efek antasida, adsorben, hemostatik lokal, dan pelindung tukak lambung. Gel aluminium hidroksida dapat digunakan untuk menetralkan asam lambung dan memiliki efek terapeutik pada beberapa penyakit perut umum.
Prinsipnya sederhana: aluminium hidroksida adalah oksida amfoterik tipikal; ia dapat bereaksi dengan asam dan basa. Oleh karena itu, aluminium hidroksida dapat menetralkan atau menyangga asam lambung. Ketika aluminium hidroksida bereaksi dengan asam lambung, aluminium klorida yang dihasilkan memiliki efek astringen, yang dapat memberikan hemostasis lokal, tetapi juga dapat menyebabkan sembelit sebagai efek samping. Aluminium hidroksida, ketika dicampur dengan cairan lambung, membentuk gel yang melapisi permukaan tukak, menciptakan lapisan pelindung. Lapisan ini mengisolasi mukosa lambung dari iritasi dan kerusakan yang disebabkan oleh asam lambung, pepsin, dan zat berbahaya lainnya, sehingga mendorong perbaikan dan penyembuhan mukosa lambung serta membantu pengobatan gastritis, tukak lambung, dan penyakit terkait lainnya.
Kedua, ion aluminium berikatan dengan fosfat di usus membentuk aluminium fosfat yang tidak larut, yang kemudian dikeluarkan melalui feses. Oleh karena itu, pada pasien dengan uremia, mengonsumsi aluminium hidroksida dalam jumlah besar dapat mengurangi penyerapan fosfat di usus, sehingga mengurangi asidosis.
Selain itu, aluminium hidroksida berukuran nano dapat digunakan sebagai pembawa obat untuk mengenkapsulasi obat atau antigen, meningkatkan stabilitas dan target pengiriman obat. Di samping itu, aluminium hidroksida sering digunakan sebagai eksipien farmasi dalam pembuatan obat oral dan vaksin, memastikan stabilitas dan keamanan obat.
Aluminium hidroksida: Mengapa tidak dapat digunakan secara langsung?
Hidroksida amfoterik anorganik—aluminium hidroksida (Al(OH)3, ATH)—memiliki sifat penghambat api, peredam asap, dan pengisi yang sangat efisien. Setelah terurai secara termal, ia tidak menghasilkan gas beracun atau korosif dan dapat digunakan sebagai pengisi penghambat api pada material organik polimer. Saat ini, penggunaan ATH sebagai penghambat api terus meningkat dari tahun ke tahun, dan ATH telah menjadi penghambat api anorganik terpenting di dunia.
Modifikasi Dahulu, Kemudian Penghambat Api
Umumnya, produsen mengisi material mudah terbakar dengan bubuk aluminium hidroksida (ATH) atau melapisi permukaan material mudah terbakar dengan lapisan penghambat api yang mengandung ATH untuk meningkatkan sifat penghambat api material organik polimer.
Lebih lanjut, karena ATH mengandung tiga gugus hidroksil (-OH), permukaannya asimetris dan sangat polar. Gugus hidroksil permukaan menunjukkan sifat hidrofilik dan oleofobik, sehingga rentan terhadap penggumpalan ketika ditambahkan ke bahan organik polimer, yang secara langsung memengaruhi sifat mekanik material.
Oleh karena itu, aluminium hidroksida perlu dimodifikasi permukaannya sebelum digunakan.
Modifikasi Permukaan Aluminium Hidroksida
Modifikasi permukaan merupakan salah satu teknologi kunci untuk mengoptimalkan sifat material serbuk anorganik, yang memainkan peran krusial dalam meningkatkan kinerja aplikasi dan nilai serbuk anorganik. Modifikasi permukaan partikel anorganik mengacu pada adsorpsi atau enkapsulasi satu atau lebih zat pada permukaan partikel anorganik, membentuk struktur komposit inti-kulit. Proses ini pada dasarnya merupakan proses komposit dari berbagai zat.
Jenis dan Karakteristik Pengubah
Ada banyak jenis pengubah permukaan serbuk, tetapi tidak ada metode klasifikasi standar. Pengubah untuk modifikasi serbuk anorganik terutama dibagi menjadi dua kategori: surfaktan dan agen penggandeng.
(1) Agen Penggandeng
Agen penggandeng cocok untuk berbagai sistem material komposit polimer organik dan pengisi anorganik. Setelah modifikasi permukaan dengan agen penggandeng, kompatibilitas dan dispersibilitas material anorganik dengan polimer meningkat. Permukaan material anorganik berubah dari hidrofilik dan oleofobik menjadi oleofilik dan hidrofobik, sehingga meningkatkan afinitasnya dengan polimer organik.
Agen penggandeng beragam dan dapat diklasifikasikan ke dalam empat kategori utama berdasarkan struktur dan komposisi kimianya: kompleks organik, silana, titanat, dan aluminat.
(2) Surfaktan
Surfaktan adalah zat yang dapat mengubah sifat permukaan atau antarmuka suatu material secara signifikan ketika digunakan dalam jumlah yang sangat kecil. Surfaktan meliputi surfaktan anionik, kationik, dan nonionik, seperti asam lemak tinggi dan garamnya, alkohol, amina, dan ester. Struktur molekulnya dicirikan oleh gugus alkil rantai panjang di salah satu ujungnya, mirip dengan molekul polimer, dan gugus polar seperti karboksil, eter, dan gugus amino di ujung lainnya.
Bagaimana efek modifikasi dapat ditentukan?
Apakah aluminium hidroksida yang dimodifikasi dapat diandalkan? Seberapa andalkah? Hal ini memerlukan evaluasi dan karakterisasi efek modifikasi.
Saat ini, efek tahan api dari penghambat api aluminium hidroksida dapat dievaluasi melalui metode langsung seperti pengujian indeks oksigen material, indeks mudah terbakar vertikal dan horizontal, produksi asap, analisis termogravimetri, dan sifat mekanik selama pembakaran; atau secara tidak langsung dengan mengukur absorbansi bubuk, indeks aktivasi, dan nilai penyerapan minyak untuk menguji efek modifikasinya secara tidak langsung.
(1) Absorbansi
ATH yang tidak dimodifikasi memiliki gugus hidroksil hidrofilik dan oleofobik pada permukaannya, yang memungkinkannya larut dalam air atau mengendap bebas di dasar. Setelah modifikasi, permukaan ATH menjadi hidrofilik dan oleofobik, dengan sifat permukaan yang sepenuhnya berlawanan dengan bentuk yang tidak dimodifikasi. ATH tidak dapat larut atau mengendap di dasar dan hanya dapat mengapung di permukaan. Namun, ATH yang dimodifikasi dapat larut atau mengendap dengan baik dalam minyak (seperti parafin cair).
(2) Indeks Aktivasi
ATH yang tidak dimodifikasi memiliki polaritas yang sangat kuat karena sifat gugus hidroksil permukaannya (-OH), sehingga memungkinkannya larut atau mengendap bebas dalam air dengan sifat yang serupa. Setelah dimodifikasi, ATH memiliki lapisan gugus lipofilik yang melekat pada permukaannya, dengan gugus hidroksil permukaan (-OH) yang terbungkus di dalamnya. Semakin baik efek modifikasi, semakin tinggi tingkat penutupan gugus lipofilik pada permukaan ATH, dan semakin banyak ATH yang dimodifikasi yang mengapung di permukaan air.
(3) Nilai Penyerapan Minyak
Pengukuran nilai penyerapan minyak memerlukan penambahan minyak jarak ke ATH dan pengadukan. Sebelum dimodifikasi, ATH, karena sifat hidrofilik dan oleofobiknya, membutuhkan lebih banyak minyak jarak untuk membentuk bola. Setelah modifikasi permukaan, ia menjadi hidrofilik dan oleofobik, meningkatkan dispersibilitas ATH dalam polimer dan mengurangi rongga yang terbentuk oleh penggumpalan bubuk.
Memahami Material Super Kuat—NdFeB
NdFeB sinter, sebagai proses preparasi paling awal dan paling umum diterapkan, telah mendorong perkembangan pesat material magnet permanen tanah jarang. NdFeB sinter, dengan anisotropi magnetiknya yang kuat dan biaya bahan baku yang rendah, telah menjadi target penelitian bagi banyak negara. Material magnet permanen NdFeB sinter memanfaatkan metalurgi serbuk. Paduan hasil peleburan dibuat menjadi serbuk dan ditekan menjadi padatan di dalam medan magnet. Padatan tersebut kemudian disinter dalam gas inert atau vakum untuk mencapai densifikasi. Lebih lanjut, untuk meningkatkan koersivitas magnet, biasanya diperlukan perlakuan panas penuaan. Alur prosesnya adalah sebagai berikut: preparasi bahan baku → peleburan → preparasi serbuk → pengepresan → sintering dan tempering → pengujian magnetik → penggilingan → pemesinan → pelapisan listrik → produk jadi.
Berbeda dengan NdFeB yang disinter, partikel bubuk magnet terikat harus memiliki koersivitas yang cukup tinggi. Setelah struktur multifase dan struktur mikro yang dibutuhkan untuk koersivitas tinggi rusak parah selama proses penyiapan bubuk, mustahil untuk menghasilkan magnet terikat yang baik. Oleh karena itu, dengan menggunakan metode bubuk magnet pendinginan cepat putar-leleh, paduan cair panas terlebih dahulu dituangkan atau disemprotkan ke roda tembaga berputar berkecepatan tinggi berpendingin air untuk membentuk strip tipis setebal 100 μm.
Pembuatan magnet tekan-panas/deformasi-panas membutuhkan permulaan dengan bubuk magnet Nd-Fe-B yang dipadamkan dengan cepat, alih-alih langsung menggunakan paduan cor. Dengan menggunakan kondisi pendinginan berlebih (pendinginan cepat), butiran yang lebih halus, atau bahkan bubuk magnet amorf, dapat disiapkan. Selama pengepresan panas dan deformasi panas, butiran dipanaskan dan ditumbuhkan hingga mendekati ukuran domain tunggal, sehingga mencapai koersivitas tinggi pada magnet akhir. Proses pengepresan panas melibatkan penempatan bubuk magnetik dalam cetakan dan pemberian tekanan pada suhu tinggi untuk memaksanya masuk ke dalam magnet isotropik berdensitas padat.
Aplikasi
Motor Magnet Permanen
Pada motor magnet permanen, penggunaan magnet permanen untuk eksitasi tidak hanya mengurangi konsumsi daya dan menghemat energi, tetapi juga meningkatkan kinerja motor.
Mesin Magnetik
Mesin magnetik beroperasi menggunakan gaya tolak kutub-kutub yang sama atau gaya tarik kutub-kutub yang tidak sama pada magnet. Hal ini membutuhkan magnet permanen dengan remanensi tinggi dan koersivitas intrinsik yang tinggi. Lebih lanjut, berkat prinsip tarik-menarik antara kutub-kutub yang tidak sama, penggerak magnetik dapat dibangun menggunakan transmisi non-kontak, yang menawarkan keuntungan seperti bebas gesekan dan kebisingan. Oleh karena itu, magnet Nd-Fe-B berkinerja tinggi banyak digunakan dalam komponen penggerak mesin pertambangan, bantalan magnetik pada giroskop dan turbin pada satelit dan pesawat ruang angkasa, serta bantalan rotor pada pompa sentrifugal untuk membantu fungsi jantung pada peralatan medis.
Dirgantara
Material magnet permanen tanah jarang sangat diperlukan untuk peluncuran roket, penentuan posisi satelit, dan teknologi komunikasi. Nd-Fe-B sinter berkinerja tinggi sangat berguna dalam sistem pemancar/penerima gelombang mikro untuk radar. Dengan memanfaatkan efek gabungan medan magnet konstan dan medan magnet gelombang mikro bolak-balik, resonansi feromagnetik terjadi, memungkinkan fabrikasi sirkulator, isolator, dan sebagainya. Elektronik Konsumen
Elektronik konsumen 3C selalu menjadi industri hilir yang penting bagi NdFeB sinter. NdFeB sinter memiliki karakteristik seperti produk energi magnetik tinggi, yang sejalan dengan tren miniaturisasi, peringanan, dan penipisan dalam produk elektronik konsumen 3C. Material ini banyak digunakan dalam komponen elektronik seperti VCM, motor linier ponsel, kamera, headphone, speaker, dan motor penggerak spindel.
Daur ulang limbah besi boron neodymium: harta karun yang tak boleh dilewatkan
Magnet permanen neodymium iron boron (NdFeB) banyak digunakan dalam pembangkit listrik tenaga angin, kendaraan energi baru, dan produk elektronik karena sifat magnetiknya yang luar biasa, sehingga dijuluki "Raja Magnet". Namun, tingkat skrap dalam proses produksi magnet NdFeB mencapai 30%, dan ditambah dengan masa pakainya yang terbatas, hal ini menghasilkan limbah NdFeB dalam jumlah besar.
Limbah ini mengandung hingga 30% unsur tanah jarang, jauh melebihi kandungan bijih tanah jarang primer, menjadikannya sumber daya sekunder yang sangat berharga. Pemanfaatan unsur tanah jarang secara efisien dari limbah NdFeB sangat penting untuk memastikan keamanan sumber daya tanah jarang, mengurangi polusi lingkungan, dan mendorong pembangunan berkelanjutan.
Karakteristik dan Sumber Limbah NdFeB
Limbah NdFeB sebagian besar berasal dari skrap, produk cacat, dan produk elektronik yang mengandung magnet yang telah dihentikan penggunaannya selama proses pembuatan magnet. Komposisi kimianya kompleks; Selain unsur tanah jarang utama Nd dan Pr, unsur-unsur seperti Dy dan Tb sering ditambahkan untuk meningkatkan koersivitas, dan unsur-unsur seperti Co, Al, dan Cu ditambahkan untuk meningkatkan kinerja secara keseluruhan. Berdasarkan kandungan unsur tanah jarang (UTJ), limbah NdFeB dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori: tanah jarang rendah (UTJ < 20%), tanah jarang sedang (20%–30%), dan tanah jarang tinggi (> 30%).
Saat ini, proses daur ulang limbah NdFeB terutama dibagi menjadi teknologi daur ulang pirometalurgi, hidrometalurgi, dan daur ulang baru.
(I) Proses Daur Ulang Pirometalurgi
Daur ulang pirometalurgi memisahkan unsur tanah jarang dari besi melalui reaksi suhu tinggi. Metode utamanya meliputi oksidasi selektif, pemisahan klorinasi, paduan cair, dan pemisahan fusi terak-logam.
Oksidasi selektif didasarkan pada fakta bahwa unsur tanah jarang memiliki afinitas terhadap oksigen yang jauh lebih tinggi daripada besi. Pada suhu tinggi, unsur tanah jarang dioksidasi secara selektif untuk membentuk oksida, yang kemudian dipisahkan dari besi metalik. Nakamoto dkk. berhasil menyiapkan oksida tanah jarang campuran dengan kemurnian melebihi 95% dan tingkat pemulihan melebihi 99% dengan mengendalikan tekanan parsial oksigen secara presisi.
Pemisahan klorinasi memanfaatkan afinitas yang kuat antara unsur tanah jarang dan klorin. Zat klorinasi seperti NH4Cl, FeCl2, atau MgCl2 digunakan untuk mengubah unsur tanah jarang menjadi klorida sebelum pemisahan. Uda menggunakan FeCl2 sebagai zat klorinasi, bereaksi pada suhu 800℃, mencapai tingkat pemulihan unsur tanah jarang sebesar 95,9% dan kemurnian produk melebihi 99%.
Metode paduan cair memanfaatkan perbedaan afinitas antara unsur tanah jarang dan besi untuk logam lain guna mencapai pengayaan dan pemisahan unsur tanah jarang dan besi yang efektif. Unsur tanah jarang Nd dapat membentuk berbagai paduan dengan titik leleh rendah dengan Ag, Mg, dll.
Metode pemisahan terak logam didasarkan pada karakteristik unsur tanah jarang dalam limbah NdFeB yang lebih mudah berikatan dengan oksigen. Semua logam dalam limbah NdFeB diubah menjadi oksida logam. Secara bersamaan, di bawah suhu tinggi agen terak, oksida besi diubah menjadi Fe logam dengan mengendalikan kondisi reduksi.
(II) Proses Pemulihan Basah
Pemulihan basah saat ini merupakan metode yang paling banyak digunakan, terutama mencakup metode pelarutan total, metode pelarutan preferensial asam klorida, metode presipitasi garam ganda, dan metode ekstraksi pelarut.
(III) Proses Daur Ulang Baru
Teknologi daur ulang baru bertujuan untuk mengatasi masalah konsumsi energi yang tinggi dan polusi yang tinggi yang terkait dengan metode tradisional, termasuk ledakan hidrogen, bioleaching, dan metode elektrokimia.
Perbandingan Berbagai Proses Daur Ulang dan Dampak Lingkungan
Proses pirometalurgi memiliki laju alir pendek dan kapasitas pemrosesan besar, tetapi konsumsi energinya tinggi dan sulit dipisahkan dari unsur tanah jarang tunggal; proses hidrometalurgi memiliki tingkat pemulihan dan kemurnian produk yang tinggi, tetapi konsumsi asamnya tinggi dan biaya pengolahan air limbahnya tinggi; proses yang lebih baru seperti bioleaching dan metode elektrokimia ramah lingkungan, tetapi sebagian besar masih dalam tahap laboratorium dan belum diterapkan dalam skala besar.
Dalam hal dampak lingkungan, proses daur ulang tradisional seringkali menggunakan asam kuat, alkali kuat, dan suhu tinggi, menghasilkan limbah cair dan gas buang dalam jumlah besar, sehingga meningkatkan beban lingkungan. Oleh karena itu, pengembangan proses daur ulang yang ramah lingkungan dan hemat energi sangatlah penting.
Daur ulang limbah NdFeB merupakan cara utama untuk mengatasi kekurangan sumber daya tanah jarang dan mengurangi polusi lingkungan. Melalui inovasi teknologi dan arahan kebijakan, industri daur ulang NdFeB akan berkembang menuju penghijauan, biaya rendah, proses singkat, dan tingkat pemulihan yang tinggi, yang akan memberikan dorongan baru bagi pembangunan berkelanjutan.
Aplikasi dan pengembangan bahan bubuk anorganik dalam industri karet
Karet banyak digunakan dalam transportasi, permesinan, elektronik, pertahanan, dan sektor-sektor ekonomi nasional lainnya. Namun, karet juga memiliki kekurangan yang signifikan, seperti gaya antarmolekul yang lemah, volume bebas yang besar, dan kemampuan kristalisasi diri yang buruk, sehingga menghasilkan kekuatan dan modulus yang rendah, serta ketahanan aus yang buruk pada material karet. Oleh karena itu, perlu ditambahkan pengisi non-logam anorganik untuk memenuhi persyaratan aplikasi ini.
Secara umum, pengisi non-logam anorganik dalam karet terutama berfungsi sebagai penguat, pengisi (meningkatkan volume) dan pengurangan biaya, meningkatkan kinerja pemrosesan, mengatur karakteristik vulkanisasi, dan memberikan fungsi-fungsi khusus.
Pengisi Mineral Non-logam Anorganik yang Umum Digunakan dalam Karet
(1) Silika
Silika saat ini merupakan bahan penguat kedua yang paling banyak digunakan dalam industri karet setelah karbon hitam. Rumus kimia silika adalah SiO2·nH2O. Struktur partikelnya mengandung banyak rongga. Ketika rongga-rongga ini berada dalam kisaran 2nm-60nm, mereka mudah bergabung dengan polimer lain, yang merupakan alasan utama mengapa silika digunakan sebagai bahan penguat. Sebagai bahan penguat, silika dapat meningkatkan ketahanan aus dan sobek material secara signifikan. Silika juga dapat meningkatkan sifat mekanik ban secara signifikan dan banyak digunakan dalam kendaraan, instrumen, kedirgantaraan, dan bidang lainnya.
(2) Kalsium Karbonat Ringan
Kalsium karbonat ringan adalah salah satu bahan pengisi paling awal dan paling banyak digunakan dalam industri karet. Penambahan kalsium karbonat ringan dalam jumlah besar ke dalam karet dapat meningkatkan volume produk, sehingga menghemat karet alam yang mahal dan mengurangi biaya. Karet pengisi kalsium karbonat ringan dapat mencapai kekuatan tarik, ketahanan aus, dan sobek yang lebih tinggi daripada vulkanisat karet murni. Kalsium karbonat ringan memiliki efek penguat yang signifikan pada karet alam dan sintetis, serta dapat menyesuaikan konsistensi. Dalam industri kabel, kaolinit dapat memberikan tingkat insulasi tertentu. (3) Kaolin
Kaolinit adalah aluminosilikat hidrat, mineral lempung yang umum. Penerapan praktisnya pada karet meningkatkan elastisitas, sifat penghalang, pemanjangan, dan kekuatan lentur karet. Penambahan kaolinit termodifikasi ke dalam karet stirena-butadiena (SBR) secara signifikan meningkatkan pemanjangan, kekuatan sobek, dan kekerasan Shore karet, sekaligus memperpanjang masa pakainya.
(4) Tanah Liat
Tanah liat dapat ditambahkan selama proses produksi ban, tergantung pada kebutuhan proses produksi. Tanah liat digunakan sebagai pengisi untuk mengurangi biaya. Namun, tanah liat tersebut harus diaktivasi agar lebih mudah terikat dengan karet. Tanah liat yang diaktivasi atau dimodifikasi dapat menggantikan sebagian karbon hitam dalam formulasi.
Studi menunjukkan bahwa seiring bertambahnya jumlah tanah liat, kekerasan, tegangan tarik 300%, dan kekuatan tarik kompon karet sedikit menurun, tetapi hal ini dapat dikompensasi dengan menyesuaikan sistem vulkanisasi. Ketika digunakan dalam formulasi tapak, setelah optimasi sistem, tanah liat juga dapat mengurangi hambatan gelinding.
(5) Barium Sulfat
Barium Sulfat dapat secara efektif meningkatkan ketahanan anti-penuaan dan cuaca pada produk karet seperti karet ban dan ban. Selain itu, dapat meningkatkan kehalusan permukaan produk karet. Sebagai pengisi karet bubuk, tidak hanya dapat meningkatkan laju aplikasi bubuk, tetapi juga memiliki keunggulan yang jelas dalam hal biaya ekonomis.
(6) Talk
Serbuk talk biasanya dibagi menjadi bubuk talk industri umum dan bubuk talk ultrahalus. Bubuk talk industri umum, sebagai pengisi karet, tidak berperan sebagai penguat dan hanya memiliki efek yang dapat diabaikan dalam meningkatkan sifat fisik karet. Oleh karena itu, bubuk talk industri umum sering digunakan sebagai agen pemisah. Di sisi lain, bubuk talk ultrahalus memiliki efek penguat yang baik. Jika digunakan sebagai pengisi karet, kekuatan tarik karet itu sendiri setara dengan efek yang dihasilkan oleh silika.
(7) Grafit
Grafit termasuk dalam mineral non-logam silikat lamelar dan memiliki konduktivitas termal, konduktivitas listrik, dan pelumasan yang baik. Penggunaan grafit sebagai pengisi karet melibatkan proses yang serupa dengan yang digunakan untuk montmorillonit, di mana grafit dipecah menjadi partikel berukuran nano menggunakan teknik khusus. Ketika nanopartikel ini bergabung dengan matriks karet, berbagai sifat fungsional karet akan meningkat. Misalnya, konduktivitas listrik, konduktivitas termal, kedap udara, dan sifat mekanis semuanya meningkat secara signifikan.
Jenis dan Aplikasi Teknologi Sferoidisasi Serbuk
Teknologi sferoidisasi serbuk, komponen penting dalam industri dan sains modern, dapat meningkatkan karakteristik permukaan dan sifat fisik serbuk, mengoptimalkan kinerja material, dan memenuhi persyaratan multifungsi. Saat ini, teknologi sferoidisasi serbuk telah merambah berbagai bidang, termasuk farmasi, pangan, kimia, perlindungan lingkungan, material, metalurgi, dan pencetakan 3D.
Teknologi penyiapan serbuk sferoid melibatkan berbagai disiplin ilmu, termasuk keahlian di bidang kimia, ilmu material, dan teknik. Di bawah ini, kami akan membahas berbagai teknologi yang terlibat dalam sferoidisasi serbuk.
Metode Pembentukan Mekanis
Metode pembentukan mekanis terutama memanfaatkan serangkaian gaya mekanis, seperti tumbukan, gesekan, dan geser, untuk mengubah bentuk dan menyerap partikel secara plastis. Pemrosesan berkelanjutan menghasilkan partikel yang lebih padat, dan tepi yang tajam secara bertahap dihaluskan dan dibulatkan oleh gaya tumbukan. Metode pembentukan mekanis memanfaatkan mesin giling tumbukan berkecepatan tinggi, mesin giling pengaduk media, dan peralatan penggilingan lainnya untuk menghasilkan material serbuk halus. Dikombinasikan dengan penggilingan kering dan basah, metode ini menghasilkan material serbuk dengan ukuran partikel yang lebih halus, distribusi ukuran partikel yang lebih sempit, dan laju sferoidisasi tertentu.
Pembentukan mekanis banyak digunakan dalam sferoidisasi dan pembentukan partikel grafit alami, grafit buatan, dan semen. Metode ini juga cocok untuk menghancurkan dan menghaluskan serbuk logam atau paduan yang rapuh. Pembentukan mekanis memanfaatkan beragam bahan baku berbiaya rendah, memanfaatkan sepenuhnya sumber daya yang ada. Metode ini menawarkan keunggulan seperti kesederhanaan, ramah lingkungan, dan skalabilitas industri. Namun, metode ini tidak terlalu selektif dalam hal material, dan tidak dapat menjamin kesferisan, densitas tap, dan rendemen partikel yang diproses. Oleh karena itu, metode ini hanya cocok untuk menghasilkan serbuk bulat dengan persyaratan kualitas yang lebih rendah.
Pengeringan Semprot
Pengeringan semprot melibatkan atomisasi zat cair menjadi tetesan, yang kemudian diuapkan dengan cepat dalam aliran udara panas, memadat menjadi partikel padat. Keunggulan pengeringan semprot terletak pada kesederhanaannya dan kemudahan dalam mengontrol sifat produk. Metode ini terutama digunakan dalam bidang bahan peledak dan baterai militer.
Reaksi Kimia Fase Gas
Reaksi kimia fase gas menggunakan bahan baku gas (atau menguapkan bahan baku padat menjadi gas) untuk menghasilkan senyawa yang diinginkan melalui reaksi kimia. Senyawa ini kemudian dikondensasikan dengan cepat untuk menghasilkan bubuk bulat ultrahalus dari berbagai zat.
Metode Hidrotermal
Metode hidrotermal menggunakan reaktor dalam kondisi suhu dan tekanan tinggi, menggunakan air atau pelarut organik sebagai media reaksi untuk reaksi kimia. Ukuran partikel dapat dikontrol secara efektif dengan menyesuaikan parameter seperti suhu hidrotermal, waktu hidrotermal, pH, dan konsentrasi larutan.
Metode Presipitasi
Metode presipitasi menggabungkan ion logam dengan presipitan spesifik melalui reaksi kimia dalam larutan, menghasilkan partikel koloid semi-padat yang sangat kecil dan membentuk suspensi yang stabil. Selanjutnya, dengan menyesuaikan kondisi reaksi presipitasi lebih lanjut, seperti penuaan statis, pengadukan lambat, atau perubahan lingkungan larutan, partikel-partikel koloid ini secara bertahap beragregasi dan tumbuh menuju bentuk bulat, membentuk endapan bulat primer. Endapan yang dihasilkan kemudian dikeringkan atau dikalsinasi untuk menghasilkan material bubuk bulat.
Metode Sol-Gel
Metode sol-gel biasanya melibatkan tiga tahap: preparasi sol, pembentukan gel, dan pembentukan bubuk sferis. Perlakuan panas dapat lebih meningkatkan struktur dan sifat bubuk sferis, memungkinkan kontrol ukuran dan morfologi partikel yang presisi.
Metode Mikroemulsi
Metode mikroemulsi adalah metode preparasi sistem dua fase cair-cair. Metode ini melibatkan penambahan pelarut organik yang mengandung prekursor terlarut ke dalam fase air untuk membentuk emulsi yang mengandung tetesan-tetesan kecil. Partikel sferis kemudian dibentuk melalui nukleasi, koalesensi, aglomerasi, dan perlakuan panas. Metode mikroemulsi banyak digunakan dalam preparasi nanopartikel dan material komposit organik-anorganik.
Sferoidisasi Plasma
Dengan pesatnya perkembangan teknologi tinggi dan kebutuhan mendesak akan nanomaterial baru serta proses preparasi yang inovatif, penelitian dan penerapan kimia plasma semakin mendapat perhatian. Sferoidisasi plasma, yang dicirikan oleh suhu tinggi, entalpi tinggi, reaktivitas kimia tinggi, serta atmosfer dan suhu reaksi yang terkendali, ideal untuk menghasilkan bubuk sferis dengan kemurnian tinggi dan partikel kecil.
Metode lain meliputi deflagrasi, Peletisasi Api Pembakaran Gas, Atomisasi Ultrasonik, Atomisasi Sentrifugal, pemotongan kawat, pelubangan, dan peleburan ulang, serta penyemprotan mikropori berdenyut.
Bagaimana cara memodifikasi permukaan bubuk silikon nitrida?
Modifikasi permukaan bubuk silikon nitrida terutama melibatkan perlakuan permukaan bubuk melalui berbagai metode fisika dan kimia untuk meningkatkan sifat fisika dan kimia partikel.
Modifikasi permukaan dapat mengurangi gaya tarik-menarik antar partikel bubuk, sehingga memungkinkan dispersi bubuk yang lebih baik dalam medium dan meningkatkan dispersibilitas bubur bubuk. Modifikasi permukaan juga dapat meningkatkan aktivitas permukaan bubuk silikon nitrida, meningkatkan kompatibilitasnya dengan zat lain, dan dengan demikian mengembangkan sifat-sifat baru.
Prinsip utama modifikasi permukaan bubuk adalah interaksi antara bubuk dan pengubah permukaan meningkatkan kebasahan permukaan bubuk dan meningkatkan dispersinya dalam media berair atau organik.
1. Modifikasi Pelapisan Permukaan
Teknologi modifikasi pelapisan permukaan memanfaatkan adsorpsi fisika atau kimia untuk melekatkan bahan pelapis secara merata pada permukaan objek yang dilapisi, membentuk lapisan pelapis yang seragam dan lengkap. Lapisan pelapis yang terbentuk selama proses pelapisan biasanya berupa lapisan tunggal.
Modifikasi pelapisan umumnya dikategorikan sebagai anorganik dan organik. Pelapisan anorganik terutama melibatkan pengendapan oksida atau hidroksida yang sesuai pada permukaan partikel keramik untuk memodifikasi serbuk, tetapi modifikasi ini hanya memengaruhi sifat fisiknya. Pelapisan organik, di sisi lain, melibatkan pemilihan zat organik sebagai bahan pelapis. Zat organik ini berikatan dengan gugus pada permukaan partikel serbuk dan secara selektif teradsorpsi ke permukaan, memberikan sifat lapisan pelapis pada serbuk.
Teknologi modifikasi ini menawarkan biaya rendah, langkah-langkah sederhana, dan kontrol yang mudah, tetapi hasil yang dihasilkan seringkali terbatas.
2. Perlakuan Asam dan Alkali Permukaan
Proses pencetakan keramik umumnya membutuhkan bubur keramik dengan kandungan padatan tinggi dan viskositas rendah. Kerapatan muatan pada permukaan serbuk secara signifikan memengaruhi reologi dan dispersibilitas bubur. Pencucian permukaan serbuk keramik (perlakuan asam dan basa) dapat mengubah sifat muatan permukaan serbuk. Sesuai namanya, metode modifikasi ini melibatkan pencampuran dan pencucian serbuk silikon nitrida secara menyeluruh dengan larutan asam atau basa dengan berbagai konsentrasi.
Pada saat yang sama, perlakuan alkali pada konsentrasi tertentu juga dapat bereaksi dengan permukaan serbuk keramik. Penelitian oleh Wang Yongming dkk. menunjukkan bahwa pencucian alkali dapat mengurangi kandungan silanol pada permukaan serbuk silikon karbida, menurunkan derajat oksidasinya, mengubah gaya tolak elektrostatik antar partikel, dan meningkatkan sifat reologi bubur.
3. Modifikasi Dispersan
Berdasarkan perbedaan antara berbagai jenis serbuk keramik, pemilihan dispersan yang tepat atau perancangan dispersan baru berperan penting dalam meningkatkan kandungan padatan bubur keramik. Jenis dan jumlah dispersan yang ditambahkan dapat mengubah efeknya secara signifikan terhadap sifat keramik.
Dispersan umumnya memiliki struktur hidrofilik dan hidrofobik, dan melalui interaksi antara gugus hidrofilik dan hidrofobik inilah mereka menyesuaikan sifat dispersi bubur keramik. Dispersan meliputi surfaktan atau elektrolit polimer, dengan surfaktan meliputi surfaktan kationik dan anionik.
Elektrolit polimer meliputi asam polivinil sulfonat, asam poliakrilat, polivinil piridina, dan polietilenaimina. Dispersan dapat mengalami reaksi adsorpsi dengan permukaan bubuk, termasuk adsorpsi kimia dan fisika, memanfaatkan gaya antarpartikel (gaya van der Waals dan tolakan elektrostatik) dan potensi efek sterik.
4. Modifikasi Hidrofobisitas Permukaan
Modifikasi hidrofobisitas permukaan melibatkan konversi gugus hidroksil dalam bubuk keramik menjadi gugus hidrofobik, seperti gugus hidrokarbon, gugus alkil rantai panjang, dan gugus sikloalkil. Gugus organik ini berikatan dengan permukaan bubuk keramik, memberikan efek hidrofobik yang kuat, memungkinkan dispersi yang lebih baik dalam media dispersi dan mencegah aglomerasi.
Ketika polimer dicangkokkan ke permukaan bubuk silikon nitrida, rantai polimer yang panjang menempel pada permukaan bubuk, sementara rantai hidrofilik di ujung lainnya meluas ke dalam media berair. Sepanjang proses dispersi, partikel bubuk mengalami tolakan antarpartikel dan halangan sterik yang diciptakan oleh rantai polimer yang panjang, sehingga menghasilkan dispersi bubur yang lebih baik.