Application of lipase in shaping Al2O3-mullite composites

• Autorzy: Szafran M. , Bednarek P. , Piwowarski P.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie lipazy w formowaniu kompozytów typu Al2O3-mullit

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the method of Direct Coagulation Casting (DCC) which is a recently developed method of near-netshaping of ceramic components at low costs. The process relies on electrostatic stabilized ceramic suspensions and their destabilization owing to time delayed in situ reactions. In the method, the enzyme-catalized reaction is used to shift the pH of the ceramic suspension to the isoelectric point, which causes coagulation of the slurry. The aim of this work is the research on shaping alumina-mullite composites with the application of a lipase-catalyzed decomposition of glycerin triacetate. Zeta potential measurements in relation to pH were performed and the appropriate substrate and enzyme was chosen to conduct controlled coagulation of ceramic slurry. In the DCC method, the optimal composition of ceramic suspension was experimentally chosen. The slip gaining a high concentration of ceramic powders, small amount of organic additives, good flow properties and the shortest time after which the intensive increase of viscosity, was considered as optimal. The paper also presents the results of the viscosity of slurries with different concentrations of dispersant and lipase. The sintering temperature leading to the best density and mechanical strength parameters was found to be 1600°C. The relative densities of DCC sintered samples were higher than 95%. The Vickers hardness and fracture toughness KIC for DCC sintered samples were measured. The main conclusion is that the DCC method, using the lipaze-catalyzed decomposition of glycerin triacetate, can be successfully applied to the formation of complex-shaped alumina-mullite composites. Very good mechanical properties can be achieved due to the low content of binders and other additives.

PL

W ostatnich latach prowadzone są intensywne badania nad zastosowaniem technik formowania elementów ceramicznych opartych na układach koloidalnych. Do jednych z takich metod należy bezpośrednie odlewanie koagulacyjne (Direct Coagulation Casting, DCC), dzięki któremu można formować elementy o skomplikowanej geometrii, stosując ceramiczne masy lejne o wysokim stężeniu fazy stałej i małej ilości dodatków organicznych. Metoda DCC jest alternatywą dla formowania metodą wtrysku, wymagającą stosowania wysokich ciśnień oraz znacznej ilości dodatków organicznych oraz dla tradycyjnego formowania przez odlewanie do porowatych form gipsowych. W artykule przedstawiono wyniki badań nad formowaniem kształtek z kompozytów tlenek glinu-mullit z wykorzystaniem reakcji enzymatycznego rozkładu trójoctanu glicerolu lipazą. Wykonano pomiary potencjału zeta w funkcji pH dla czystych proszków tlenku glinu i mullitu oraz dla kompozytu wraz z pozostałymi składnikami ceramicznej masy lejnej. Na podstawie otrzymanych wyników dobrano substrat oraz enzym, pozwalające na przeprowadzenie kontrolowanej koagulacji masy lejnej. Na drodze eksperymentalnej dobrano optymalny skład masy lejnej tak, aby lepkość układu była stosunkowo niska, a czas koagulacji masy relatywnie krotki. Przedstawiono wyniki pomiarów lepkości ceramicznych mas lejnych w funkcji czasu dla rożnych ilości upłynniacza i lipazy w masie. Otrzymane elementy spieczono w temperaturze 1600°C. Uzyskano spieki o gęstości względnej powyżej 95% oraz o wysokich wartościach twardości mierzonej metodą Vickersa i odporności na kruche pękanie KIC mierzonej metodą pomiaru długości pęknięć wykonanych wgłębnikiem diamentowym Vickersa.

Słowa kluczowe

EN

Al2O3-mullite composites; direct coagulation casting; enzymatic reaction; lipase; Vickers' hardness; fracture toughness

PL

kompozyty Al2O3-mullit; bezpośrednie odlewanie koagulacyjne (DCC); reakcja enzymatyczna; lipaza; twardość Vickersa; odporność na kruche pękanie

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 1
• Strony: 90--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., tys., tab.

Twórcy

autor

Szafran M.

autor

Bednarek P.

autor

Piwowarski P.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, Inorganic Technology and Ceramics Department, ul. Noakowskiego3, 00-664 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] Lewis J. A., Colloidal processing of ceramics, J. Am. Ceram. Soc, 2000, 83(10), 2341-2359.
• [2] Bednarek P., Sakka Y., Szafran M., Mizerski T., Gelcasting of alumina with new monomer synthesized from glucose, J. Eur. Ceram. Soc., 2010, 30, 1795-1801.
• [3] Graule T. J., Gauckler J. L., Baader F. H., Direct coagulation casting - a new green shaping technique. Part I: Processing Principles, Ind. Ceram. 1996, 16, 31-35.
• [4] Gauckler L. J., Graule T., Baader F., Ceramic forming using enzyme catalyzed reactions, Mater. Chem. Phys. 1999, 61, 78-102.
• [5] Tervoort E., Tervoort T. A., Gauckler L. J., Chemical aspects of direct coagulation casting of alumina suspensions, J. Am. Ceram. Soc. 2004, 87(8), 1530-1535.
• [6] Jach K., Formowanie tworzyw ceramicznych z zastosowaniem procesu flokulacji enzymatycznej, rozprawa doktorska, Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2007.
• [7] Szafran M., Bednarek P., Piwowarski P., Kompozyty ceramiczne typu Al2O3-ZrO2 formowane z udziałem enzymów, Kompozyty (Composites) 2010, 3, 244-248.
• [8] Capua Proveti J. R., Michot G., The Brazilian test: a tool for measuring the toughness of a material and its brittle to ductile transition, Int. J. Fract. 2006, 139, 455-460.
• [9] Vallar S., Houivet D., El Fallah J., Kervadec D., Haussonne J. M., Oxide slurries stability and powders dispersion: optimization with zeta potential and rheological measurements, J. Eur. Ceram. Soc. 1999, 19, 1017-1021.
• [10] Pampuch R., Materiały ceramiczne, PWN, Warszawa 1988.
• [11] Muchtar A., Lim L.C., Indentation fracture toughness of high purity submicron alumina, Acta. Mater. 1998, 46(5), 1683-1690.