PL234779B1 - Method for obtaining ceramics by gel casting method - Google Patents
Method for obtaining ceramics by gel casting method Download PDFInfo
- Publication number
- PL234779B1 PL234779B1 PL423258A PL42325817A PL234779B1 PL 234779 B1 PL234779 B1 PL 234779B1 PL 423258 A PL423258 A PL 423258A PL 42325817 A PL42325817 A PL 42325817A PL 234779 B1 PL234779 B1 PL 234779B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- ceramic
- temperature
- sintered
- amount
- ceramic powder
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem zgłoszenia patentowego jest sposób otrzymywania tworzyw ceramicznych metodą odlewania żelowego (ang. gelcasting), pozwalający na zwiększenie stężenia fazy stałej w zawiesinie ceramicznej, a co za tym idzie poprawę właściwości tworzyw w stanie surowym i po spiekaniu, oraz dodatkowo zminimalizowanie negatywnego efektu inhibicji tlenowej i rozwarstwiania się wyrobów ceramicznych w stanie surowym.The subject of the patent application is a method of obtaining ceramic materials by gelcasting, which allows to increase the concentration of the solid phase in the ceramic suspension, and thus improve the properties of the raw materials and after sintering, and additionally minimize the negative effect of oxygen and oxygen inhibition. delamination of ceramic products in the raw state.
Stężenie fazy stałej w ceramicznej masie lejnej jest o tyle istotne, że wpływa ono na stopień i jednorodność zagęszczenia materiału w stanie surowym, a co za tym idzie na jakość finalnego materiału po obróbce wysokotemperaturowej. Z tego względu coraz więcej uwagi poświęca się metodom formowania proszków ceramicznych opartym na układach koloidalnych, w których jednym z etapów jest przygotowanie stabilnej ceramicznej masy lejnej. Jedną z takich metod jest odlewanie żelowe (ang. gelcasting), które służy do otrzymywania materiałów ceramicznych o skomplikowanym kształcie i wysokiej jednorodności zagęszczenia bez stosowania kosztownej aparatury ciśnieniowej. Głównym założeniem metody jest przeprowadzenie wewnątrz ceramicznej masy lejnej kontrolowanej reakcji polimeryzacji monomeru organicznego, stanowiącego niewielki udział procentowy w stosunku do ilości proszku ceramicznego, w wyniku czego powstaje związek wielocząsteczkowy o strukturze liniowej lub usieciowanej. Powstała sieć polimerowa konsoliduje cząstki proszku ceramicznego, co pozwala na uzyskanie odlewu odwzorowującego skomplikowany kształt formy. W procesie tym przygotowuje się masę lejną składającą się z fazy dyspergującej, którą stanowi rozpuszczalnik organiczny lub nieorganiczny wraz z monomerem i upłynniaczem oraz fazy rozproszonej - proszku ceramicznego (Szafran M., Bednarek P., Jach D., Formowanie tworzyw ceramicznych metodą „gelcasting, Materiały Ceramiczne, 1 (2007) 17-25). Ze względów technologicznych pożądane jest stosowanie jako rozpuszczalnika wody, gdyż pozwala to na zmniejszenie kosztów i eliminuje konieczność pracy z toksycznymi rozpuszczalnikami. Zawiesinę miesza się na przykład w planetarnym młynie kulowym. Po procesie homogenizacji mieszaninę odgazowuje się i dodaje środka inicjującego powstawanie wolnych rodników. Tak przygotowaną masę wlewa się do wcześniej przygotowanych form, gdzie zachodzi proces polimeryzacji. Po zżelowaniu i wysuszeniu kształtek poddaje się je procesowi spiekania w odpowiednio dobranych warunkach. Główną zaletą metody gelcasting jest możliwość otrzymywania jednorodnych kształtek o skomplikowanej geometrii przy niewielkim nakładzie finansowym. W procesie tym można wytwarzać takie elementy jak: wirniki turbin, łopatki turbin, tygle, płytki półprzewodzące, części samochodów (Omatete O.O., Janney M.A., Nunn S.D., Gelcasting: from laboratory development toward industrial production, Journal of the European Ceramic Society, 17 (1997) 407-413).The concentration of the solid phase in the ceramic slip is important as it affects the degree and homogeneity of the material compaction in the raw state, and thus the quality of the final material after high-temperature treatment. For this reason, more and more attention is paid to the methods of forming ceramic powders based on colloidal systems, in which one of the steps is to prepare a stable ceramic slip. One such method is gelcasting, which is used to obtain ceramic materials with a complex shape and high uniformity of densification without the use of expensive pressure equipment. The main assumption of the method is to carry out a controlled polymerization reaction of the organic monomer inside the ceramic slip, representing a small percentage of the amount of ceramic powder, resulting in the formation of a linear or cross-linked multiparticulate. The resulting polymer network consolidates the particles of the ceramic powder, which allows for obtaining a casting reflecting the complex shape of the mold. In this process, a slip is prepared consisting of a dispersing phase, which is an organic or inorganic solvent with a monomer and a fluidizer, and a dispersed phase - ceramic powder (Szafran M., Bednarek P., Jach D., Molding of ceramic materials using the "gelcasting, Ceramics Materials, 1 (2007) 17-25). For technological reasons, it is desirable to use water as a solvent, as it reduces costs and eliminates the need to work with toxic solvents. The slurry is mixed, for example, in a planetary ball mill. After the homogenization process, the mixture is degassed and the free radical initiator is added. The prepared mass is poured into previously prepared molds, where the polymerization process takes place. After gelling and drying, the shaped pieces are subjected to a sintering process under appropriately selected conditions. The main advantage of the gelcasting method is the possibility of obtaining homogeneous fittings with complex geometry at a low cost. This process enables the production of elements such as: turbine rotors, turbine blades, crucibles, semiconducting plates, car parts (Omatete OO, Janney MA, Nunn SD, Gelcasting: from laboratory development toward industrial production, Journal of the European Ceramic Society, 17 ( 1997) 407-413).
W literaturze można znaleźć przykłady zastosowania metody gelcasting (odlewanie żelowe) dla różnych proszków ceramicznych. Jednak w większości prac stężenie fazy stałej w otrzymywanych masach lejnych nie było wystarczająco wysokie. Przykładowo dla kompozytów ZTA (tlenek glinu wzmacniany tlenkiem cyrkonu ang. zirconia taughened alumina) stężenie mieszaniny proszków w zawiesinie nie przekracza 50%obj (czyli około 80 cz. wag.). (Zhang C., Yang J., Qiu T., Guo J., Preparation of ZTA ceramic by aqueous gelcasting with a low-toxic monomer DMAA, Ceramics International 38 (2012) 3063-3068), dla nanometrycznego tlenku cyrkonu stężenie mieszaniny proszków w zawiesinie nie przekracza 45%obj (czyli około 83 cz. wag.). (Liu G., Attallah M.M., Jiang Y., Button T.W., Rheological characterization and shape control in gel-casting of nano-sized zirconia powders, Ceramics International 40 (2014) 14405-14412), natomiast dla węglika krzemu stężenie nie przekracza 40%obj (czyli około 68 cz. wag.). (Pochwała T., Psiuk B., Tworzywa ceramiczne z węglika krzemu otrzymywane metodą gelcasting, Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych 20 (2015) 58-67). W literaturze naukowej dotyczącej materiałów ceramicznych często stosuje się „procent objętościowy” (%obj) przy opisie stężenia fazy stałej w zawiesinach, ponieważ proszki ceramiczne znacznie różnią się gęstością. Przykładowo, gęstość ZrO2 wynosi 5,8-6,0 g/cm3, a gęstość SiC 3,2 g/cm3. Zatem 80 cz. wag. ZrCk zajmowałoby 40%obj zawiesiny, a 80 cz. wag. SiC 56%obj zawiesiny. W celu zwiększenia stężenia proszków w zawiesinach dąży się do udoskonalenia składu masy lejnej poprzez stosowanie nowych, dotychczas nie stosowanych dodatków organicznych, takich jak monomery organiczne, upłynniacze itp.In the literature, you can find examples of the application of the gelcasting method for various ceramic powders. However, in most of the works, the concentration of the solid phase in the obtained slips was not high enough. For example, for ZTA composites (zirconia taughened alumina) the concentration of the powder mixture in the suspension does not exceed 50% by volume (i.e. about 80 parts by weight). (Zhang C., Yang J., Qiu T., Guo J., Preparation of ZTA ceramic by aqueous gelcasting with a low-toxic monomer DMAA, Ceramics International 38 (2012) 3063-3068), for nanometric zirconium oxide, the concentration of the powder mixture the slurry does not exceed 45 vol.% (i.e., about 83 wt.%). (Liu G., Attallah MM, Jiang Y., Button TW, Rheological characterization and shape control in gel-casting of nano-sized zirconia powders, Ceramics International 40 (2014) 14405-14412), while for silicon carbide the concentration does not exceed 40 % by volume (i.e. about 68 wt.). (Pochwała T., Psiuk B., Gelcasting silicon carbide ceramics, Works of the Institute of Ceramics and Building Materials 20 (2015) 58-67). In the scientific literature on ceramic materials, "percent by volume" (vol.%) Is often used to describe the solids concentration in slurries because ceramic powders differ greatly in density. For example, ZrO2 density is 5.8-6.0 g / cm 3 and the density of SiO 3.2 g / cm 3. So 80 parts wt. ZrCk would occupy 40% of the suspension volume, and 80 parts. wt. SiC 56% by volume of the suspension. In order to increase the concentration of powders in suspensions, efforts are being made to improve the composition of the slip by using new, previously unused organic additives, such as organic monomers, fluidizers, etc.
Pierwszym szeroko przebadanym i stosowanym monomerem był akryloamid. Niestety mimo wielu zalet jest on związkiem toksycznym oraz prawdopodobnie kancerogennym. Dodatkowo, rozkłada się podczas procesów wysokotemperaturowych do szkodliwych dla atmosfery tlenków azotu. Z tego powodu wielu badaczy zrezygnowało ze stosowania tego monomeru i prowadziło badania nad poszuThe first monomer that was widely researched and used was acrylamide. Unfortunately, despite its many advantages, it is a toxic and possibly carcinogenic compound. In addition, it decomposes during high-temperature processes into nitrogen oxides that are harmful to the atmosphere. For this reason, many researchers gave up the use of this monomer and conducted research on the search
PL 234 779 B1 kiwaniem nowych, lepszych wodororozpuszczalnych monomerów, które dodatkowo byłyby niskotoksyczne. Z tej grupy związków najpowszechniej stosowany jest akrylan 2-hydroksyetylu (Ma L.G., Huang Y., Yang J.L., Le H.R., Sun Y., Control of the inner stresses in ceramic green bodies formed by gelcasting, Ceramic International, 32 (2006) 93-98), który niestety jest podatny na negatywny wpływ inhibicji tlenowej podczas procesu polimeryzacji. Innym przykładem akrylanu stosowanego w metodzie odlewania żelowego, jest akrylan 2-karboksyetylu, który pozwala zminimalizować negatywny wpływ inhibicji tlenowej, natomiast umożliwia otrzymanie masy lejnej z AI2O3 o mikrometrycznej wielkości cząstek o stężeniu fazy stałej nie większej niż 55%obj (czyli około 82,7 cz. wag.). (Pietrzak E., Wiecinska P., Szafran M., 2-carboxyethyl acrylate as a new monomer preventing negative effect of oxygen inhibition in gelcasting of alumina, Ceramamic International 42 (2016) 13682-13688). W literaturze można znaleźć również przykłady zastosowania 3-O-akryloilo-D-glukopiranozy i 3-O-akryloilo-D-fruktofuranozy, które oprócz tego, że stanowią rolę monomerów, posiadają również właściwości upłynniające dla wybranych nanoproszków ceramicznych. W przypadku tych związków stężenie fazy stałej dla mikro-Al2C3 nie przekraczało 50-55%obj (czyli około 79,8-82,7 cz. wag.). (Wiecińska P., Szafran M., Sakka Y., Mizerski T., Gelcasting of alumina with a newmonomer sunthesized from glucose, Journal of the European Ceramic Society, 30 (2010) 1795-1801; PL 213 043 B1). Kolejnym przykładem monomeru jest monoakrylan glicerolu, który w swojej budowie posiada dwie grupy wodorotlenowe, co miało pozytywny wpływ na właściwości kształtek w stanie surowym (zwiększenie gęstości i wytrzymałości mechanicznej wyrobów) (PL 210 130 B1). Stosując monoakrylan glicerolu można uzyskać maksymalne stężenie AI2O3 o mikrometrycznej wielkości cząstek wynoszące 70-85 cz. wag.The stimulation of new, better water-soluble monomers, which would additionally be low-toxic. From this group of compounds, the most commonly used is 2-hydroxyethyl acrylate (Ma LG, Huang Y., Yang JL, Le HR, Sun Y., Control of the inner stresses in ceramic green bodies formed by gelcasting, Ceramic International, 32 (2006) 93 -98), which unfortunately is prone to the negative effects of oxygen inhibition during the polymerization process. Another example of an acrylate used in the gel casting method is 2-carboxyethyl acrylate, which allows to minimize the negative effect of oxygen inhibition, but allows to obtain a slip from Al2O3 with a micrometric particle size with a solid phase concentration not greater than 55% by volume (i.e. about 82.7 part weight). (Pietrzak E., Wiecinska P., Szafran M., 2-carboxyethyl acrylate as a new monomer preventing negative effect of oxygen inhibition in gelcasting of alumina, Ceramamic International 42 (2016) 13682-13688). In the literature, you can also find examples of the use of 3-O-acryloyl-D-glucopyranose and 3-O-acryloyl-D-fructofuranose, which, apart from being the role of monomers, also have fluidizing properties for selected ceramic nanopowders. In the case of these compounds, the solid phase concentration for micro-Al2C3 did not exceed 50-55% by volume (i.e. about 79.8-82.7 parts by weight). (Wiecińska P., Szafran M., Sakka Y., Mizerski T., Gelcasting of alumina with a newmonomer sunthesized from glucose, Journal of the European Ceramic Society, 30 (2010) 1795-1801; PL 213 043 B1). Another example of a monomer is glycerol monoacrylate, which has two hydroxyl groups in its structure, which had a positive effect on the properties of the moldings in the raw state (increasing the density and mechanical strength of products) (PL 210 130 B1). By using glycerol monoacrylate, a maximum micrometric particle size Al2O3 concentration of 70-85 parts can be obtained. wt.
Sposób wytwarzania tworzyw ceramicznych na drodze polimeryzacji in situ w masie ceramicznej polega na zmieszaniu proszku ceramicznego z wodnym roztworem monomeru organicznego, upłynniaczem, aktywatorem, odpowietrzeniu masy, dodaniu inicjatora, uformowaniu masy, suszeniu i wypaleniu kształtek po wyjęciu z formy. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako organiczny monomer sieciujący stosuje się akrylan digliceryny w ilości 3-7 cz. wag. w stosunku do ilości proszku ceramicznego, proszek ceramiczny stosuje się w ilości 40-65%obj, upłynniacz stosuje się w ilości 0,2-3 cz. wag., aktywator stosuje się w ilości 0,2-2,5 cz. wag., inicjator stosuje się w ilości 0,2-3 cz. wag., a reakcję polimeryzacji w ceramicznej masie lejnej prowadzi się w temperaturze od 20 do 35°C.The method of producing ceramic materials by in situ polymerization in the ceramic mass consists in mixing the ceramic powder with an aqueous solution of an organic monomer, a fluidizer, activator, deaerating the mass, adding an initiator, shaping the mass, drying and firing the fittings after removing them from the mold. The process according to the invention is characterized in that diglycerin acrylate in an amount of 3-7 parts is used as the organic crosslinking monomer. wt. in relation to the amount of ceramic powder, ceramic powder is used in the amount of 40-65% by volume, the liquefier is used in the amount of 0.2-3 parts. wt., the activator is used in the amount of 0.2-2.5 parts. wt., the initiator is used in an amount of 0.2-3 parts. wt. and the polymerization reaction in the ceramic slip is carried out at a temperature of 20 to 35 ° C.
Jako proszek ceramiczny stosuje się AI2O3 lub ZrO2 lub SiC lub TiO2 lub mieszaninę proszków AI2O3/ZrO2 tworzącą po spiekaniu kompozyt tlenku glinu wzmacniany tlenkiem cyrkonu (kompozyt ZTA). Korzystnie stosuje się proszek ceramiczny o średniej wielkości cząstek poniżej 1 μm.The ceramic powder used is Al2O3 or ZrO2 or SiC or TiO2 or a mixture of Al2O3 / ZrO2 powders, forming an alumina composite reinforced with zirconium oxide (ZTA composite) after sintering. Preferably, a ceramic powder with a mean particle size of less than 1 µm is used.
Jako upłynniacz korzystnie stosuje się wodorocytrynian diamonu (DAC) lub kwas cytrynowy (CA). Można także stosować upłynniacze na bazie kwasu akrylowego lub akrylanu etylu lub soli amonowej poli(kwasu akrylowego) lub anionowego estru kwasu karboksylowego. Przykładami są związki o nazwach handlowych Syntran, Aron A-6114, Dispex A-40, Byk-LP C 22116.Diammonium hydrogen citrate (DAC) or citric acid (CA) is preferably used as a fluidizer. Fluidizers based on acrylic acid or ethyl acrylate or the ammonium salt of a poly (acrylic acid) or an anionic ester of a carboxylic acid can also be used. Examples are compounds with the trade names Syntran, Aron A-6114, Dispex A-40, Byk-LP C 22116.
Rolę aktywatora polimeryzacji rodnikowej korzystnie pełni kwas L-askorbinowy lub N,N,N’,N’-tetrametyloetylenodiamina (TEMED). Jako inicjator polimeryzacji rodnikowej korzystnie stosuje się nadsiarczan amonu (APS).The role of the radical polymerization activator is preferably performed by L-ascorbic acid or N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (TEMED). Ammonium persulfate (APS) is preferably used as the radical polymerization initiator.
Wyroby w stanie surowym spieka się w temperaturze charakterystycznej dla danego proszku ceramicznego. Kompozyty ZTA (AhO3/ZrO2) spieka się w temperaturze 1400°C-1600°C, tworzywa ceramiczne z AI2O3 spieka się w temperaturze 1350°C-1600°C, tworzywa ceramiczne z ZrO2 spieka się w temperaturze 1450°C-1600°C, tworzywa ceramiczne z SiC spieka się w temperaturze 2100-2200°C a tworzywa ceramiczne z TiO2 spieka się w temperaturze 900-1200°C.Raw products are sintered at the temperature characteristic for a given ceramic powder. ZTA (AhO3 / ZrO2) composites are sintered at 1400 ° C-1600 ° C, Al2O3 ceramics are sintered at 1350 ° C-1600 ° C, ZrO2 ceramics are sintered at 1450 ° C-1600 ° C , SiC ceramics are sintered at 2100-2200 ° C and TiO2 ceramics are sintered at 900-1200 ° C.
W celu dokładnego wymieszania wszystkich składników zawiesiny ceramiczną masę lejną miesza się w planetarnym młynie kulowym. Po procesie mieszania masa jest poddana odpowietrzeniu, w celu usunięcia pęcherzyków powietrza, które mogłyby powodować powstanie dużych porów w kształtkach w stanie surowym oraz po spiekaniu, co mogłoby obniżyć jakość otrzymanych próbek. Do tak przygotowanej masy lejnej jest dodawany inicjator polimeryzacji rodnikowej i masa jest ponownie mieszana w celu homogenizacji. Po wymieszaniu masy z inicjatorem, zawiesina jest odlana do form z tworzywa sztucznego, będącej negatywem kształtu wyrobu. Po zżelowaniu i wysuszeniu kształtek, są one usuwane z form i poddawane ewentualnej obróbce mechanicznej. Kolejnym etapem jest wypalenie dodatków organicznych i spiekanie materiału. Produkt po spiekaniu charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną, jednorodną powierzchnią oraz wysokim stopniem zagęszczenia.The ceramic slurry is mixed in a planetary ball mill to thoroughly mix all the components of the suspension. After the mixing process, the mass is deaerated to remove air bubbles that could cause large pores in the green and sintered shaped bodies, which could reduce the quality of the samples obtained. The radical polymerization initiator is added to the slip prepared in this way and the mass is mixed again for homogenization. After mixing the mass with the initiator, the suspension is poured into plastic molds, which are a negative of the shape of the product. After gelling and drying the moldings, they are removed from the molds and optionally subjected to mechanical treatment. The next stage is burning the organic additives and sintering the material. The sintered product is characterized by high mechanical strength, a homogeneous surface and a high degree of compaction.
W sposobie według wynalazku zastosowano niskotoksyczny, nowo zsyntezowany monomer organiczny, który nie był dotychczas stosowany w szeroko rozumianej technologii ceramiki. Akrylan digliceryny w swojej budowie posiada trzy grupy wodorotlenowe tworzące wiązania wodorowe pomiędzyThe method according to the invention uses a low-toxic, newly synthesized organic monomer, which has not been used so far in the widely understood ceramics technology. Diglycerin acrylate in its structure has three hydroxyl groups forming hydrogen bonds between
PL 234 779 B1 grupami OH polimeru. Fakt ten umożliwia otrzymanie usieciowanego polimeru, co powoduje silniejsze związanie proszku ceramicznego z polimerem bez stosowania dodatkowych środków sieciujących. Zastosowany monomer posiada również właściwości upłynniające, co powoduje możliwość uzyskania większego stężenia proszku ceramicznego w masie lejnej. Zatem użyty w wynalazku akrylan digliceryny jest związkiem wielofunkcyjnym, gdyż pełni on potrójną funkcję w zawiesinach ceramicznych: upłynniającą, żelującą i sieciującą, przy czym maksymalne stężenie fazy stałej w zawiesinach jest wyższe niż w przypadku dotychczas poznanych monomerów organicznych. Ma to przełożenie na wyższy stopień zagęszczenia wyrobów w stanie surowym i po spiekaniu, ograniczenie negatywnego wpływu tzw. inhibicji tlenowej podczas formowania, wyższą wytrzymałość mechaniczną wyrobów w stanie surowym oraz zminimalizowanie wad w finalnych spiekach ceramicznych.With OH groups of the polymer. This fact makes it possible to obtain a cross-linked polymer, which causes a stronger bond of the ceramic powder to the polymer without the use of additional cross-linking agents. The monomer used also has fluidizing properties, which makes it possible to obtain a higher concentration of ceramic powder in the slip. Thus, the diglycerin acrylate used in the invention is a multifunctional compound, as it has a triple function in ceramic suspensions: liquefying, gelling and cross-linking, with the maximum concentration of the solid phase in the suspensions being higher than in the case of previously known organic monomers. This translates into a higher degree of densification of the products in the raw state and after sintering, reducing the negative impact of the so-called oxygen inhibition during forming, higher mechanical strength of raw products and minimization of defects in the final ceramic sinters.
Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach wykonania.The subject of the invention is presented in more detail in the embodiments.
P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1
Do otrzymania masy lejnej jako proszek ceramiczny zastosowano AI2O3 o symbolu TM-DAR (Taimei Chemicals, Japonia) o gęstości 3,98 g/cm3 oraz ZrO2 o symbolu TZ-PX-245 (TOSOH Corporation) o gęstości 5,86 g/cm3. Przygotowano zawiesinę zawierającą 54,18 g mieszaniny proszków AI2O3 i ZrO2 (w stosunku 90%obj:10%obj co stanowiło 65%obj fazy stałej w ceramicznej masie lejnej, równe 88,6 cz. wag.), 5,08 g wody (rozpuszczalnik), 0,1625 g wodorocytrynianiu diamonu (upłynniacz), 4,09 g 53% wodnego roztworu akrylanu digliceryny (monomer) oraz 260 ąl 10% wodnego roztworu N,N,N’,N’-tetrametyloetylenodiaminy (aktywator). Masę lejną mieszano w planetarnym młynie kulowym z szybkością 300 obr/min przez 60 min. Następnie całość odpowietrzono przy użyciu urządzenia do automatycznego odpowietrzania i mieszania zawiesin przez 2 min. z szybkością 1500 obr/min. Do odpowietrzonej masy lejnej dodano 174 ąl 10% wodnego roztworu nadsiarczanu amonu (inicjator) i mieszano przez 30 sekund z szybkością 500 obr/min. Przygotowaną zawiesinę wlano do form z PVC i odstawiono do zżelowania. Polimeryzacja zachodziła w temperaturze pokojowej (25°C). Po procesie żelowania kształtki wyjęto z form i wysuszono w temperaturze pokojowej. Kolejnym etapem był proces spiekania kształtek w temperaturze 1550°C/1h.To obtain the slip, the ceramic powder was Al2O3 with the symbol TM-DAR (Taimei Chemicals, Japan) with a density of 3.98 g / cm 3 and ZrO2 with the symbol TZ-PX-245 (TOSOH Corporation) with a density of 5.86 g / cm. 3 . A suspension was prepared containing 54.18 g of a mixture of Al2O3 and ZrO2 powders (in the ratio of 90 vol%: 10 vol% which was 65 vol% of the solid phase in the ceramic slip, equal to 88.6 wt%), 5.08 g of water ( solvent), 0.1625 g of diammonium hydrogen citrate (liquefier), 4.09 g of a 53% aqueous solution of diglycerin acrylate (monomer), and 260 µl of a 10% aqueous solution of N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (activator). The slip was mixed in a planetary ball mill at 300 rpm for 60 minutes. The whole was then deaerated using an automatic deaeration device and mixing the suspensions for 2 minutes. at 1500 rpm. 174 µL of a 10% aqueous ammonium persulfate solution (initiator) was added to the deaerated slip and stirred for 30 seconds at 500 rpm. The prepared slurry was poured into PVC molds and allowed to gel. Polymerization took place at room temperature (25 ° C). After the gelling process, the moldings were removed from the molds and dried at room temperature. The next stage was the sintering of the fittings at the temperature of 1550 ° C / 1h.
Uzyskane kształtki w stanie surowym charakteryzowały się wysoką jednorodnością, brakiem spękań, rozwarstwień, wad powierzchniowych oraz gęstością względną 64,00%.The obtained shapes in the raw state were characterized by high homogeneity, no cracks, delamination, surface defects and a relative density of 64.00%.
Uzyskane kształtki po spiekaniu charakteryzowały się wysoką jednorodnością, gładką powierzchnią, brakiem spękań, wad powierzchniowych, gęstością względną 99,70%.The obtained shaped pieces after sintering were characterized by high homogeneity, smooth surface, no cracks, no surface defects, and a relative density of 99.70%.
P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2
Do otrzymania masy lejnej jako proszek ceramiczny zastosowano AI2O3 symbolu TM-DAR (Taimei Chemicals, Japonia) o gęstości 3,98 g/cm3. Przygotowano zawiesinę zawierającą 51,74 g AI2O3 co stanowiło 65%obj (równe 88,1 cz. wag.) ceramicznej masy lejnej, 5,17g wody (rozpuszczalnik), 0,1552 g wodorocytrynianiu diamonu (upłynniacz), 3,90 g 53% wodnego roztworu akrylanu digliceryny (monomer) oraz 248 ąl 10% wodnego roztworu N,N,N’,N’-tetrametyloetylenodiaminy (aktywator). Masę lejną mieszano w planetarnym młynie kulowym z szybkością 300 obr/min przez 60 min. Następnie całość odpowietrzono przy użyciu urządzenia do automatycznego odpowietrzania i mieszania zawiesin przez 2 min z szybkością 1500 obr/min. Do odpowietrzonej masy lejnej dodano 166 ąl 10% wodnego roztworu nadsiarczanu amonu (inicjator) i mieszano przez 30 sekund z szybkością 500 obr/min. Przygotowaną zawiesinę wlano do form z PVC i odstawiono do zżelowania. Polimeryzacja zachodziła w temperaturze pokojowej (25°C). Po procesie żelowania kształtki wyjęto z form i wysuszono w temperaturze pokojowej. Kolejnym etapem był proces spiekania kształtek w temperaturze 1500°C/1h.To obtain a castable ceramic powder is used as Al2O3 symbol TM-DAR (Taimei Chemicals, Japan) having a density of 3.98 g / cm 3. A suspension was prepared containing 51.74 g of Al2O3, which was 65% by volume (equal to 88.1 parts by weight) of ceramic slip, 5.17 g of water (solvent), 0.1552 g of diammonium hydrogen citrate (liquefier), 3.90 g 53 % aqueous solution of diglycerin acrylate (monomer) and 248 µl of 10% aqueous solution of N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (activator). The slip was mixed in a planetary ball mill at 300 rpm for 60 minutes. Then the whole was deaerated using an automatic deaeration device and mixing the suspensions for 2 min at a speed of 1500 rpm. 166 µL of a 10% aqueous ammonium persulfate solution (initiator) was added to the deaerated slip and stirred for 30 seconds at 500 rpm. The prepared slurry was poured into PVC molds and allowed to gel. Polymerization took place at room temperature (25 ° C). After the gelling process, the moldings were removed from the molds and dried at room temperature. The next stage was the sintering of the fittings at a temperature of 1500 ° C / 1h.
Uzyskane kształtki w stanie surowym charakteryzowały się wysoką jednorodnością, brakiem spękań, rozwarstwień, wad powierzchniowych, brakiem tzw. „skórki”, wynikającej z występowania negatywnego zjawiska tzw. inhibicji tlenowej oraz gęstością względną 60,00%.The obtained fittings in the raw state were characterized by high homogeneity, no cracks, delamination, surface defects, no so-called "Skin", resulting from the negative phenomenon of the so-called oxygen inhibition and a relative density of 60.00%.
Uzyskane kształtki po spiekaniu charakteryzowały się wysoką jednorodnością, gładką powierzchnią, brakiem spękań, wad powierzchniowych, gęstością względną 99,50%.The obtained shaped pieces after sintering were characterized by high homogeneity, smooth surface, no cracks, no surface defects, and a relative density of 99.50%.
P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3
Do otrzymania masy lejnej jako proszek ceramiczny zastosowano ZrO2 o symbolu TZ-PX-245 (TOSOH Corporation, Japonia) o gęstości 5,86 g/cm3. Przygotowano zawiesinę zawierającąTo obtain a castable ceramic powder used as ZrO2, designated TZ-PX-245 (Tosoh Corporation, Japan) having a density of 5.86 g / cm 3. A suspension was prepared containing
62,12 g ZrO2 co stanowiło 53%obj (równe 86,9 cz. wag.), ceramicznej masy lejnej, 7,20 g wody (rozpuszczalnik), 0,1864 g wodorocytrynianiu diamonu (upłynniacz), 4,69 g 53% wodnego roztworu akrylanu digliceryny (monomer) oraz 298 ąl 10% wodnego roztworu N,N,N’,N’-tetrametyloetylenodiaminy (aktywator). Masę lejną mieszano w planetarnym młynie kulowym z szybkością 300 obr/min przez 60 min. Następnie całość odpowietrzono przy użyciu urządzenia do automatycznego odpowietrzania62.12 g of ZrO2, which was 53% vol (equal to 86.9 parts by weight), ceramic slip, 7.20 g of water (solvent), 0.1864 g of diammonium hydrogen citrate (liquefier), 4.69 g 53% an aqueous solution of diglycerin acrylate (monomer) and 298 µl of a 10% aqueous solution of N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (activator). The slip was mixed in a planetary ball mill at 300 rpm for 60 minutes. The whole was then deaerated using an automatic deaeration device
PL 234 779 B1 i mieszania zawiesin przez 2 min z szybkością 1500 obr/min. Do odpowietrzonej masy lejnej dodano 198 μ! 10% wodnego roztworu nadsiarczanu amonu (inicjator) i mieszano przez 30 sekund z szybkością 500 obr/min. Przygotowaną zawiesinę wlano do form z PVC i odstawiono do zżelowania. Polimeryzacja zachodziła w temperaturze pokojowej (25°C). Po procesie żelowania kształtki wyjęto z form i wysuszono w temperaturze pokojowej. Kolejnym etapem był proces spiekania kształtek w temperaturze 1450°C/2h.And stirring the suspensions for 2 minutes at a speed of 1500 rpm. 198 μ was added to the deaerated slip! 10% aqueous ammonium persulfate (initiator) and stirred for 30 seconds at 500 rpm. The prepared slurry was poured into PVC molds and allowed to gel. Polymerization took place at room temperature (25 ° C). After the gelling process, the moldings were removed from the molds and dried at room temperature. The next stage was the sintering of the fittings at the temperature of 1450 ° C / 2h.
Uzyskane kształtki w stanie surowym charakteryzowały się wysoką jednorodnością, brakiem spękań, rozwarstwień, wad powierzchniowych, brakiem tzw. „skórki”, wynikającej z występowania negatywnego zjawiska tzw. inhibicji tlenowej oraz gęstością względną 59,00%.The obtained fittings in the raw state were characterized by high homogeneity, no cracks, delamination, surface defects, no so-called "Skin", resulting from the negative phenomenon of the so-called oxygen inhibition and a relative density of 59.00%.
Uzyskane kształtki po spiekaniu charakteryzowały się wysoką jednorodnością, gładką powierzchnią, brakiem spękań, wad powierzchniowych oraz gęstością względną 99,30%.The obtained shaped pieces after sintering were characterized by high homogeneity, smooth surface, no cracks, no surface defects and a relative density of 99.30%.
P r z y k ł a d 4P r z k ł a d 4
Do otrzymania masy lejnej jako proszek ceramiczny zastosowano SiC o gęstości 3,2 g/cm3. Przygotowano zawiesinę zawierającą 27,52 g SiC co stanowiło 43%obj (równe 70,7 cz. wag.), ceramicznej masy lejnej, 10,01 g wody (rozpuszczalnik), 0,69 g 40% wodnego roztworu BYK-LP C 22116 (upłynniacz), 2,08 g 53% wodnego roztworu akrylanu digliceryny (monomer) oraz 88 μl 10% wodnego roztworu Ν,Ν,Ν’,Ν’-tetrametyloetylenodiaminy (aktywator). Masę lejną mieszano w planetarnym młynie kulowym z szybkością 300 obr/min przez 60 min. Następnie całość odpowietrzono przy użyciu urządzenia do automatycznego odpowietrzania i mieszania zawiesin przez 2 min z szybkością 1500 obr/min. Do odpowietrzonej masy lejnej dodano 132 μl 10% wodnego roztworu nadsiarczanu amonu (inicjator) i mieszano przez 30 sekund z szybkością 500 obr/min. Przygotowaną zawiesinę wlano do form z PVC i odstawiono do zżelowania. Polimeryzacja zachodziła w temperaturze pokojowej (25°C). Po procesie żelowania kształtki wyjęto z form i wysuszono w temperaturze pokojowej. Kolejnym etapem był proces spiekania kształtek w temperaturze 2200°C/2h.To obtain the slip, the ceramic powder used was SiC with a density of 3.2 g / cm 3 . A suspension was prepared containing 27.52 g of SiC, which was 43 vol.% (Equal to 70.7 parts by weight), ceramic slip, 10.01 g of water (solvent), 0.69 g of a 40% aqueous solution of BYK-LP C 22116 (liquefier), 2.08 g of 53% aqueous solution of diglycerin acrylate (monomer) and 88 μl of 10% aqueous solution of Ν, Ν, Ν ', Ν'-tetramethylethylenediamine (activator). The slip was mixed in a planetary ball mill at 300 rpm for 60 minutes. Then the whole was deaerated using an automatic deaeration device and mixing the suspensions for 2 min at a speed of 1500 rpm. 132 µL of a 10% aqueous ammonium persulfate solution (initiator) was added to the deaerated slip and mixed for 30 seconds at 500 rpm. The prepared slurry was poured into PVC molds and allowed to gel. Polymerization took place at room temperature (25 ° C). After the gelling process, the moldings were removed from the molds and dried at room temperature. The next stage was the sintering of the fittings at a temperature of 2200 ° C / 2h.
Uzyskane kształtki w stanie surowym charakteryzowały się wysoką jednorodnością, brakiem spękań, rozwarstwień, wad powierzchniowych, gęstością względną 52,00%.The obtained shapes in the raw state were characterized by high homogeneity, no cracks, delamination, surface defects, and a relative density of 52.00%.
Uzyskane kształtki po spiekaniu charakteryzowały się wysoką jednorodnością, gładką powierzchnią, brakiem spękań, wad powierzchniowych, gęstością względną 97,90%.The obtained shaped pieces after sintering were characterized by high homogeneity, smooth surface, no cracks or surface defects, and a relative density of 97.90%.
P r z y k ł a d porównawczy 1.Comparative example 1.
Do otrzymania masy lejnej jako proszek ceramiczny zastosowano AI2O3 symbolu TM-DAR (Taimei Chemicals, Japonia) o gęstości 3,98 g/cm3. Przygotowano zawiesinę zawierającą 51,74 g AI2O3 co stanowiło 65%obj (równe 88,1 cz. wag.), ceramicznej masy lejnej, 7 g wody (rozpuszczalnik), 0,1552 g wodorocytrynianiu diamonu (upłynniacz), 2,07 g akrylanu 2-hydroksyetylu (monomer) oraz 248 μl 10% wodnego roztworu Ν,Ν,Ν’,Ν’-tetrametyloetylenodiaminy (aktywator). Masę lejną mieszano w planetarnym młynie kulowym z szybkością 300 obr/min przez 60 min. Masa przy takim stężeniu proszku, z użyciem akrylanu 2-hydroksyetylu nie była płynna, co uniemożliwiło odlanie kształtek ceramicznych.To obtain a castable ceramic powder is used as Al2O3 symbol TM-DAR (Taimei Chemicals, Japan) having a density of 3.98 g / cm 3. A suspension was prepared containing 51.74 g of Al2O3 equal to 65% by volume (equal to 88.1 parts by weight), ceramic slip, 7 g of water (solvent), 0.1552 g of diammonium hydrogen citrate (liquefier), 2.07 g of acrylate 2-hydroxyethyl (monomer) and 248 μl of 10% aqueous solution of Ν, Ν, Ν ', Ν'-tetramethylethylenediamine (activator). The slip was mixed in a planetary ball mill at 300 rpm for 60 minutes. The mass at this concentration of the powder, with the use of 2-hydroxyethyl acrylate, was not flowable, which made it impossible to pour ceramic shapes.
P r z y k ł a d porównawczy 2Comparative example 2
Do otrzymania masy lejnej jako proszek ceramiczny zastosowano AI2O3 symbolu TM DAR (Taimei Chemicals, Japonia) o gęstości 3,98 g/cm3. Przygotowano zawiesinę zawierającą 39,80 g AI2O3 co stanowiło 50%obj (równe 79,9 cz. wag.), ceramicznej masy lejnej, 10,0 g wody (rozpuszczalnik), 0,1194 g wodorocytrynianiu diamonu (upłynniacz), 1,59 g akrylanu 2-hydroksyetylu (monomer) oraz 191 μl 10% wodnego roztworu Ν,Ν,Ν’,Ν’-tetrametyloetylenodiaminy (aktywator). Masę lejną mieszano w planetarnym młynie kulowym z szybkością 300 obr/min przez 60 min. Wstępnie całość odpowietrzono przy użyciu urządzenia do automatycznego odpowietrzania i mieszania zawiesin przez 2 min z szybkością 1500 obr/min. Do odpowietrzonej masy lejnej dodano 127 μl 10% wodnego roztworu nadsiarczanu amonu (inicjator) i mieszano przez 30 sekund z szybkością 500 obr/min. Przygotowaną zawiesinę wlano do form z PVC i odstawiono do zżelowania. Polimeryzacja zachodziła w temperaturze pokojowej (25°C). Po procesie żelowania kształtki wyjęto z form i wysuszono w temperaturze pokojowej. Kolejnym etapem był proces spiekania kształtek w temperaturze 1500°C/1h.To obtain the slip used as the ceramic powder of Al2O3 symbol TM DAR (Taimei Chemicals, Japan) having a density of 3.98 g / cm 3. A suspension was prepared containing 39.80 g of Al2O3 representing 50 vol.% (Equal to 79.9 parts by weight), ceramic slip, 10.0 g of water (solvent), 0.1194 g of diammonium hydrogen citrate (liquefier), 1.59 g of 2-hydroxyethyl acrylate (monomer) and 191 μl of a 10% aqueous solution of Ν, Ν, Ν ', Ν'-tetramethylethylenediamine (activator). The slip was mixed in a planetary ball mill at 300 rpm for 60 minutes. Initially, everything was deaerated using an automatic deaeration device and mixing the slurries for 2 min at 1500 rpm. 127 µl of a 10% aqueous ammonium persulfate solution (initiator) was added to the deaerated slip and mixed for 30 seconds at 500 rpm. The prepared slurry was poured into PVC molds and allowed to gel. Polymerization took place at room temperature (25 ° C). After the gelling process, the moldings were removed from the molds and dried at room temperature. The next stage was the sintering of the fittings at a temperature of 1500 ° C / 1h.
Uzyskane kształtki w stanie surowym charakteryzowały się spękaną i niejednorodną powierzchnią, pojawieniem się tzw. „skórki”, wynikającej z występowania negatywnego zjawiska tzw. inhibicji tlenowej oraz gęstością względną 56,00%.The obtained shapes in the raw state were characterized by a cracked and heterogeneous surface, the appearance of the so-called "Skin", resulting from the negative phenomenon of the so-called oxygen inhibition and a relative density of 56.00%.
Uzyskane kształtki po spiekaniu charakteryzowały się, gęstością względną 97,50%. Wady widoczne w kształtkach surowych były obecne także w kształtkach po spiekaniu.The obtained shaped bodies after sintering had a relative density of 97.50%. The defects visible in the raw shapes were also present in the shapes after sintering.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL423258A PL234779B1 (en) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Method for obtaining ceramics by gel casting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL423258A PL234779B1 (en) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Method for obtaining ceramics by gel casting method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL423258A1 PL423258A1 (en) | 2019-05-06 |
| PL234779B1 true PL234779B1 (en) | 2020-03-31 |
Family
ID=66341893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL423258A PL234779B1 (en) | 2017-10-24 | 2017-10-24 | Method for obtaining ceramics by gel casting method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL234779B1 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL210130B1 (en) * | 2006-05-29 | 2011-12-30 | Politechnika Warszawska | Ceramic fittings production method |
| CN101423397A (en) * | 2008-11-20 | 2009-05-06 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Method for controlling ceramic slurry curing proceeding |
| CN105314986A (en) * | 2015-05-13 | 2016-02-10 | 洛阳名力科技开发有限公司 | Silicon carbide ceramic body semi-aqueous gelcasting method |
| PL238558B1 (en) * | 2016-03-11 | 2021-09-06 | Politechnika Warszawska | Method for obtaining ceramics by gelcasting method |
-
2017
- 2017-10-24 PL PL423258A patent/PL234779B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL423258A1 (en) | 2019-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH11165309A (en) | Manufacture of ceramics using binder solidification | |
| Szudarska et al. | Fabrication of textured alumina by magnetic alignment via gelcasting based on low-toxic system | |
| CN104326766A (en) | Preparation method of porous silicon nitride ceramic material with spherical pore structure | |
| CN108395240B (en) | Preparation method of lanthanum phosphate, lanthanum phosphate porous ceramic and preparation method and application thereof | |
| Shen et al. | Aluminum nitride shaping by non-aqueous gelcasting of low-viscosity and high solid-loading slurry | |
| CN109761614A (en) | A kind of gel-casting method of AlON ceramics | |
| Santacruz et al. | Application of alginate gelation to aqueous tape casting technology | |
| Ananthakumar et al. | Effect of boehmite and organic binders on extrusion of alumina | |
| Xie et al. | Formation of silicon nitride bonded silicon carbide by aqueous gelcasting | |
| Akhondi et al. | Gelcasting of alumina–zirconia–yttria nanocomposites with Na-alginate system | |
| CN104311089B (en) | A kind of method utilizing gel injection to prepare dense chromic oxide refractories | |
| PL234779B1 (en) | Method for obtaining ceramics by gel casting method | |
| Yu et al. | A novel gel tape casting process based on gelation of sodium alginate | |
| Szafran et al. | NEW MULTIFUNCTIONAL COMPOUNDS IN GELCASTING PROCESS- INTRODUCTION TO THEIR SYNTHESIS AND APPLICATION | |
| PL238558B1 (en) | Method for obtaining ceramics by gelcasting method | |
| Santacruz et al. | Gel casting of aqueous suspensions of BaTiO3 nanopowders | |
| Pietrzak et al. | Dense alumina ceramics obtained by gelcasting and cold isostatic pressing with the use of 2-carboxyethyl acrylate | |
| Yang et al. | New gelling systems to fabricate complex-shaped transparent ceramics | |
| CN108863435B (en) | Method for preparing alumina foamed ceramic by alumina sol self-gel forming | |
| Avci et al. | A PCE-based rheology modifier allows machining of solid cast green bodies of alumina | |
| JP2001278672A (en) | Method for manufacturing ceramic material | |
| CN1472448A (en) | Nanometer ceramic spring producing method | |
| CN1226536A (en) | Preparation of high strength mullite ceramics | |
| Manivannan et al. | Toxic‐free aqueous gelcasting of alumina ceramics using alumina sol binder | |
| JP3463885B2 (en) | Ceramic porous body and method of manufacturing the same |