Wetenschap
Studie verbetert de plasticiteit van spontane coagulatie gegoten oxide keramische groene lichamen
Spontaan coagulatiegieten (SCC), een nieuw type colloïdaal vormingsproces, heeft sinds 2011 veel aandacht gekregen vanwege de verschillende voordelen van een hoge bulkdichtheid en niet-toxiciteit, evenals het vermogen om dispersie en coagulatie te bereiken met zeer lage toevoegingen ( <1 gew.%) copolymeren van isobuteen en maleïnezuuranhydride (PIBM).
Verder onderzoek heeft uitgewezen dat de groene lichamen die met deze methode worden gevormd broos zijn, en hoe kleiner de gebruikte poederdeeltjesgrootte, hoe brosser de groene lichamen zijn. Dit artikel rapporteert een onderzoek naar de verbetering van de plasticiteit van groene oxide-keramische lichamen gevormd door SCC.
Het team publiceerde hun artikel in het Journal of Advanced Ceramics op 21 mei 2024.
"Het doel van deze studie was om weekmakers in het PIBM-gelsysteem te gebruiken om de plasticiteit van oxide-keramische groene lichamen met verschillende deeltjesgroottes te verbeteren. De in water oplosbare weekmakers, glycerol en polyethyleenglycol (PEG), werden geselecteerd omdat ze polaire groepen bevatten ( -OH) en niet-polaire secties", aldus de auteurs.
Het onderzoeksteam kwantificeerde de plasticiteit van de groene lichamen met verschillende weekmakers en poeders met verschillende deeltjesgrootte door de buigspannings-rekcurve en slagtaaiheid te analyseren, en door boorexperimenten uit te voeren in combinatie met praktische verwerking.
"De deeltjesgrootte van het keramische poeder speelde een cruciale rol bij het bepalen van de juiste selectie van weekmakers. Voor submicronpoeders bleek dat glycerol met een lage additie en kortere moleculaire ketens een meer uitgesproken weekmakend effect had. Naarmate de deeltjesgrootte afnam, nam PEG af. met een langere moleculaire keten verbeterde plasticiteit.
"Een toename van de hoeveelheid was nodig voor poeders op nanoschaal. De deeltjesgroottes van 0,45 μm, 0,18 μm en 50 nm vertoonden een verbetering in plasticiteit met de toevoeging van 1 gew.% glycerol, 1 gew.% PEG en 5 gew.% PEG, Uit de boortest bleek dat er vrijwel geen scheuren waren rond de gaten in de groene lichamen met weekmakers", aldus de auteurs.
Bovendien ontdekten de auteurs dat "weekmakers weinig effect hadden op de sintereigenschappen van de groene lichamen."
Met betrekking tot het plasticiteitsmechanisme legden de auteurs uit:"De introductie van glycerol- en PEG-moleculen zal een interactie aangaan met de PIBM-moleculen in keramische slurries door waterstofbinding en hydrofoob effect, waardoor de interactie tussen PIBM-moleculen wordt beïnvloed, waardoor de gelnetwerkstructuur wordt gewijzigd. Na drogen, dit netwerk kapselt het oppervlak van keramische deeltjes in en vormt een coconachtige structuur … om het harde contact tussen de deeltjes te verzachten."
Het onderzoeksteam verwacht grootschalige monsters te kunnen maken, waardoor de geïndustrialiseerde toepassingen van spontaan coagulatiegieten verder zullen worden uitgebreid.
Tot de bijdragen behoren Juanjuan Wang, Jin Zhao, Junyan Mao, Wenlong Liu, Haohao JI, Jian Zhang en Shiwei Wang van het State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructure, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences.