RO127660A2 - Procedeu de depunere a straturilor oxidice ceramice - Google Patents
Procedeu de depunere a straturilor oxidice ceramice Download PDFInfo
- Publication number
- RO127660A2 RO127660A2 ROA201001182A RO201001182A RO127660A2 RO 127660 A2 RO127660 A2 RO 127660A2 RO A201001182 A ROA201001182 A RO A201001182A RO 201001182 A RO201001182 A RO 201001182A RO 127660 A2 RO127660 A2 RO 127660A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- solution
- support
- precursor
- oxide
- deposition
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 230000008021 deposition Effects 0.000 title abstract description 12
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 title abstract 2
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 title abstract 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 12
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 8
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 4
- QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N L-alanine Chemical compound C[C@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N 0.000 claims description 3
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 claims description 3
- 235000004279 alanine Nutrition 0.000 claims description 3
- FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N Dextrotartaric acid Chemical compound OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O FEWJPZIEWOKRBE-JCYAYHJZSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 claims description 2
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims description 2
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 abstract 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical group [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008570 general process Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical group 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la un procedeu de depunere a unor straturi oxidice ceramice pe diferite suporturi. Procedeul conform invenţiei constă din dizolvarea în apă distilată a azotaţilor metalici şi a agentului de chelare, în exces de maximum 25%, după care soluţia rezultată se fierbe până la obţinerea unei concentraţii totale de 0,5...2 molar ioni metalici şi a unei viscozităţi optime pentru a putea fi pulverizată, pulverizarea pneumatică a acestei soluţii, în a doua etapă, sub formă de picături micrometrice pe un suport încălzit la o temperatură de 200...300°C, pentru a asigura în momentul impactului energia necesară atât evaporării apei din soluţia pulverizată, cât şi iniţierii reacţiei de combustie a precursorului, ceea ce conduce la creşterea temperaturii în microzonele de impact, formarea oxidul metalic şi aderarea acestuia la suport.
Description
PROCEDEU DE DEPUNERE A STRATURILOR OXIDICE CERAMICE Autori: Cristian Matei, Daniela Cristina Berger, Ștefania Paula Stoleriu DESCRIERE
Invenția se referă la un procedeu general de depunere a straturilor aderente de oxid metalic simplu sau mixt pe diferite suporturi ce pot fi din sticlă, ceramică sau metal.
Până în prezent nu există un procedeu general acceptat pentru depunerea de straturi oxidice ceramice, fie dense, fie poroase. Un procedeu simplu și fiabil poate fi util atât pentru acoperiri de suprafețe mari, de exemplu straturi anticorozive, izolații termice, panouri fotovoltaice, catalizatori, pile de combustie cu electrolit oxidic solid etc., dar și pentru obținerea de senzori pentru gaze, biosenzori, rezistori sau dielectrici, memorii magnetice etc. Invenția de față propune un procedeu inovativ de depunere de materiale oxidice pe diverse suporturi ce poate să răspundă cerințelor unei varietăți largi de aplicații.
Procedeul de depunere a straturilor oxidice ceramice prezentat, denumit aici combustie prin pulverizare, combină avantajele obținerii pulberilor oxidice prin procedeul combustiei soluțiilor cu cele ale depunerii de straturi prin pulverizare pirolitică. Procedeul combustiei soluțiilor, pus la punct de K.C. Patil [1] este adecvat pentru sinteza unei varietăți largi de nanopulberi oxidice [2], foarte apreciat la nivelul comunității științifice internaționale, fiind caracterizat prin simplitate și rapiditate [3]. Aceste caracteristici sunt asigurate de reacția redox, puternic exotermă dată de compoziția precursorului, astfel calculată pentru a susține o reacție de combustie autopropagată. [4], Există un număr mare de variante ale acestui procedeu, în general, depinzând de modalitatea prin care se ințiază combustia, de exemplu, cu inițiere în câmp de microunde [5] sau prin pulverizare într-o zonă cu temperatură ridicată [6]. Cu toate acestea, procedeul nu poate fi acceptat pentru aplicații comerciale, atât timp cât există un potențial risc de explozie. Pe de altă parte, și procedeul de obținere a straturilor oxidice ceramice prin pulverizare pirolitică [7] este unul simplu, des utilizat în acest scop, ce se bazează pe descompunerea unor precursori metalici, cel mai des utilizați fiind azotații sau acetații metalici, fie pe suprafața suportului aflată la temperaturi ridicate, fie anterior impactului cu suprafața suportului, cum este cazul pulverizării pirolitice în flacără [8], Descompunerea azotaților ca și evaporarea solvenților organici utilizați, generază un volum important de gaze toxice și periculoase pentru mediu, în principal NOX și compuși organici volatili, dar și nanoparticule solide. Toate aceste neajunsuri sunt într-o mare măsură eliminate
Ο 1 Ο - Ο 1 1 8 2 - 2 5 -11- 2010 în cazul procedeului de depunere a straturilor oxidice ceramice, combustia prin pulverizare ce face obiectul acestei invenții.
La baza invenției stă reacția exotermă ce are loc pe suprafața substratului, menținut la o temperatură controlată, la contactul cu fluxul de micropicături pulverizate dintr-o soluție apoasă ce conține precursorul complex al oxidului metalic. Acesta se obține anterior pulverizării, prin reacția în soluție apoasă dintre azotații metalici corespunzători și un agent de chelare (alanină, acid tartric, glicină etc.) în rapoarte molare corespunzătoare unei reacții redox puternic exotermă, calculate similar ca în procedeul combustiei soluțiilor [4], Pentru a putea fi pulverizată, soluția se concentrează prin fierbere până la atingerea unei vâscozități optime și o concentrație totală în ioni metalici de 0,5 - 2 molar, dar fără a forma produși solizi. Pentru o bună aderență la suport și pentru obținerea de straturi uniform depuse, excesul de compus organic trebuie să fie de maximum 25%. Temperatura suportului trebuie să fie suficient de ridicată pentru a asigura evaporarea apei din picăturile pulverizate, dar și inițierea reacției de combustie, 200°-300 °C. Căldura degajată prin reacția redox determină arderea componentelor organice, formarea oxidului cristalin și fixarea acestuia pe suprafața substratului. Un tratament termic ulterior depunerii poate fi necesar în unele cazuri pentru creșterea gradului de cristalinitate a oxidului depus.
Avantajele prezentei invenții, față de alte procedee similare constă în: (z) utilizarea energiei reacției de combustie atât pentru obținerea oxidului, cât și pentru asigurarea aderenței la suprafața suportului, (zi) necesită o temperatură relativ joasă a suportului în timpul depunerii, (iii) utilizarea apei ca solvent și o combustie totală a precursorilor conduce la formarea doar de gaze netoxice, CO2, N2 și H2O, (zv) pulverizarea precursorului sub formă de soluție apoasă și realizarea combustiei doar la nivelul fiecărei micropicături elimină orice risc de explozie sau combustie necontrolată. Din punct de vedere comercial, poate fi un procedeu simplu și rapid pentru acoperirea cu oxizi ceramici a unor suprafețe variate textural, dimensional și morfologic.
Procedeul ce face obiectul prezentei invenții este exemplificat prin depunerea unui strat oxidic de soluție solidă cu compoziția Ceo.8Gdo.201.90 (notată CG20) prin combustie prin pulverizare, pe suport de sticlă, metalic, respectiv ceramic, procedeu diferit de pulverizarea pirolitică în flacără [9, 10], cel mai frecvent utilizat pentru depunerea de straturi de CG20. Pentru depunere, s-a utilizat o soluție apoasă de precursor care s-a obținut din soluțiile apoase de azotați de ceriu și gadoliniu cu concentrația de 0,5 M la care s-a adăugat ca agent de chelare, cc-alanină. Amestecul de reacție a fost încălzit până la fierbere pentru ca azotații metalici să reacționeaze cu alanina și să formeze un precursor complex. Astfel, soluția care ^-2010-01182-2 5 -11- 2010 conține precursorul soluției solide CG20 devine mai concentrată și mai vâscoasă prin evaporarea parțială a apei. S-a stabilit că pentru o depunere omogenă soluția de precursor trebuie să aibă o concentrație în ioni metalici de 1-2 molar. De asemenea s-a stabilit că în acest caz, excesul optim de agent de chelare este de 20% [11]. Depunerile s-au făcut pe suport de sticlă - sticlă borosilicică, metalic - folie de aluminiu, respectiv ceramic - zirconă stabilizată cu oxid de ytriu. Temperatura la suprafața suportului de depunere a fost controlată cu ajutorul unei plite electrice dotată cu regulator digital de temperatură și fixată la 300 °C. Pentru pulverizare s-a folosit un aerograf cu acțiune simplă și amestecare externă, alimentat cu aer comprimat de la un compressor cu presiunea de lucru controlată cu un robinet multitură și manometru. Parametrii instalației au fost fixați astfel: presiune de lucru 2 bari, distanță de pulverizare 25 cm, perpendiculară pe suport. Având în vedere că au fost folosite soluții apoase, iar temperatura de aprindere a precursorului și deci de inițiere a reacției de combustie este de 206 °C, temperatura suportului a fost fixată la 300 °C. Dacă temperatura la suprafața substratului a scăzut cu cel mult 50 °C s-a întrerupt pulverizarea până la revenirea la temperatura programată. La nivelul fiecărei microzone unde s-a inițiat reacția, temperatura crește suficient pentru a forma oxidul metalic și a asigura o aderență foarte bună a acestuia la suport. Straturile depuse au fost caracterizate din punct de vedere structural prin difracție de raze X, iar din punct de vedere morfologic prin microscopie electronică de baleiaj. Indiferent de natura substratului pe care a fost realizată depunerea, difractogramele de raze X au dovedit formarea soluției solide de Ceo.8Gdo.2O1.90 cu structură fluoritică și simetrie cubică direct din etapa de depunere. în figura 1 se prezintă difractograma de raze X pentru stratul de CG20 depus pe sticlă. Microscopia electronică a relevat obținerea unui strat compact, aderent format prin interconectarea granulelor nanometrice de soluție solidă de oxid. în figura 2 se prezintă o imagine de microscopie electronică a unei secțiuni transversale a stratului depus (stratul superior) pe suportul de sticlă. Figura 3 relevă morfologia stratului de CG20 depus pe suportul ceramic.
în mod asemanator, prin aceast procedeu s-au depus pe suporturi din sticlă, metal, respectiv ceramică și alte straturi de oxizi: NiO, LaFeOs, CoFe2C>4, Ceo.9Smo.10O1.90 și Lao.6Sro.4Feo.8Coo.203-5, respectiv compozite oxidice N1O-CG20.
Claims (1)
1. Procedeu de obținere a unor straturi aderente de oxid metalic, simplu sau mixt, pe diferite suporturi fie, ceramice, metalice sau sticlă, care implică o reacție redox exotermă, de combustie, ce are loc la pulverizarea unei soluDii de precursor pe suprafața suportului, procedeu ce presupune obDinerea într-o primă etapă a precursorului prin dizolvarea în apă distilată a azotaților metalici corespunzători și a unui compus organic cu rol de agent de chelare, ce poate fi alanină, acid tartric, glicină sau altul asemenea, în exces de maximum 25%, urmată de concentrarea prin fierbere a soluției, până la o concentrație totală în ioni metalici de 0,5 - 2 molar, dar lipsită de produși solizi și cu o vâscozitate optimă pentru a putea fi pulverizată, Di pulverizarea pneumatică a acestei soluDii, în cea de a doua etapă, sub formă de picături micrometrice, către suport, aflat la o temperatură suficient de ridicată, din domeniul 200 - 300 °C, pentru a asigura în momentul impactului cu fluxul de picături, atât evaporarea apei, cât și energia necesară inițierii reacției de combustie a precursorului, care va duce la o creDtere a temperaturii în microzonele de impact, suficientă pentru a forma oxidul metalic și a asigura o aderență foarte bună a acestuia la suport.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201001182A RO127660B1 (ro) | 2010-11-25 | 2010-11-25 | Procedeu de depunere a straturilor oxidice ceramice |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201001182A RO127660B1 (ro) | 2010-11-25 | 2010-11-25 | Procedeu de depunere a straturilor oxidice ceramice |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO127660A2 true RO127660A2 (ro) | 2012-07-30 |
| RO127660B1 RO127660B1 (ro) | 2015-09-30 |
Family
ID=46576004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201001182A RO127660B1 (ro) | 2010-11-25 | 2010-11-25 | Procedeu de depunere a straturilor oxidice ceramice |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO127660B1 (ro) |
-
2010
- 2010-11-25 RO ROA201001182A patent/RO127660B1/ro unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO127660B1 (ro) | 2015-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113683430B (zh) | 缺陷萤石结构的氧化物高熵陶瓷及其抗烧蚀涂层的制备方法 | |
| Nguyen et al. | Deposition and characterization of nanocrystalline tetragonal zirconia films using electrostatic spray deposition | |
| Naga et al. | Effect of La2Zr2O7 coat on the hot corrosion of multi-layer thermal barrier coatings | |
| Jung et al. | Design of particles by spray pyrolysis and recent progress in its application | |
| Garcia et al. | Thermal barrier coatings produced by chemical vapor deposition | |
| Chen et al. | Thermal cycling behaviors of the plasma sprayed thermal barrier coatings of hexaluminates with magnetoplumbite structure | |
| Loghman-Estarki et al. | Large scale synthesis of non-transformable tetragonal Sc2O3, Y2O3 doped ZrO2 nanopowders via the citric acid based gel method to obtain plasma sprayed coating | |
| Ye et al. | Preparation, characterization and properties of thermochromic tungsten-doped vanadium dioxide by thermal reduction and annealing | |
| Nie et al. | Recent Advances and Challenges in Perovskite‐Based Protonic Ceramic Electrolytes: Design Strategies and Fabrication Innovations | |
| Sun et al. | Atmospheric plasma-sprayed BaZr0. 1Ce0. 7Y0. 1Yb0. 1O3− δ (BZCYYb) electrolyte membranes for intermediate-temperature solid oxide fuel cells | |
| Ianoş et al. | Single-step combustion synthesis of LaAlO3 powders and their sintering behavior | |
| Meng et al. | Thermal decomposition and crystallization behavior of double rare-earth co-doped SrZrO3 precursor used in the solution precursor plasma spray process | |
| CN118344148A (zh) | 一种基于火焰喷雾热解技术的高熵氧化物纳米材料合成方法 | |
| Pawłowski | Application of solution precursor spray techniques to obtain ceramic films and coatings | |
| Chi et al. | Preparation of Li–Al–O films by laser chemical vapor deposition | |
| Kandasamy et al. | Phase stability and initial phase high-temperature corrosion behavior of non-stoichiometric lanthanum cerium oxide thermal barrier coatings | |
| Vyas et al. | Structural characterisation of thermal barrier coatings deposited using electrostatic spray assisted vapour deposition method | |
| US7429408B2 (en) | Method for preparing calcium aluminate film containing oxygen radical and laminate | |
| RO127660A2 (ro) | Procedeu de depunere a straturilor oxidice ceramice | |
| Sawka | Metal-organic chemical vapour deposition of lanthana-doped ceria layers at low temperatures | |
| Gao et al. | Plasma spray synthesis of La10 (SiO4) 6O3 as a new electrolyte for intermediate temperature solid oxide fuel cells | |
| Gutiérrez-Pérez et al. | Top–Down Approach for the Deposition of Photoactive (Na0. 5Bi0. 5) TiO3-Based Heterojunctions by Flame Spray: Analysis of Deposition Parameters | |
| da Conceição et al. | Synthesis of La0. 7Sr0. 3MnO3 thin films supported on Fe–Cr alloy by sol–gel/dip-coating process: evaluation of deposition parameters | |
| JP7203536B2 (ja) | リチウムイオン伝導性酸化物の製造方法 | |
| Cao et al. | Hot corrosion behaviour of Gd2O3 doped LaMgAl11O19 thermal barrier coating exposed to molten V2O5 at 900° C |