Synteza hydrotermalna zaawansowanych technologicznie materiałów ceramicznych. Część 1. Wprowadzenie do syntezy hydrotermalnej

• Autorzy: Suchanek W.

Warianty tytułu

EN

Hydrothermal synthesis of advanced ceramic materials. Part 1. Introduction to hydrothermal synthesis of ceramics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z hydrotermalną syntezą zaawansowanych technologicznie materiałów ceramicznych. Jest ona definiowana jako proces, który wykorzystuje reakcje chemiczne zachodzące w roztworach wodnych w podwyższonych temperaturach i pod ciśnieniem wyższym niż normalne w celu krystalizacji materiałów ceramicznych bezpośrednio z tych roztworów. Zrozumienie procesów fizykochemicznych zachodzących w roztworach wodnych w połączeniu z odpowiednią kontrolą parametrów termodynamicznych i kinetycznych umożliwia syntezę materiałów ceramicznych o odpowiednich właściwościach. W artykule opisana jest krótko historia technik hydrotermalnych, podane są definicje i zakresy tego typu syntezy, a także dyskutowane są wady i zalety metod hydrotermalnych. Wspomniana jest także metoda planowania eksperymentów hydrotermalnych w zakresach wyznaczonych uprzednimi obliczeniami termodynamicznymi. Artykuł podaje cały szereg kombinacji metod hydrotermalnych z innymi popularnymi technikami syntezy materiałów, a także opisuje aktualne zastosowania techniki hydrotermalnej w przemyśle. W kolejnych częściach II i III dyskutowane będą szczegółowo zalety i wady hydrotermalnej syntezy proszków, włókien i cienkich warstw ceramicznych w oparciu o przykłady materiałów takich jak hydroksyapatyt, tytanian-cyrkonian ołowiu, alpha-AI2O3, nanorurki węglowe, BaTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3 oraz KNbO3.

EN

Hydrothermal synthesis is a technology for crystallizing materials directly from aqueous solutions at elevated temperatures and pressures. The objective of this article is to introduce the field of hydrothermal materials synthesis and show how understanding physico-chemical processes ocurring in aqueous medium in addition to controlling thermodynamic and kinetic variables can be used for engineering hydrothermal crystallization processes. The paper describes hydrothermal synthesis by providing history, process definitions, technological merits and comments on its current implementation in industry. Thermodynamic modeling is described as an engineering tool to predict equilibrium phase assemblages and use it for development of hydrothermal technology for materials synthesis. Hybride technologies of the hydrothermal method are also briefly discussed. In the following Parts II and III, merits of the hydrothermal synthesis of ceramic powders, fibers, and thin films will be discussed in more detail, based upon examples of such materials as hydroxyapatite, lead zirconate titanate, alpha-AI2O3, multiwalled carbon nanotubes, BaTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, and KNbO3.

Słowa kluczowe

PL

synteza hydrotermalna; materiały ceramiczne

EN

hydrothermal synthesis of ceramics; ceramic materials

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 57, nr 1
• Strony: 32--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 48 poz., rys.

Twórcy

autor

Suchanek W.

• Sawyer Technical Materials, LLC, 35400 Lakeland Boulevard, Eastlake, Ohio 44095, USA

Bibliografia

• [1] Schafthaul, K.F.E., Gelehrte Anzeigen Bayer. Akad., 20 (1845) 557-593.
• [2] Byrappa, K., Yoshimura, M., Handbook of Hydratherma l Technology, Noyes Publications/William Andrew Publishing LLC,Norwich, NY, U.S.A., 2001.
• [3] Brice, J.C., Crystal Growth Processes, Blackie & Son Ltd., Glasgow, UK, 1986.
• [4] Van Hout, M.J.G., Verplanke, J.C., Robertson, J.M., Mater. Res. Bull., 10 (1975) 125-132.
• [5] Roy, R., J. Solid Stale Chem., 111 (1994) 11-17.
• [6] Yoshimura, M., Suchanek, W., Solid Stale Ionics, 98 (1997) 197-208.
• [7] Yoshimura, M., Suchanek, W.L., Byrappa, K., MRS Bulletin, 25 (2000) 17-25.
• [8] Sómiya, S., Hydrothermal Reactions for Material s Science and Engineering. An Overview of Research in Japan, Elsevier Science Publishers Ltd., London, 1989.
• [9] Niesen, T.P., De Guire, M.R., J. Electroceramics, 6 (2001) 169-207.
• [10] Szymanski, A., Abgarowicz, E., Bakan, A., Niedbalska, A., Salacinski, R., Sentek, J., Diamond and Related Materials, 4(1995) 234-235.
• [11] Suchanek, W.L., Libera, J., Gogotsi, Y., Yoshimura, M., J. Solid Stale Chem., 160 (2001) 184-188.
• [12] Yamasaki, N., J. Japan Petroleum Inst., 41 (1998) 175-181.
• [13] Eckert, C.A., Knutson, B.L., Debenedetti, P.G., Nature, 383 (1996) 313-318.
• [14] Laudise, R.A., Chem. & Eng. News (1987) 30-43.
• [15] Suchanek, W.L., Chem. Mater., 16 (2004) 1083-1090.
• [16] Clarke, R., Whatmore, R.W., J. Crystal Growth, 33 (1976) 29-38.
• [17] Figlarz, M., Perspect. Solid Stale Chem. (1995) 1-21.
• [18] Whittingham, M.S., Curr. Opin. Solid Stale Mater. Sci., 1 (1996) 227-232.
• [19] Cho, W.S., Yashima, M., Kakihana, M., Kudo, A., Sakata, T., Yoshimura, M., Appl. Phys. Lett, 66 (1995) 1027-1029.
• [20] Hennings, D., Schreinmacher, S., J. European Ceram. Soc., 9 (1992) 41-46.
• [21] Sakabe, Y., Wada, N., Hamaji, Y., J. Korean Phys. Soc., 32 (1998) S260-S264.
• [22] Suchanek, W., Suda, H., Yashima, M., Kakihana, M., Yoshimura, M., J. Mater. Res., 10 (1995) 521-529.
• [23] Johnson, G., Foise, J., In Trigg, G.L. (Ed.), Encyclopedia of Applied Physics, Vol. 15, VCH Publishers, Inc., New York, NY, 1996, pp. 365-375.
• [24] Demazeau, G., In Yanagisawa, K., Feng, Q. (Eds.), Proceedings of Joint ISHR & ICSTR, Kochi, Japan, July 25-28, 2000, Nishimura Toshado Ltd., Kochi, Japan, 2000, pp. 1-5.
• [25] Dawson, W.J., Ceram. Bull., 67 (1988) 1673-1678.
• [26] Suchanek, W., Watanabe, T., Sakurai, B., Yoshimura, M., Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 517 (1998) 639-649.
• [27] Suchanek, W.L., Watanabe, T., Sakurai, B., Kumagai, N., Yoshimura, M., Rev. Sci. lnstr., 70 (1999) 2432-2437.
• [28] Ulmer, G.C., Barnes, H.L., Hydrothermal Experimental Techniques, Wiley-Interscience, New York, NY, U.S.A., 1987.
• [29] Higgins, S. R., Eggleston, C. M., Knauss, K. G., Boro, C.O., Rev. Sci. Instr., 69 (1998) 2994-2998.
• [30] Sunagawa, 1., Tsukamoto, K., Maiwa, K., Onuma, K., Prog. Crystal Growth and Charact., 30 (1995) 153-190.
• [31] Rafal, M., Berthold, J.W., Scrivner, N.C., Grise, S.L., In, Models for Thermodynamic and Phase Equilibria Calculations, M. Dekker, New York, NY, U.S.A, 1995, pp. 601-670. [32] Riman, R.E., Suchanek, W.L., Lencka, M.M., Ann. Chim. Sci. Mat., 27 (2002) 15-36. [33) Suchanek, W.L., Lencka, M.M., Riman, R.E., In Palmer, D.A., Fernandez-Prini, R., Harvey, A.H. (Eds.), Aqueous Systems at Elevated Temperatures and Pressures: Physical Chemistry in Water, Steam, and Hydrothermal Solutions, Elsevier Ltd., 2004, pp. 717-744. [34) Ring, R.A., Fundamentais of Ceramic Powder Processing and Synthesis, Academic Press, San Diego, CA, U.S.A., 1996.
• [35] Suchanek, W.L., Oledzka, M., Mikulka-Bolen, K., Pfeffer, R.L., Lencka, M., McCandlish, L., Riman, R.E., In Riman, R. E. (Ed.), Proceedings of Fifth International Conference on Solvothermal Reactions (ICSTR), East Brunswick, New Jersey, July 22- 26,2002,2002, pp. 159-164.
• [36] Suchanek, W.L., Lencka, M., McCandlish, L.E., Pfeffer, R.L., Oledzka, M., Mikulka-Bolen, K., Rossetti, Jr., G .A., Riman, R. E., C rystal Growth and Design (2005), w druku. [37) Suchanek, W., Yoshimura, M., J. Am. Ceram. Soc., 81 (1998) 2864-2868.
• [38] Suchanek, W., Watanabe, T., Yoshimura, M., Solid Stale lo- nics, 109 (1998) 65-72.
• [39] Yoshimura, M., Suchanek, W., Watanabe, T., Sakurai, B., Abe, M., J. Mater. Res., 13 (1998) 875-879.
• [40] Puippe, J.C., Acosta, R.E., von Gutfeld, R.J., J. Electrochem. Soc., 128 (1981) 2539-2545.
• [41] ltoh, T., Zhang, Q., Hori, S., Tamaura, Y., J. Appl. Phys., 69 (1991) 5911-5914.
• [42] Yamasaki, N., Weiping, T., Yanagisawa, K., J. Mater. Res., 8 (1993) 1972-6.
• [43] Ohshima, E., Ogino, H., Niikura, 1., Maeda, K., Sato, M., lto, M., Fukuda, T., J. Crystal Growth, 260 (2004) 166-170 .
• [44] Ahmed, F., Belt, R.F., Gashurov, G., J. Appl. Phys., 60 (1986) 839-841.
• [45] Zumsteg, F.C., Bierlein, J.D., Gier, T.E., J. Appl. Phys., 47 (1976) 4980-4985.
• [46] Brown, A.J., Bultitude, J., Lawson, J.M., Winbow, H .D., Witek, S., In, Engineered Materials Handbook, vol. 4, Ceramics and Glasses, Vol. 4, ASM International, U.S.A., 1991, pp. 43-51.
• [47] Suchanek, W.L., Crystal Illuminations (A Publication of Sawyer Research Products, Inc.) (2003), pp. 1-4.
• [48] Griffith, J.W., Raymond, D.H., Waste Management, 22 (2002) 453-459.