Le CSP émule le processus de formation des roches sédimentaires dans la croûte terrestre et facilite la solidification des poudres basiques de carbonate et d'hydroxyde de magnésium. Il peut être utilisé comme méthode pour capturer et stocker le dioxyde de carbone et les utiliser pour la création de matériaux de construction. Crédit :Shinobu Hashimoto de l'Institut de technologie de Nagoya
Les matériaux céramiques sont omniprésents dans le monde de la construction. Les matériaux de construction tels que le ciment, les briques, les carreaux ou les isolants électriques comme la porcelaine sont tous des produits céramiques sur lesquels nous comptons dans notre vie quotidienne. Ces céramiques sont fabriquées par une méthode appelée frittage - le processus de transformation de solides pulvérulents en une masse durcie en appliquant une pression ou une température. La plupart des processus de frittage impliquent des températures supérieures à 1 000 ºC, ce qui rend cette méthode très gourmande en énergie. De plus, la température élevée rend également difficile le frittage de matières premières telles que les carbonates et les hydroxydes car elles sont sujettes à la décomposition thermique à des températures élevées.
Le carbonate et les hydroxydes de magnésium sont des candidats émergents pour les matériaux de construction en raison de leur stabilité thermodynamique et de leur capacité à durcir, ou fritter, comme l'enduit à la chaux éteinte. Cependant, ces matériaux ne peuvent pas être frittés en utilisant le processus de frittage conventionnel car ils subissent une décomposition thermique. Cependant, on ne sait pas grand-chose sur la façon dont ces matériaux réagissent à une technique plus douce appelée frittage à froid. Pour combler cette lacune dans la recherche, une équipe de chercheurs de l'Institut de technologie de Nagoya, composée du professeur Shinobu Hashimoto et de M. Keitaro Yamaguchi, a étudié le mécanisme par lequel les systèmes Mg–C–O–H durcissent par le processus de frittage à froid (ou CSP ). Leurs conclusions sont résumées dans une étude récente mise en ligne le 21 avril 2022 et publiée dans Ceramics International le 1er août 2022.
Le CSP a gagné en popularité ces dernières années en raison de sa faible dépendance énergétique. Ce processus imite le processus de formation de roches sédimentaires qui se produit dans la croûte terrestre, permettant à la solidification de se produire sous plusieurs centaines de mégapascals de pression mais à des températures plus douces telles que 300 ° C ou moins. Cela rend le processus moins énergivore et idéal pour la fabrication de matériaux de construction à basse température de décomposition thermique.
"Le carbonate de magnésium basique, ou magnésite, a été proposé pour être utilisé comme matériau de stockage du carbone parallèlement à son utilisation comme matériau de structure. Mais la magnésite est difficile à produire comme par les méthodes industrielles conventionnelles en raison de l'influence de l'hydratation pendant la production et de la pyrolyse à haute température de processus de frittage », explique le professeur Hashimoto. "Notre étude vise à comprendre si les systèmes Mg–C–O–H peuvent subir une solidification souhaitable en céramique de construction via CSP."
L'équipe a utilisé de l'hydroxyde de magnésium et des poudres basiques d'hydroxyde de magnésium comme précurseurs de céramique et de l'eau comme solvant. Ils ont chauffé le premier à 250 ºC et le second à 150 ºC avec 10 % en masse d'eau, sous une pression de 270 mégapascals (MPa) pendant une heure chacun. Ils ont constaté que les valeurs de résistance à la compression et de densité relative pour l'hydroxyde de magnésium solidifié étaient de 121 MPa et 84 %, respectivement, tandis que les valeurs pour le carbonate de magnésium basique solidifié étaient de 275 MPa et 88 %, respectivement. L'équipe a également découvert que l'eau jouait un rôle important dans la promotion de la réaction de dissolution-précipitation nécessaire à la densification des poudres lors du CSP. Ce phénomène garantissait que le frittage pour former des masses solides se produisait à des températures plus basses.
Les résultats de cette étude offrent une nouvelle perspective sur le frittage, qui est généralement considéré comme un processus à haute température et à haute énergie. Le CSP permet non seulement la fabrication de céramiques de matériaux sensibles à la décomposition thermique, mais assure également d'excellents résultats en contrôlant la microstructure des produits solidifiés.
"Le secteur de la construction est l'un des principaux consommateurs d'énergie, responsable de 38 % du CO2 lié à l'énergie dans le monde. émissions. Grâce à nos recherches, nous visons à faire un pas de plus vers la construction d'un avenir où la fabrication de matériaux de construction sera plus durable et plus verte », conclut le professeur Hashimoto. + Explorer davantage
