Wpływ wybranych parametrów preparatyki na spiekalność kalcynowanych proszków majenitowych

• Autorzy: Komarek Sebastian , Berent Katarzyna , Pyda Waldemar

Warianty tytułu

EN

Influence of selected preparation parameters on sinterability of calcined mayenite powders

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Mieszaninę C3AH6, γ-AlOOH, Ca(OH)2 i CaCO3, zbilansowaną na otrzymanie majenitu C12A7, podano prażeniu w 960 °C w trzech reżimach: przez 30 min, 2 × 30 min z mieleniem międzykalcynacyjnym i przez 90 min, aby zmaksymalizować udział C12A7 w proszkach i materiałach polikrystalicznych spiekanych w zakresie temperatur 1100-1300 °C. Charakterystyce poddano wpływ użytych sposobów kalcynacji na morfologię i skład fazowy otrzymanych proszków, ich zachowanie podczas formowania i spiekania, a także na mikrostrukturę i skład fazowy spieczonych materiałów majenitowych. Dzięki wprowadzeniu rozdrabniania międzykalcynacyjnego wytworzono proszek zawierający 91,4% majenitu oraz 3,0% CA i 5,6% CaO. Badane proszki majenitowej charakteryzowały się niezwykle zróżnicowanym rozmiarem cząstek, co w efekcie prowadziło do formowania wyprasek zawierających makro-, mikro- i nanopory. Sposób kalcynacji proszku miał wpływ na rozkład wielkości porów w wypraskach oraz udział i wielkość resztkowych porów w spiekach, jednak nie miał istotnego wpływu na udział majenitu i fazy C3A w materiałach spiekanych w zakresie 1200-1300 °C. Największą gęstość względną spieku, wynoszącą 94,4% ± 0,7%, uzyskano w przypadku proszku kalcynowanego z zastosowaniem mielenia międzykalcynacyjnego, co świadczy o przydatności takiego sposobu postępowania w przypadku wytwarzania proszków majenitowych w oparciu o dominujący mechanizm syntezy w fazie stałej.

EN

The mixture of C3AH6, γ-AlOOH, Ca(OH)2 and CaCO3 balanced to obtain C12A7 mayenite was calcined at 960 °C in three regimes: for 30 min, 2 × 30 min with grinding between calcinations, and for 90 min to maximize the contribution of C12A7 in sintered polycrystalline powders and materials in the temperature range 1100-1300 °C. Characterization was made of the effect of the calcination methods used on the morphology and phase composition of the obtained powders, their behaviour during forming and sintering, as well as on the microstructure and phase composition of sintered mayenite materials. Due to the introduction of grinding between calcinations, a powder containing 91.4% mayenite, together with 3.0% CA and 5.6% CaO was produced. The tested mayenite powders were characterized by an extremely diverse particle size, which resulted in the formation of compacts containing macro-, micro- and nanopores. The method of calcination of the powder influenced the pore size distribution in the compacts as well as the content and size of residual pores in the sinters, but it did not have a significant effect on the content of mayenite and C3A phase in the sintered materials in the range of 1200-1300 °C. The highest relative sinter density of 94.4% ± 0.7% was obtained in the case of powders calcined with the use of grinding between calcinations, which proves the usefulness of this procedure in the production of mayenite powders based on the dominant mechanism of solid-state synthesis.

Słowa kluczowe

PL

C12A7; makropory; proszek majenitowy; polikrystaliczny majenit; mikrostruktura finalna

EN

C12A7; macropores; mayenite powder; polycrystalline mayenite; final microstructure

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 72, nr 3
• Strony: 181--199
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Komarek Sebastian

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, 30 Mickiewicza Av., 30-059 Kraków, Poland

autor

Berent Katarzyna

• AGH University of Science and Technology, Academic Centre for Materials and Nanotechnology, 30 Mickiewicza Av., 30-059 Kraków, Poland

autor

Pyda Waldemar

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, 30 Mickiewicza Av., 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Jeevartnam, J., Glasser, L. S. D., Glasser, F. P.: Surface of the calcium aluminate 12CaO·7Al2O3, Lett. Nat., 194, (1962), 764-765.
• [2] Johnson, L. E., Susho, P. V., Tomota, Y., Hosono, H.: Electron anion and the glass transition temperature, PNAS, 113, (2016), 10007-100012.
• [3] Hosono, H., Kim, J., Toda, Y., Kamiya, T., Watanabe, S.: Transparent amorphous oxide semiconductors for organic electronics: Application to inverted OLEDs, PNAS, 114, (2017), 233-238.
• [4] Kenzi, S.: Application to catalyst of mayenite consisting of ubiquitous elements, Transactions, 39, (2010), 281-283.
• [5] Kitano, M., Inoue, Y., Yamazaki, Y., Hayashi, F., Kanbara, S., Matsuishi, S., Yokoyama, T., Kim, S-W., Hara, M., Hosono, H., Ammonia synthesis using a stable electride as an electron donor and reversible hydrogen store, Nature chem., 4, (2012), 934-940.
• [6] Proto A., Cucciniello R., Genga A., Capacchinone C., A study on the catalythic hydrogenation of aldehydes using mayenite as active support for palladium, Catalysis Comm., 68, (2015), 41-45.
• [7] Palacios I, De La Torre, A. G., Bruque, S., García-Muñoz, J. L., García-Granda, S., Sheptyakov, D., Aranda, M. A. G.: Crystal structures and in-situ formation study of mayenite electrides, Inorg. Chem., 46, (2007), 4167-4176.
• [8] Day, J. L.: Electrons as anions, Science, 301, (2003), 607-608.
• [9] Matsuishi, S., Toda, Y., Miyakawa, M., Hayashi, F., Kamiya, T., Harin, M., Tanaka, I., Hosono, H.: High-Density Electro Anions in a Nanoporous Single Crystal: [Ca24Al28O64]4+(4e-), Science, 301, (2003), 626-629.
• [10] Kendall, K.: Agglomerate strength, Powder Metal., 31, (1988), 28-31.
• [11] Berent, K., Komarek, S., Lach, R., Pyda, W.: The Effect of Calcination Temperature on the Structure and Performance of Nanocrystaline Mayenite Powders, Materials, 12, (2019), 3476.
• [12] Komarek, S., Berent, K., Rączka, M., Pyda, W.: The performance of calcium aluminate powder in terms of density and microstructural evolution of sinters during natural sintering, Ceram. Mater. /Mater. Ceram./, 71, 2, (2019),117-126.
• [13] Kim, S. W., Toda, Y., Hayashi, K., Hirano, M., Hosono, H.: Synthesis of a Room Temperature Stable 12CaO·7Al2O3 Electride from the Melt and Its Application as an Electron Field Emitter, Chem. Mater., 187, (2006), 1938-1944.
• [14] Kurdowski, W.: Chemia cementu i betonu, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010, Stowarzyszenie Producentów Cementu, Kraków 2010.
• [15] Hasegawa G., Moriya, S., Inada, M., Kitano, M., Okunaka, M., Yamamoto, T., Matsukawa, Y., Nishimi, K., Shima, K., Enomoto, N., Matsuishi, S., Hosono, H., Hayashi K.: Topotactic Synthesis of Mesoporous 12CaO·7Al2O3(C12A7) Mesocrystalline Microcubes towards Catalytic Ammonia Synthesis., Chem. Mater., 30, 14, (2018), 4498-4502.
• [16] Lea, F. M.: The Chemistry of Cement and Concrete, Chemical Publ. Comp., New York 1971.
• [17] Jones, F. E.: 4th ICCC Washington, t I, s.205, Washington 1960.
• [18] Mohan, L.: Advances in some special and newer cements, in: S. N. Ghosh, Cement and Concrete Science and Technology, ABI Books Private Limited, New Delhi, 1991.
• [19] Salasin, J. R, Schwerzler, S. E. A, Mukherjee, R., Keffer, D. J., Sickafus, K. E., Rawn, C. J.: Direct Formation and Structural Characterization of Electride C12A7, Materials, 12 (2019), 1-22.
• [20] De Jonghe, L. C., Rahaman, M. N., Sintering of ceramics; in: Somiya, Sh., Aldinger, F., Claussen, N., Springgs, R. M., Uchino, K., Koumoto, K., Kaneo, M., (Eds.), Handbook of Advanced Ceramics, Elsevier Inc., 2003