Ceramika piankowa z ZrO2 wytworzona metodą gel-casting

• Autorzy: Kocyło E. , Potoczek M.

Warianty tytułu

EN

Foam ceramics from ZrO2 manufactured by gel-casting

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono sposób otrzymywania wysokoporowatego dwutlenku cyrkonu metodą żelowania spienionej zawiesiny z użyciem agarozy jako środka żelującego. Metoda ta pozwala na wytworzenie ceramiki o dużej porowatości w postaci materiałów piankowych o kulistych makroporach, zwanych komórkami pianki, które są połączone kanałami we wspólnych ściankach komórek (tzw. oknami). Przygotowano zawiesiny o różnym stężeniu biopolimeru, mieszczącym się w przedziale 0,22%-1,30% wag. w przeliczeniu na masę proszku ceramicznego, które następnie spieniano i żelowano w celu sporządzenia porowatych kształtek. Otrzymano materiały o porowatości całkowitej wynoszącej 66,0%-89,5% z przeważającym udziałem porowatości otwartej. Rozkład wielkości komórek oraz okien określono metodą analizy obrazu na podstawie mikrofotografii skaningowych. Przeprowadzone obserwacje morfologiczne wykazały, że rozmiar komórek i okien ulegał zwiększeniu wraz ze wzrostem porowatości pianki. W zależności od porowatości średnia wielkość komórki wynosiła od 102,7 µm do 536,9 µm, a średnia wielkość okna wahała się od 20,2 µm do 152,3 µm. Kształtki zostały również scharakteryzowane pod względem właściwości mechanicznych: wytrzymałości na ściskanie oraz modułu Younga.

EN

The objective of the present work consists in the development of highly porous zirconium dioxide foams by the gel-casting method using agarose as a gelling agent. This method allows the production of ceramics with a high total porosity of foam materials with approximately spherical cells interconnected by circular cell windows. Slurries with different concentrations of biopolymer were prepared, being in the range (0.22-1.30)wt% with regard to ceramic powder, which was then foamed and gelled to make porous shaped bodies. The total porosity of zirconia foams was in the range from 66.0 vol.% to 89.5 vol.%. The morphological observations showed that the size of cells and cell windows increased with increasing porosity of the foam. Depending on porosity the average cell size ranged from 102.7 µm to 536.9 µm, while the average cell window size varied from 20.2 µm to 152.3 µm. The samples were also characterized in terms of mechanical properties: compressive strength and Young's modulus.

Słowa kluczowe

PL

ZrO2; gel-casting; agaroza; wysokoporowata ceramika

EN

ZrO2; gel-casting; agarose; highly porous ceramics

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 70, nr 3
• Strony: 242--250
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kocyło E.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Chemiczny, al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów

autor

Potoczek M.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Chemiczny, al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Tulliani, J. M., Bartuli, C., Bemporad, E., Cavalieri, A., Tirillò, J., Pulci, G., Sebastiani, M.: Dense and porous zirconia prepared by gelatine and agar gel-casting: Microstructural and mechanical characterization, Ceram. Mater. /Mater. Ceram./, 63, (2011), 109-116.
• [2] Tulliani, J. M., Bartuli, C., Bemporad, E., Naglieri, V., Sebastiani, M.: Preparation and mechanical characterization of dense and porous zirconia produced by gel-casting with gelatin as a gelling agent, Ceram. Int., 35, (2009), 2481-2491.
• [3] Lombardi, M., Naglieri, V., Tulliani, J. M., Montanaro, L.: Gelcasting of dense and porous ceramics by using a natural gelatine, J. Porous Mat., 16, (2009), 393-400.
• [4] Piconi, C., Maccauro, G.: Zirconia as a ceramic biomaterial, Biomaterials, 20, (1999), 1-25.
• [5] Scheffler, M., Colombo, P. (eds.): Cellular ceramics: structure, manufacture, properties and applications, Wiley-VCH, Weinheim 2005.
• [6] Muthutantria, A. I., Edirisinghea, M. J., Boccaccini, A. R.: Improvement of the microstructure and mechanical properties of bioceramic scaffolds using electrohydrodynamic spraying with template modification, J. Mech. Behav. Biomed. Mater., 3, (2010), 230-239.
• [7] Kim, H. W., Kim, H. E., Salih, V., Knowles, J. C.: Dissolution control and cellular responses of calcium phosphate coatings on zirconia porous scaffold, J. Biomed. Mater. Res., 68A, (2004), 522-530.
• [8] Malmstrom, J., Adolfsson, E., Emanuelsson, L., Thomsen, P.: Bone ingrowth in zirconia and hydroxyapatite scaffolds with identical macroporosity, J. Mater. Sci., Mater. Med., 19, (2008), 2983-2992.
• [9] Klawitter, J. J., Hulbert, S. F.: Application of porous ceramics for the attachment of load bearing internal orthopedic applications, J. Biomed. Mater. Res. Symp., 2, (1971),161-229.
• [10] Brezny, R, Green, D. J.: Fracture behavior of open-cell ceramics, J. Am. Ceram. Soc., 72, (1989), 1145-1152.
• [11] Innocentini, M. D. M., Sepulveda, P., Salvini, V. R., Pandolfelli, V. C.: Permeability and structure of cellular ceramics: A comparison between two preparation techniques, J. Am. Ceram. Soc., 81, (1998), 3349-3352.
• [12] Sepulveda, P., Binner, J. G. P.: Processing of cellular ceramics by foaming and in situ polymerisation of organic monomers, J. Eur. Ceram. Soc., 19, 12, (1999), 2059-2066.
• [13] Studart, A. R., Gonzenbach, U. T., Tervoort, E., Gauckler, L. J.: Processing routes to macroporous ceramics: A review, J. Am. Ceram. Soc., 89, (2006), 1771-1789.
• [14] Innocentini, M. D. M., Rasteira, V. D., Potoczek, M., Chmielarz, A., Kocyło, E.: Physical, fluid dynamic and mechanical properties of alumina gel-cast foams manufactured using agarose or ovalbumin as gelling agents, J. Mater. Res., 32, (2017), 2810-2818.
• [15] Zhou, J., Wang, C. A.: Porous yttria-stabilized zirconia ceramics fabricated by nonaqueous-based gelcasting process with PMMA microsphere as pore-forming agent, J. Am. Ceram. Soc., 96, (2013), 266-271.
• [16] Gain, A. K., Song, H. Y., Lee, B. T.: Microstructure and mechanical properties of porous yttria stabilized zirconia ceramic using poly methyl methacrylate powder, Scripta Mat., 54, (2006), 2081-2085.
• [17] ASTM Designation C1259-01, Standard test method for dynamic Young's modulus, shear modulus, and Poisson's ratio for advanced ceramics by impulse excitation of vibration, Philadelphia: American Society for Testing Materials, Annual Book of ASTM Standards 15.01, 1994.