Formowanie drobnych proszków tlenku itru poprzez prasowanie filtracyjne

• Autorzy: Zych Ł. , Bochenek K. , Wajler A. , Lach R.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł przedstawia wstępne wyniki badań nad formowaniem i spiekaniem drobnych proszków tlenku itru. Celem badań było uzyskanie gęstych, drobnokrystalicznych materiałów cechujących się przeświecalnością w zakresie podczerwieni oraz podwyższoną twardością. Aby osiągnąć zamierzony efekt posłużono się nanometrycznymi proszkami formowanymi metodą prasowania filtracyjnego zawiesin. Ta ostatnia powinna - w zamyśle - prowadzić do surowych próbek o jednorodnych mikrostrukturach znajdujących odzwierciedlenie w wąskim rozkładzie wielkości porów. Do badań użyto komercyjnego proszku firmy Nanoamor oraz proszku syntezowanego w ITME (Warszawa). Oba proszki charakteryzowały się nanometrycznym rozmiarem pierwotnych krystalitów zaglomerowanych w znacznie większe, submikronowe lub mikronowe skupiska. Wodne zawiesiny obu proszków formowano metodą prasowania filtracyjnego, niekiedy z następującym po nim doprasowaniem izostatycznym próbek, które następnie spiekano w atmosferze powietrza oraz próżni w temperaturach 1500, 1600 i 1700°C. Dodatkowo sprawdzono działanie LiF jako dodatku do spiekania. Badano gęstość otrzymanych spieków oraz ich mikrostrukturę, a w przypadku najlepiej zagęszczonych materiałów również ich twardość Vickersa oraz przeświecalność w podczerwieni. Uzyskane wyniki wskazują, że samo prasowanie filtracyjne prowadzi do próbek o znacznej porowatości oraz o szerokim rozkładzie porów. To niekorzystne z punktu widzenia spiekania zjawisko jest wynikiem silnej aglomeracji obu proszków. Sytuację w surowych próbkach poprawia doprasowanie izostatyczne prasowanych filtracyjnie próbek. We wszystkich spiekanych w powietrzu i próżni próbkach formowanych z zawiesin obserwowany jest znaczny rozrost wielkości ziaren i zamykanie w ich wnętrzu porów, podczas gdy w próbkach prasowanych izostatycznie z suchego proszku ziarna są znacznie mniejsze. Być może zjawisko to jest związane z wrażliwością nanometrycznych proszków tlenku itru na nawet niewielkie różnice w rozkładzie wielkości porów lub wprowadzaniem podczas obróbki zawiesiny zanieczyszczeń prowadzących do rozrostu ziaren. Wyżej wymienione zjawiska niekorzystnie wpłynęły na przeświecalność próbek w podczerwieni oraz ich twardość.

EN

The work presents preliminary results of investigations on consolidation and sintering of fine yttria powders. Aim of the work was the production of dense, fine-grained materials being transparent in IR and showing enhanced hardness. In order to achieve this goal nanometric powders were consolidated by filter pressing of aqueous suspensions. This method should lead to green bodies with uniform microstructures, showing narrow pore size distributions. The investigations were carried out on commercial powder produced by Nanoamor and powder synthesised in ITME (Warsaw). Both powders consisted in nanometric crystallites that formed bigger submicron or micrometric agglomerates. Aqueous suspensions of both powders were filter pressed and sometimes subsequently isostatically pressed. The green samples were sintered in air or vacuum at 1500, 1600 and 1700 °C. Additionally, effects of LiF on sintering was evaluated. Density of the sintered samples and their microstructure were investigated, and in the case of the best densified materials also Vickers hardness and IR transmittance were evaluated. The results indicate that sole filter pressing led to materials with substantial porosity and wide pore size distribution. This disadvantageous phenomenon, affecting strongly the sintering process resulted from agglomeration of both powders. The pore size distribution in the green samples was improved by isostatic pressing of the filter pressed samples. In all the samples consolidated from suspensions and sintered in air or vacuum significant grain growth was observed as well as entrapment of pores inside the grains. On the other hand, grains in the samples isostatically pressed from dry powders were much finer. This phenomenon may be related to susceptibility of the nanometric yttria powders to small differences in pore size distribution or introduction some contaminations during colloidal processing that cause the grain growth. The above mentioned phenomena adversely affected IR transmittance and hardness of the filter pressed samples.

Słowa kluczowe

PL

tlenek itru; prasowanie filtracyjne; zawiesina; przezroczysta ceramika; twardość

EN

yttrium oxide; filter pressing; suspension; transparency; hardness

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 2
• Strony: 192--197
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Zych Ł.

autor

Bochenek K.

autor

Wajler A.

autor

Lach R.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KCS, al. Mickiewicza 30, 30-059 kraków,

Bibliografia

• [1] Hogan P., Stefanik T., Willingham C., Gentelman R.: Transparent Yttria for IR Windows and Domes – Past and Present. Raytheon Integrated Defense Systems (10th DoD Electromagnetic Windows Symposium, 2004).
• [2] Krell A., Hutzler T., Klimke J.: „Transmission physics and consequences for materials selection, manufacturing, and applications”, J. Eur. Ceram. Soc., 29, (2009), 207–221.
• [3] Ikegami T., Li J.G., Mori T.: „Fabrication of transparent yttria ceramics by the low-temperature synthesis of yttrium hydroxide”, J. Am. Ceram. Soc., 85, (2002), 1725-1729.
• [4] Mouzon J., Maitre A., Frisk L., Lehto N., Oden M.: „Fabrication of transparent yttria by HIP and the glass-encapsulation method”, J. Eur. Ceram. Soc., 29, (2009), 311–316.
• [5] Dutta S.K., Gazza G.E.: „Transparent Y2O3 by Hot-Pressing”, Mater. Res. Bull., 11, (1969), 791–796.
• [6] Węglarz H., Wajler A., Tomaszewski H., Możdżonek M., Librant Z.: Materiały Ceramiczne, 63, 1, (2011), 123-126.
• [7] Krell A., Blank P., Ma H., Hutzler T., Nebelung M.: „Processing of High-Density Submicrometer Al2O3 for New Applications”, J. Am. Ceram. Soc., 86, (2003), 546–553.