Zastosowanie procesu zol-żel do pokrywania powierzchni włókien węglowych warstwą SiO2

• Autorzy: Olszówka-Myalska A. , Botor-Probierz A. , Krzak-Roś J. , Łukowiak A. , Rzychoń T.

Warianty tytułu

EN

Preparation of the SiO2 sol-gel layer on the carbon fibers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono koncepcję zastosowania metody zol-żel do otrzymywania cienkich powłok SiO2 na włóknach węglowych w celu modyfikacji ich właściwości technologicznych pod kątem aplikacji w kompozytach z osnową metalową. Jako materiał węglowy użyto włókna FT 300B w postaci granulatu uzyskanego z włókien ciętych izometrycznie rozmieszczonych przestrzennie. Powłokę krzemionkową otrzymano, stosując metodę zol-żel. Hydrolizat SiO2 przygotowano z prekursorów metaloorganicznych (tetrametoksysilan, fenylotrietoksysilan). Do charakterystyki struktury warstwy wykorzystano metody skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM-FE HITACHI 4200-S i SEM HITACHI S-3400N z systemem EDS Thermo Noran System SIX) oraz rentgenowskiej analizy fazowej (JEOL JDX-7S). Stwierdzono możliwość uzyskania równomiernej powłoki na włóknach oraz tylko niewielki efekt sczepiania włókien powłoką. Analiza EDS potwierdziła obecność w powłoce krzemu i tlenu. Otrzymana powłoka o grubości ok. 100 nm charakteryzowała się budową amorficzną i nie obserwowano jej łuszczenia się ani odspajania do podłoża węglowego. Uzyskane wyniki wskazują na celowość weryfikacji przydatności powłoki w kształtowaniu mikrostruktury połączenia materiał węglowy-stopy metali.

EN

In the article the sol-gel technique was proposed for deposition of SiO2 layer on carbon fibers as a method for potential application in technology of metal matrix composites reinforced with carbon fibres. During the process of layer formation two silicon precursors the tetramethylorthosilicate (TMOS) and phenyltriethoxysilane (PhTEOS) and additionally the ethanol with the mol ratio as 1:0.8:5. (TMOS:PhTEOS:EtOH). Hydrolysate was deposited on the granules of FT 300B carbon fibers. Granules of short fibers with 3D isometric distribution were prepared from cutted roving of carbon fibers. The thin SiO2 layer was formed during immersion of carbon material in metaloorganic solution. After sol-gel process the macroscopic properties of carbon fibers granules were not changed and bridging effect was observed very seldom. Scanning electron microscopy (SEM-FE HITACHI 4200-S and HITACHI S-3400N with EDS Thermo Noran System SIX) and X-ray diffraction (JEOL JDX-7S) methods were used for structural investigations. The uniform, adherent and crack-free layer was formed. The thickness of a layer was estimated on the 100 nm level. The effect of fibers bridging was observed by SEM very seldom. The EDS results from the surface of coated fibers confirmed the signals of silicon and oxygen. By the XRD method no crystalline phase was identified. Therefore it can be concluded that the amorphous layer of SiO2 was deposited on the carbon fibers. It is in good agreement with own results for SiO2 sol-gel coatings without thermal stabilization deposited on silicon semiconductors and optical sensors and literature data for SiO2 coatings deposited on carbon fibers. Presented results showed the usability of sol-gel method for modification of carbon fibers surface by SiO2 nanosize coating.

Słowa kluczowe

PL

włókno węglowe; nanopowłoka; tlenek krzemu; zol-żel; kompozyt metalowy

EN

carbon fiber; nanocoating; silicon oxide; sol-gel; metal matrix composite

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 4
• Strony: 332--336
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Olszówka-Myalska A.

autor

Botor-Probierz A.

autor

Krzak-Roś J.

autor

Łukowiak A.

autor

Rzychoń T.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, ul. Krasińskiego 8b, 40-160 Katowice,

Bibliografia

• [1] Fourdeaux A., Perret R., Ruland W., Carbon Fibres, (Plastic and Poly. Conf. Suppl. No5), The Plastics Institute, London 1971, 59-67.
• [2] Chand S., Review carbon fibers for composites, Journal of Materials Science 2000, 35, 6, 1303-1313.
• [3] Ye H.Z., Liu X.Y., Review of recent studies in magnesium matrix composites, Journal of Materials Science 2004, 39, 6153-6171.
• [4] Bacos M.P., Protection of carbon based composites, Journal de Physique IV, Colloque C9, supplement au Journal de Physique III 1993, 3, 819-829.
• [5] Łukowiak A., Ryznar T., Tadaszak R., Nowacki M., Warstwy SiO2 oraz SiO2-TiO2 na podłożu z niskotemperaturowej ceramiki współwypalanej, Ceramika 2007, 101, 197-202.
• [6] Katzman H.A., Fibre coatings for the fabrication of graphite- -reinforced magnesium composites, Journal of Materials Science 1987, 22, 1, 144-148.
• [7] Wang Y.Q., Zhou B.L., Wang Z.M., Oxidation protection of carbon fibres by coatings, Carbon 1995, 33, 4, 427-433.
• [8] Fardad M.A., Catalysts and the structure of SiO2 sol-gel films, Journal of Materials Science, 2000, 35, 1835-1841.
• [9] Łukowiak A., Dylewicz R., Patela S., Strek W., Maruszewski K., Optical properties of SiO2-TiO2 thin film waveguides obtained by the sol gel method and their applications for sensing purposes, Optical Materials 2005, 27, 1501-1505.
• [10] Kozłowska K., Łukowiak A., Szczurek A., Dudek K., Maruszewski K., Sol gel coatings for electrical gas sensors, Optica Applicata 2005, 35, 783-790.
• [11] Lis S., Lukowiak A., Dylewicz R., Patela S., Maruszewski K., SiO2-TiO2 thin film for integrated optics fabricated by the sol-gel technique, IEEE Conference Proceedings, 2006 International Students and Young Scientists Workshop Photonics and Microsystems, Wrocław - Szklarska Poręba, Poland, 30.06-2.07.2006, 34-38.
• [12] Łukowiak A., Dylewicz R., Lis S., Baszczuk A., Patela S., Maruszewski K., SiO2-TiO2 thin films obtained by the sol-gel method, Annals of Polish Chemical Society 2007 (Roczniki Polskiego Towarzystwa Chemicznego 2007).
• [13] Imai H., Morimoto H., Tominaga A., Hirashima H., Structural changes in sol-gel derived SiO2 and TiO2 films by exposure to water vapor, Journal of Sol-Gel Science and Technology 1997, 10, 45-54.
• [14] Livage J., Sol-gel processes, Current Opinion in Solid State and Materials Science 1997, 2, 132-138.
• [15] Collino R., Therasse J., Binder P., Chatup F., Boilot J-P., Levy Y., Thin films of functionalized amorphous silica for immunosensors application, Journal of Sol-Gel Science and Technology 1994, 2, 823-826.