Influence of high-energy milling parameters on the synthesis of single-phase yttrium aluminium perovskite (YAP)

• Autorzy: Smoleń Jakub , Michalik Daniel , Plewa Julian , Pawlik Tomasz

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów mielenia wysokoenergetycznego na syntezę jednofazowego perowskitu itrowo-glinowego (YAP)

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Yttrium aluminium perovskite with the formula YAlO3 (YAP) is one of the three oxides that occur in the Al2O3-Y2O3 system; YAM and YAG are stable coexisting phases of this system. YAP single crystals are known to be used as optical materials due to their favourable properties, especially when they are doped with rare earth or transition metal ions. The preparation of a monophase yttrium aluminium perovskite is a difficult task as the solid phase synthe- sis method leads to the formation of coexisting phases. High-energy milling is the most effective way to obtain a homogeneous mixture of yttrium and aluminium oxide powders (YAP precursors). In this work, different types of homogenization were compared and then the optimal parameters (rotational speed, milling ball size, milling time) influencing the phase composition and morphology of the product after synthesis were established. The X-ray diffraction (XRD) technique was used to study the phase composition and the morphology was characterized using a scanning electron microscope. The obtained results proved that the method of energy supply to the milled system has a significant impact on the course of synthesis and the morphology of the sintered product.

PL

Perowskit itrowo-glinowy o wzorze YAlO3 (YAP) jest jednym z trzech tlenków występujących w układzie Al2O3-Y2O3; YAM i YAG to współistniejące stabilne fazy tego układu. Wiadomo, że monokryształy YAP są stosowane jako materiały optyczne ze względu na ich korzystne właściwości, zwłaszcza gdy są domieszkowane jonami pierwiastków ziem rzadkich lub metali przejściowych. Przygotowanie jednofazowego perowskitu itrowo-glinowego jest trudnym zadaniem, ponieważ metoda syntezy w fazie stałej prowadzi do powstania faz współistniejących. Najbardziej efektywnym sposobem otrzymywania homogenicznej mieszaniny proszków tlenków itru i glinu (prekursorów YAP) jest mielenie wysokoenergetyczne. W pracy porównano różne rodzaje homogenizacji, a następnie ustalono optymalne parametry (prędkość obrotowa, wielkość mielników, czas mielenia) wpływające na skład fazowy i morfologię produktu po syntezie. Do badania składu fazowego wykorzystano technikę dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), a morfologię scharakteryzowano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Uzyskane wyniki dowiodły, że sposób dostarczania energii do mielonego układu ma istotny wpływ na przebieg syntezy i morfologię spiekanego produktu.

Słowa kluczowe

EN

high-energy milling; fracture morphology; nanopowder; YAG; YAP

PL

mielenie wysokoenergetyczne; morfologia przełomów; nanoproszek; YAG; YAP

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 72, nr 4
• Strony: 235--246
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Smoleń Jakub

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Science, Krasińskiego 8 street, Katowice, 40-019, Poland

autor

Michalik Daniel

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Science, Krasińskiego 8 street, Katowice, 40-019, Poland

autor

Plewa Julian

• University of Applied Science, Stegerwaldstr. 39, 48-565 Steinfurt, Germany

autor

Pawlik Tomasz

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Science, Krasińskiego 8 street, Katowice, 40-019, Poland

Bibliografia

• 1. Plastino, W., De Felice P., de Notaristefani, F.: Radon test measurement with Ce-doped yttrium aluminum oxide perovskite scintillator, Geofísica Intern., 41, 3, (2002), 353-358.
• 2. Harada, M., Sakurai, K., Saitoh, K., Kishimoto, S.: Fast signal processing of a yttrium-aluminum-perovskite:Ce detector for synchrotron x-ray experiments, Rev. Sci. Inst., 72, 11, (2001), 4308-4311.
• 3. Weber, M.: Optical spectra of Ce3+ and Ce3+‐sensitized fluorescence in YAlO3, J. Appl. Phys., 44, (1973), 3205.
• 4. Baran, M., Zhydachevskii, Y., Suchocki, A., Reszka, A., Warchol, S., Diduszko R., Pajączkowska, A.: Sol–gel synthesis and luminescent properties of nanocrystalline YAP:Mn, Opt. Mater., (2012), 604-608.
• 5. Medraj, M., Hammond, R., Parveza, M., Drew, R., Thompson, W.: High temperature neutron diffraction study of the Al2O3–Y2O3 system, J. Eur. Ceram. Soc., 26, (2005), 3515.
• 6. Tanner, P. A., Law, P.-T., K.-L. Wong, L. Fu: Preformed sol-gel synthesis and characterization of YAlO3, J. Mater. Sci., 38, 24, (2003), 4857-4861.
• 7. Szysiak, A., Klimm, D., Ganschow, S., Mirkowska, M., Diduszko, R., Lipińska, L.: The investigation of YAlO3-NdAlO3 system, synthesis and characterization, J. Alloys Compd., 509, (2011), 8615-8619.
• 8. Basavalingu, B., Girish, H. N., Byrappa, K., Soga, K.: Hydrothermal synthesis and characterization of orthorhombic yttrium aluminum perovskites (YAP), Mat. Chem. Phys., 112, (2008), 723-725.
• 9. Kawahara, H., Fujioka, K., Furuse, H.: Synthesis of YAlO3 up-conversion powder using a co-precipitation technique, Japan. J. Appl. Phys., 59, 11, 2020.
• 10. Y. Lian, Y. Wang, J. Li, Z. Zhu, Z. You, Ch. Tu, Y. Xu, W. Jie: Structural and optical properties of Dy3+:YAlO3 phosphors for yellow light-emitting diode applications, J. Rare Earths, 2020, https://doi.org/10.1016/j.jre.2020.06.012.
• 11. Carvalho, J., De Vicente, F. S., Marcellin, N., Odier, P., Hernandes, A., Ibanez, A.: Synthesis of YAP phase by a polymeric method and phase progression mechanisms, J. Therm. Anal. Calorim., 96, (2006), 891-896, DOI: 10.1007/s10973-009-0045-0.
• 12. Mathur, S., Shen, H., Rapalaviciute, R., Kareivac, A., Donia, N.: Kinetically controlled synthesis of metastable YAlO3 through molecular level design, J. Mater. Chem., 14 (11), 3259-3265 (2004) https://doi.org/10.1039/B406760F.
• 13. Gizowska, M., Perkowski, K., Piątek, M., Konopka, G., Witosławska, I., Tymowicz-Grzyb, P.: Investigation of YAP/YAG powder sintering behavior using advanced thermal techniques, J. Therm. Anal. Calorim., 138, (2019) 1987–1995, https://doi.org/10.1007/s10973-019-08598-7.

Uwagi

PL

„Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).”