Properties of water-based slurries for fabrication of ceramic-metal composites by slip casting method

• Autorzy: Gizowska M. , Konopka K. , Szafran M.

Warianty tytułu

PL

Własciwości wodnych zawiesin do otrzymywania kompozytów ceramika-metal metodą odlewania mas lejnych

• Konferencja: Composites and Ceramic Materials - Technology, Application and Testing (12 ; 16-18 May 2011 ; Białowieża, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main advantage of ceramic-metal composites is the increase of fracture toughness of the brittle ceramic matrix. The slip casting method gives the possibility to obtain products of complicated shapes without green machining.In the work results concerning colloidal and rheological aspects of ceramic-metal composite fabrication via the slip casting method are presented. Slurry consisted of ceramic (?-Al2O3) and nickel powder suspended in water with addition of deflocculants composition (citric acid and diammonium citrate), surface-active agents and binder. Ceramic and metallic powders show great differences in electrokinetic behavior, which cause that the heteroflocculation effect in the suspension can take place. In order to investigate the particles interaction characteristics, the zeta potential of each powder was examined. The zeta potential measurements were performed for diluted suspensions as a function of pH. Rheological measurements of the slurries were performed. Although surface of alumina was modified, so that the electrokinetic behavior resembled one of nickel, it turned out that the presence of nickel particles has great influence on the slurry properties. The change of rheological properties for slurries containing nickel particles results probably from strong interaction between alumina and nickel particles.

PL

Do korzystnych cech ceramiki można zaliczyć dużą twardość, sztywność, odporność na ścieranie oraz niską gęstość. Jednak kruchość tych materiałów ogranicza obszar ich zastosowania. Jedna z metod zwiększenia odporności na kruche pękanie jest realizowane poprzez wprowadzenie plastycznych cząstek metalu do osnowy ceramicznej. Przedstawiono wyniki badań właściwości mas lejnych do otrzymywania kompozytów o osnowie z tlenku glinu z rozproszonymi cząstkami niklu metodą odlewania z mas lejnych na bazie proszków metalicznego i ceramicznego. W skład mas lejnych wchodziła mieszanina proszku tlenku glinu i niklu oraz układ upłynniaczy, środek powierzchniowoczynny i spoiwo. Materiały wykorzystane w badaniach charakteryzują się dużą różnicą ich właściwości elektrokinetycznych, przez co w ich mieszaninie może dochodzić do efektu heteroflokulacji (przyciągania się elektrostatycznego cząstek o różnego rodzaju i o róznym ładunku). W niniejszej pracy przedstawiono opis zjawisk elektrokinetycznych występujących w układzie tlenek glinu i nikiel na podstawie pomiarów potencjału zeta zarówno w wodzie, jak i w roztworze upłynniaczy stosowanych w masie lejnej. Ponadto przeprowadzono badania własciwości reologicznych w celu określenia wpływu obecności cząstek metalicznych w masie lejnej na właściwości zawiesiny. Wprowadzane do masy lejnej środki upłynniające modyfikują powierzchnie tlenku glinu minimalizując aglomeracje cząstek związaną z efektem heteroflokulacji. Pomimo to zaobserwowano znaczny wpływ obecności cząstek niklu na właściwości reologiczne mas lejnych.

Słowa kluczowe

EN

alumina; ceramic-metals composites; nickel; slip casting; zeta potential

PL

glin; kompozyty metalowo-ceramiczne; nikiel; odlewanie z mas lejnych; potencjał zeta

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, iss. 4
• Strony: 1105--1110
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gizowska M.

autor

Konopka K.

autor

Szafran M.

• Faculty of Chemistry, Warsaw University of Technology, 00-664 Warszawa, 3 Noakowskiego Str., Poland

Bibliografia

• [1] M. Gizowska, M. Szafran, K. Konopka, Alumina matrix ceramic-nickel wet processing, Kompozyty 1, 61-65 (2011).
• [2] K. Konopka, A. Oziębło, Microstructure and the fracture toughness of the Al2O3-Fe composites, Mat. Char. 46, 125-129 (2001).
• [3] M. Aldridge, J. A. Yeomans, The Thermal Shock Behavior of Ductile Particle Toughened Alumina Composites. J. Europ. Cer. Soc. 19, 1769-1775 (1998).
• [4] A. Oziębło, K. Konopka, E. Bobryk, M. Szafran, K. J. Kurzydłowski, Al2O3-Fe Functionally Graded Materials Fabricated Under Magnetic Field, Sol. St. Phen. 101-102, 143-146 (2005).
• [5] M. Szafran, K. Konopka, E. Bobryk, K. J. Kurzydłowski, Ceramic matrix composites with gradient concentration of metal particles, J. Europ. Cer. Soc. 27, 651-654 (2007).
• [6] M. Gizowska, M. Szafran, E. Bobryk, Ł. Wasilewski, K. Konopka, Ceramic-metal composites Obtained by Slip Casting Method, Kompozyty (Composites) 1, 53-58 (2008).
• [7] M. Gizowska, M. Szafran, Ł. Wasilewski, K. Konopka, Density and Young modulus of Al2O3-Ni composites obtained via slip casting method, Kompozyty (Composites) 4, 390-395 (2009).
• [8] J. S. Moya, S. Lopez-Esteban, C. Pechorroman, The challenge of ceramic/metal microcomposites and nanocomposites, Prog. Mat. Sci. 52, 1017-1090 (2007).
• [9] A. Danelska, M. Szafran, E. Bobryk, D-Fructose in deflocculation process of nano-ZrO2 powders, Arch. Metall. Mat. 54, 1029-1034 (2009).
• [10] T. Cosgrove, Colloid Science - Principles, Methods and Applications, Blackwell Publishing, Bristol (2005).
• [11] K. J. Konsztowicz, Wpływ heteroflokulacji zawiesin koloidalnych Al2O3-ZrO2 na mikrostruktury i właściwości mechaniczne ich kompozytów, Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków (2004).
• [12] D. Goski, C. T. Kwak, J. K. Konsztowicz, Electrokinetic Behavior of Zirconia-Alumina Colloidal Suspensions in Water and in Electrolyte, Cer. Eng. Sci. Proc. 12, 2075-2083 (1991).
• [13] L. A. De Faria, S. Trasatti, Physical versus chemical mixtures of oxides: the point of zero charge of Ni-Co mixed oxides, J. Electroanal. Chem. 355, 355-359 (2003).
• [14] M. Dziubiński, T. Kiljański, J. Sęk, Podstawy reologii i reometrii płynów, Politechnika Łódzka, Łódź 2009.
• [15] A. J. Sanchez-Herencia, N. Hernandez, R. Moreno, Rheological Behavior and Slip Casting of Al2O3-Ni Aqueous Suspensions, J. Am. Ceram. Soc. 89, 1890-1896 (2006).
• [16] N. Hernandez, R. Moreno, A. J. Sanchez-Herencia, J. L. G. Fierro, Surface Behavior of Nickel Powders in Aqueous Suspensions, J. Phys. Chem. B 109, 4470-4474 (2005).
• [17] P. C. Hidber, T. J. Graule, L. J. Gauckler, Citric acid: A dispersant for aqueous alumina suspensions, J. Am. Cer. Soc. 79, 1857-1867 (1996).
• [18] Kasprzyk-Hordern, Chemistry of alumina, reactions in aqueous solution and its application in water treatment, Adv. Col. Interf. Sci. 110, 19-48 (2004).