« Les céramiques microporeuses » sont un matériau industriel que l'on retrouve couramment dans divers secteurs. Lorsqu'on évoque les céramiques microporeuses, certaines personnes peuvent être très étrangères à ce concept : qu'est-ce que c'est ?
Histoire du développement des céramiques microporeuses
En réalité, les recherches mondiales sur les céramiques microporeuses ont commencé dans les années 40 du XXe siècle, et après avoir réussi à promouvoir leur application dans les industries laitières et des boissons (vin, bière, cidre) en France au début des années 80 du XXe siècle, elles ont commencé à être appliquées au traitement des eaux usées et à d'autres domaines correspondants.
En 2004, les ventes mondiales sur le marché des céramiques poreuses ont dépassé 10 milliards de dollars américains, et leurs ventes sur le marché ont connu un taux de croissance annuel de 35 % grâce à l'application réussie des céramiques microporeuses dans la filtration et la séparation précises.
Les céramiques microporeuses sont des structures poreuses uniformes, une nouvelle sorte de matériau céramique, mais aussi des céramiques structurales fonctionnelles. Comme leur nom l'indique, il s'agit d'un corps céramique possédant de nombreux micropores ouverts ou fermés à l'intérieur ou à la surface. Les micropores des céramiques microporeuses sont très petits, leur diamètre étant généralement de l'ordre du micron ou du sous-micron, pratiquement invisibles à l'œil nu. Toutefois, les céramiques microporeuses sont en réalité présentes dans la vie quotidienne, par exemple dans les éléments filtrants céramiques utilisés dans les purificateurs d'eau ou les éléments d'atomisation des cigarettes électroniques.
Les céramiques poreuses peuvent être classées en fonction de leurs dimensions, de leur composition de phase et de leur structure poreuse (taille des pores, morphologie des pores et connectivité des pores).
En fonction de la taille des pores, on distingue : les céramiques poreuses à gros pores (taille des pores > 500 μm), les céramiques poreuses à grands pores (taille des pores 100~500 μm), les céramiques poreuses à pores moyens (taille des pores 10~100 μm), les céramiques poreuses à petits pores (taille des pores 1~50 μm), les céramiques poreuses à fins pores (taille des pores 0,1~1 μm) et les céramiques poreuses microporeuses. Selon la structure des pores, les céramiques poreuses peuvent se diviser en céramiques poreuses à structure poreuse uniforme et céramiques poreuses à structure poreuse non uniforme.
Les céramiques microporeuses constituent un nouveau type de matériau filtrant inorganique non métallique. Les céramiques microporeuses sont composées de trois parties principales : particules d'agrégat, liants et pores. Elles utilisent du sable de quartz, de la corindon, de l'alumine (Al2O3), du carbure de silicium (SiC), de la mullite (2Al2O3-3SiO2) ainsi que des particules céramiques comme agrégats, mélangés à une quantité déterminée de liant et d'agent formant les pores, puis sont soumises à une cuisson à haute température. Les particules d'agrégat, le liant, l'agent formant les pores et leurs conditions de liaison déterminent les caractéristiques principales des céramiques telles que la taille des pores, la porosité, la perméabilité à l'air, etc. Les agrégats, tout comme les adhésifs, sont choisis en fonction de l'utilisation prévue du produit. Les agrégats doivent généralement présenter une résistance élevée, une bonne tenue à la chaleur et à la corrosion, une forme proche de la sphère (favorable à la formation de conditions de filtration), une granulation aisée dans une plage de taille de particules spécifiée, ainsi qu'une bonne affinité avec les liants. Si les substrats et les tailles de particules des agrégats sont identiques, et que les autres conditions sont constantes, la taille des pores, la porosité, la perméabilité à l'air et autres paramètres du produit peuvent atteindre l'objectif souhaité.
Caractéristiques des céramiques microporeuses
Les pores des céramiques poreuses proviennent de deux parties : une partie provient des vides interparticulaires laissés pendant le processus de frittage des particules de poudre, et l'autre partie provient des pores formés par l'agent porogène.
Les pores sont uniformément répartis, et des produits céramiques microporeux dont la taille des pores est sélectionnée peuvent être produits.
Bonne stabilité chimique, résistance à la corrosion chimique, excepté l'acide fluorhydrique et les alcalis concentrés, tous les autres milieux présentent une excellente résistance à la corrosion. En choisissant les matériaux appropriés et en contrôlant les procédés, il est possible de fabriquer des céramiques microporeuses adaptées à divers environnements corrosifs. Elles ne réagissent pas chimiquement avec d'autres substances, ainsi le fluide n'est pas pollué par des composés lixiviés et ne provoque pas de pollution secondaire ;
Résistance élevée à la température, pas de volatilisation de substances nocives, bonne stabilité thermique, pas de déformation thermique, ramollissement ou oxydation, utilisable entre -50 et 500 °C.
Grande résistance et rigidité mécaniques, sous des charges de contrainte pneumatiques, hydrauliques ou autres, la forme et la taille du trou ne changent pas ;
Elle possède une forte capacité de renouvellement, et peut retrouver pratiquement sa capacité de filtration initiale après un lavage à contre-courant avec un liquide ou un gaz, lui assurant ainsi une longue durée de vie. En outre, elle présente de bonnes propriétés antibactériennes et n'est pas facilement dégradée par les bactéries.
Bonne performance d'adsorption : les céramiques microporeuses, grâce à leurs caractéristiques de surface poreuse solide, possèdent une grande surface interne, c'est-à-dire une grande énergie de surface, ce qui leur confère une forte capacité d'adsorption, permettant d'adsorber et de filtrer un grand nombre de particules en suspension très fines.
Elle est non polluante, maintient un bon état de propreté, est non toxique et inodore, ne provoque pas le détachement de corps étrangers et n'engendre pas de pollution secondaire. Elle peut remplacer des matériaux filtrants tels que les tissus de coton, les étoffes de soie, les matières plastiques, les toiles métalliques précieuses, etc., éliminant ainsi les défauts de ces matériaux filtrants.
Applications des céramiques microporeuses
Les céramiques microporeuses présentent des avantages tels que l'adsorption, la perméabilité à l'air, la résistance à la corrosion, la compatibilité environnementale, la biocompatibilité ainsi que des propriétés physiques et chimiques uniques. Elles sont largement utilisées dans la filtration de divers liquides, la filtration des gaz, ainsi que pour la fixation de porteurs d'enzymes biologiques et de porteurs à biocompatibilité adaptée.
Les perspectives de marché pour le développement et l'application des céramiques microporeuses sont très prometteuses, et celles-ci sont devenues un nouveau matériau céramique développé par de nombreux instituts de recherche et fabricants, tant nationaux qu'étrangers.
Les perspectives du marché pour le développement et l'application des céramiques microporeuses sont très étendues, et elles sont devenues un nouveau matériau céramique développé par de nombreux instituts de recherche et fabricants nationaux et étrangers. Actuellement, elles sont largement utilisées dans les domaines de l'environnement, de l'économie d'énergie, de l'aérospatiale, de la chimie, du pétrole, de la métallurgie, de l'alimentation, de la pharmacie, de la biologie, de la médecine, de l'élevage et d'autres industries, améliorant considérablement la qualité des produits et la compétitivité sur le marché de ces secteurs. En tant que matériaux pour filtration et purification des gaz-liquides, séparation, absorption acoustique et amortissement, matériaux d'échangeurs de chaleur, remplissages chimiques, biocéramiques et supports de catalyseurs, adsorbants, matériaux pour implants biologiques, matériaux spéciaux pour parois, organes fabriqués artificiellement et matériaux réfractaires, matériaux pour capteurs, etc., elles ont été introduites dans de nombreuses disciplines et domaines, suscitant un grand intérêt au sein de la communauté mondiale des matériaux.
En tant que nouveau type de céramique possédant de nombreuses utilisations et des perspectives de développement étendues, les céramiques microporeuses sont devenues un sujet d'intérêt majeur.
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