Synteza hydrotermalna zaawansowanych technologicznie materiałów ceramicznych. Cz. 2. Synteza hydrotermalna proszków oraz włókien ceramicznych

• Autorzy: Suchanek W.

Warianty tytułu

EN

Hydrothermal synthesis of advanced ceramic materials. Part 2. Hydrothermal synthesis of ceramic powders and fibers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wady i zalety technologii hydrotermalnej zastosowanej do produkcji proszków i włókien ceramicznych są tu dyskutowane i poparte szeregiem przykładów pochodzących z prac autora. Głównymi zaletami proszków syntezowanych hydrotermalnie są znakomita kontrola wielkości krystalitów oraz ich morfologii, a także niski stopień zaglomerowania, co doskonale widać na przykładach proszków i whiskersów hydroksyapatytu, proszków tytanianu-cyrkonianu ołowiu (PZT) oraz alpha-AI2O3. Właściwości te można kontrolować w bardzo szerokim zakresie za pomocą parametrów termodynamicznych, takich jak temperatura syntezy, stężenie prekursorów i dodatków, a także parametrów nietermodynamicznych (kinetycznych), jak na przykład szybkość mieszania roztworu. Wielkości otrzymanych proszków tych samych materiałów potrafią różnić się nawet o kilka rzędów wielkości (10 nm - 50 mm), przy czym krystality mogą posiadać wiele różnorodnych form: izometrycznych, sześcianów, bipiramid lub włókien (whiskersów). Precyzyjną kontrolę składu chemicznego można doprowadzić do perfekcji stosując technikę hydrotermalną lub jej hybrydy, tak jak w przypadku mechanochemicznej-hydrotermalnej syntezy szeregu nanometrycznych proszków hydroksyapatytu z dodatkami jonów węglanowych sodu i magnezu oraz ich kombinacji. Pionierskie prace autora pokazały także, że syntezę hydrotermalną można z powodzeniem zastosować do materiałów nietlenkowych, takich jak nanorurki węglowe, co poza znaczeniem technologicznym, ma także ważne implikacje geologiczne. W następnej Części III dyskutowane będą szczegółowo zalety i wady hydrotermalnej syntezy cienkich warstw ceramicznych w oparciu o przykłady BaTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, PZT, oraz KNbO3.

EN

Merits of the hydrothermal synthesis of ceramic powders and fibers are discussed in this article and supported with several examples. Major advantages of the hydrothermal synthesis of ceramic powders are excellent morphology and size control in addition to Iow aggregation level, which is demonstrated using hydroxyapatite powders and whiskers, lead zirconate titanate (PZT) and alpha-AI2O3 powders. These features can be controlled in a wide range using thermodynamic synthesis parameters, such as reaction temperature and concentrations of the reactants, in addition to non-thermodynamic (kinetic) parameters, such as stirring speed. The synthesized ceramic powders encompass a wide range of sizes (10 nm - 50 mm) and morphologies (equiaxed, cubic, short fiber, etc). Their chemical composition can be easily controlled using the hydrothermal technique or its hybrids, such as the mechanochemical-hydrothermal method, which was applied to prepare a variety of nanosized hydroxyapatite powders with different ionic substitutes. The hydrothermal technique can be also used to synthesize non-oxide materials, such as the multiwalled carbon nanotubes, which by the way has important geological implications. In the next Part III, merits of the hydrothermal synthesis of ceramic thin films will be discussed in detail based upon examples of BaTiO3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, PZT, and KNbO3.

Słowa kluczowe

PL

materiały ceramiczne; synteza hydrotermalna; proszki ceramiczne; włókna ceramiczne

EN

ceramic materials; hydrothermal synthesis of ceramics; ceramic powders; ceramic fibers

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 57, nr 2
• Strony: 58--68
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Suchanek W.

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

Bibliografia

• [1] Riman, R.E., In Pugh, R., Bergstrćim, L. (Eds.), High Performance Ceramics: Surface Chemistry in Processing Technology, Marcei-Dekker, New York, NY, 1993, pp. 29-69.
• [2] Sugimoto, T., Fine Particles, Synthesis, Characterization, and Mechanisms of Growth, Marcei-Dekker, Inc., New York, NY, U.S.A., 2000.
• [3] Haberko, K., Pyda, W., In Claussen, N., Ruhle, M., Heuer, A.H. (Eds.), Science and Technology of Zirconia 11, Vol. 12, 1984, pp. 774-783.
• [4] Ring, R.A., Fundamentais of Ceramic Powder Processing and Synthesis, Academic Press, San Diego, CA, U.S.A., 1996.
• [5] Suchanek, W., Yoshimura, M., J. Mater. Res., 13 (1998) 94-117.
• [6] Riman, R. E., Suchanek, W. L., Byrappa, K., Oakes, C.S., Chen, C.-W., Shuk, P., Solid State Ionics, 151 (2002) 393-402.
• [7] Suchanek, W., Suda, H., Yashima, M., Kakihana, M., Yoshimura, M., J. Mater. Res., 10 (1995) 521-529.
• [8] Yoshimura, M., Suchanek, W., Solid State Ionics, 98 (1997) 197-208.
• [9] Suchanek, W., Yashima, M., Kakihana, M., Yoshimura, M., Biomaterials, 17 (1996) 1715-1723.
• [10] Suchanek, W., Yashima, M., Kakihana, M., Yoshimura, M., J. Am. Ceram. Soc., 80 (1997) 2805-2813.
• [11] Suchanek, W.L., Yoshimura, M., J. Am. Ceram. Soc., 81 (1998) 765-767.
• [12] Suchanek, W., Yashima, M., Kakihana, M., Yoshimura, M., Biomaterials, 18 (1997) 923-933.
• [13] Suchanek, W., Yashima, M., Kakihana, M., Yoshimura, M., J. Eur. Ceram. Soc., 18 (1998) 1923-1929.
• [14] Gutman, E., Mechanochemistry of Materials, Cambridge International Science Publishing, Cambridge, UK, 1997.
• [15] Kosova, N.V., Khabibullin, A.K., Boldyrev, V.V., Solid State Ionics, 101-103 (1997) 53-58.
• [16] Shuk, P., Suchanek, W.L., Hao, T., Gulliver, E., Riman, R.E., Senna, M., TenHuisen, K.S., Janas, V.F., J. Mater. Res., 16 (2001) 1231-1234.
• [17] Suchanek, W.L., Shuk, P., Byrappa, K., Riman, R.E., TenHuisen, K.S., Janas, V.F., Biomaterials, 23 (2002) 699-710.
• [18] Suchanek, W.L., Byrappa, K., Shuk, P., Riman, R.E., TenHuisen, K.S., Janas, V.F., Biomaterials, 25 (2004) 4647-4657.
• [19] Suchanek, W.L., Byrappa, K., Shuk, P., Riman, R.E., TenHuisen, K.S., Janas, V.F., J. Solid State Chem., 177 (2004) 793-799.
• [20] Riman, R.E., Suchanek, W., Shuk, P., TenHuisen, K., International Patent Application, No. PCT/US02106605, Pub. No.: WO 021069986 A 1, Pub. Date: September 12, 2002 (filed on March 5, 2002).
• [21] Riman, R. E., Suchanek, W., Shuk, P., TenHuisen, K., "SMagnesium-Substituted Hydroxyapatites", U.S. Patent No. 6,921,544 (July 26, 2005), filed on March 6, 2001, Pub. No.: US 200210127260 A1, Pub. Date: September 12, 2002.
• [22] Setter, N., Piezoelectric Materials in Devices, N. Setter, Lausanne, Switzerland, 2002.
• [23] Du, X.-H., Belegundu, U., Uchino, K., Jpn. J. Appl. Phys, 36 (1997) 5580-5587.
• [24] Trolier-McKinstry, S., Sabolsky, E., Kwon, S., Duran, C., Yoshimura, T., Park, J.-H., Zhang, Z., Messing, G.L., In Setter, N. (Ed.), Piezoelectric Materials in Devices, N. Setter, Lausanne, Switzerland, 2002, pp. 497-518.
• [25] Janas, V., Safari, A., J. Am. Ceram. Soc., 78 (1995) 2945-55.
• [26] Cho, S.-B., Oledzka, M., Riman, R.E., J. Grystal Growth, 226 (2001) 313-326.
• [27] Elwell, D., Scheel, H.J., Grystal Growth from High-Temperature Solutions, Academic Press, 1975.
• [28] Suchanek, W. L., Grystal Illuminations (A Publication of Sawyer Research Products, Inc.) (2003) 1-4.
• [29] Dresselhaus, M.S., Dresselhaus, G., Avouris, P., Carbon Nanotubes: Synthesis, Structure, Properties and Applications, Topics in Applied Physics, Vol. 80, Springer-Verlag, 2001.
• [30] Suchanek, W. L., Yoshimura, M., Gogotsi, Y. G., J. Mater. Res., 14 (1999) 323-326.
• [31] Suchanek, W.L., Libera, J., Gogotsi, Y., Yoshimura, M., J. Solid State Chem., 160 (2001) 184-188.
• [32] Yoshimura, M., Suchanek, W.L., Gogotsi, Y., Libera, J.A., Japanese Patent, No. JP2002037614, Pub. Date: February 6, 2002 (filed on July 24, 2000).
• [33] 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, pp. 159-164.
• [34] Suchanek, W. L., Oledzka, M., Mikulka-Bolen, K., Pfeffer, R. L., Lencka, M., McCandlish, L., Rossetti, J., G. A., Riman, R.E., Grystal Growth and Design (2005), w druku, dostępne on-line od lipca 2005.