Keramiska material finns överallt i byggvärlden. Byggnadsmaterial som cement, tegel, kakel eller elektriska isolatorer som porslin är alla keramiska produkter som vi förlitar oss på i vårt dagliga liv. Dessa keramer tillverkas med en metod som kallas sintring - processen att förvandla pulverformiga fasta ämnen till en härdad massa genom att applicera tryck eller temperatur. De flesta sintringsprocesser involverar temperaturer över 1 000ºC, vilket gör denna metod mycket energikrävande. Dessutom gör den höga temperaturen även sintring av råmaterial som karbonater och hydroxider svår eftersom de är benägna att sönderfalla vid höga temperaturer.

Magnesiumkarbonat och -hydroxider är nya kandidater för byggmaterial på grund av deras termodynamiska stabilitet och deras förmåga att härda, eller sintra, som släckt kalkputs. Dessa material kan emellertid inte sintras med den konventionella sintringsprocessen eftersom de genomgår termisk sönderdelning. Det är dock inte mycket känt om hur dessa material reagerar på en mildare teknik som kallas kallsintring. För att komma till rätta med denna forskningsklyfta undersökte ett team av forskare från Nagoya Institute of Technology, bestående av Prof. Shinobu Hashimoto och Mr. Keitaro Yamaguchi, mekanismen genom vilken Mg–C–O–H-system härdar genom den kalla sintringsprocessen (eller CSP) ). Deras resultat sammanfattas i en nyligen genomförd studie som gjordes tillgänglig online den 21 april 2022 och publicerades i Ceramics International den 1 augusti 2022.

CSP har vunnit popularitet de senaste åren på grund av dess låga energiberoende. Denna process imiterar den sedimentära stenbildningsprocessen som sker i jordskorpan, vilket gör att stelning sker under flera hundra megapascals tryck men vid mildare temperaturer som 300ºC eller lägre. Detta gör processen mindre energikrävande och idealisk för tillverkning av byggmaterial med låga termiska nedbrytningstemperaturer.

"Basiskt magnesiumkarbonat, eller magnesit, har föreslagits för användning som ett kollagringsmaterial vid sidan av dess användning som ett strukturellt material. Men magnesit är svårt att framställa som med konventionella industriella metoder på grund av påverkan av hydratisering under produktion och högtemperaturpyrolys av sintringsprocess", förklarar Prof. Hashimoto. "Vår studie syftar till att förstå om Mg–C–O–H-system kan genomgå önskvärd stelning till byggkeramik via CSP."

Teamet använde magnesiumhydroxid och basiska magnesiumhydroxidpulver som keramiska prekursorer och vatten som lösningsmedel. De värmde den förra vid 250ºC och den senare vid 150ºC med 10 mass% vatten, under ett tryck på 270 megapascal (MPa) under en timme vardera. De fann att tryckhållfasthet och relativ densitet för stelnad magnesiumhydroxid var 121 MPa respektive 84 %, medan värdena för stelnat basiskt magnesiumkarbonat var 275 MPa respektive 88 %. Teamet upptäckte också att vattnet spelade en viktig roll för att främja upplösning-utfällningsreaktionen som är nödvändig för förtätning av pulver under CSP. Detta fenomen säkerställde att sintringen för att bilda fasta massor skedde vid lägre temperaturer.

Resultaten av denna studie ger ett nytt perspektiv på sintring, som allmänt anses vara en process med hög temperatur och hög energi. CSP tillåter inte bara keramiktillverkning av material som är känsliga för termisk nedbrytning utan säkerställer också utmärkta resultat genom att kontrollera mikrostrukturen hos de stelnade produkterna.

"Byggbranschen är en av de stora konsumenterna av energi som står för 38 % av den globala energirelaterade CO₂ utsläpp. Genom vår forskning siktar vi på att komma ett steg närmare att bygga en framtid där tillverkning av byggmaterial är mer hållbar och grönare", avslutar Prof. Hashimoto. + Utforska vidare

Solid-state-batterier kan göras renare genom att skala upp blixtsintring