Otrzymywanie ceramiki funkcjonalnej z wykorzystaniem reakcji polimeryzacji rodnikowej

• Autorzy: Wiecińska P. , Bachonko M. , Ryżyk O.

Warianty tytułu

EN

Preparation of functional ceramics with the use of radical polymerization

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Materiały ceramiczne stanowią obecnie zróżnicowaną grupę materiałów mających coraz szersze zastosowanie, od tworzyw dla przemysłu elektronicznego i motoryzacyjnego, przez narzędzia skrawające, elementy ścierne, elementy ogniotrwałe o podwyższonej jakości, aż po materiały wykorzystywane w przemyśle jądrowym i w medycynie. Do wytworzenia powyżej wymienionych elementów konieczne jest zastosowanie surowców ceramicznych o odpowiednich właściwościach, a niezwykle ważnym etapem produkcyjnym jest uformowanie danego surowca, czyli nadanie mu postaci jak najbardziej zbliżonej do kształtu finalnego produktu. W technologii ceramiki znanych jest wiele metod formowania proszków ceramicznych, ale ich pewne niedoskonałości, takie jak wysoka energochłonność, możliwość wytwarzania elementów tylko o prostej geometrii, długi czas formowania itp. sprawiają, iż ciągle prowadzone są prace badawcze nad poszukiwaniem nowych i udoskonalaniem istniejących metod formowania materiałów. Do najnowszych sposobów wytwarzania elementów ceramicznych należy metoda odlewania żelowego, zwana dość powszechnie z języka angielskiego gelcasting, która łączy tradycyjny sposób formowania z ceramicznych mas lejnych i chemię polimerów. W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania reakcji polimeryzacji rodnikowej w otrzymywaniu ceramiki technicznej z zakresu ceramiki gęstej i porowatej. Stosując różnorodne dodatki organiczne do koloidalnych zawiesin proszków ceramicznych, w wyniku procesów formowania i spiekania, otrzymano materiał kompozytowy ZTA o wysokim stopniu zagęszczenia, ceramikę porowatą z Al₂O₃ oraz folie z ZrO₂, wysoce elastyczne w stanie surowym.

EN

Advanced ceramic materials currently represent a diverse group of materials which are becoming more widely used as the basis for electronic and automotive industry, cutting tools, abrasive elements, refractory elements of high quality, materials used in nuclear industry and medicine. In order to manufacture the above mentioned items, it is necessary to use ceramic raw materials of suitable properties, nevertheless the important stage of the production is the formation of the material, that is giving the shape of the final product. There are many moulding methods used in ceramic technology but the limitations such as high energy-consumption, the possibility to obtain only simple geometries, long moulding time, etc. cause that the search for new moulding methods and improvement of already existing is far from being completed. One of the intensively studied forming methods is gelcasting which connects the traditional moulding from ceramic slips with polymer chemistry. The article presents the possibilities to use the reaction of radical polymerization in fabrication of both dense and porous functional ceramics. Through applying various organic additives to the colloidal ceramic suspensions it was possible to obtain ZTA composite of high density, porous Al₂O₃ ceramics and highly elastic ZrO₂ tapes.

Słowa kluczowe

PL

odlewanie żelowe; ceramika porowata; kompozyty; polimeryzacja; folie ceramiczne

EN

gelcasting; porous ceramics; composites; polymerization; ceramic tapes

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Czasopismo: Szkło i Ceramika
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 67, nr 1
• Strony: 14--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Wiecińska P.

• Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, Katedra Technologii Chemicznej

autor

Bachonko M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, Katedra Technologii Chemicznej

autor

Ryżyk O.

• Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, Katedra Technologii Chemicznej

Bibliografia

• [1] Lewis J. A. (2000), Colloidal processing of ceramics, „J. Am. Ceram. Soc.”, 83 [10], 2341 2359.
• [2] Gizowska M., Osuchowski M., Witosławska I., Marciniak-Maliszewska B., Konopka G., Witek A., Perkowski K. (2014), Tygle wysokotemperaturowe stosowane w procesie otrzymywania przezroczystych materiałów ceramicznych, „Szkło i Ceramika”, nr 4, 12-15.
• [3] Omatete O. O., Janney M. A., Nunn S. D. (1997), Gelcasting: from laboratory development toward industrial production, „J. Eur. Ceram. Soc.”, 17, 407-413.
• [4] Szafran M., Bednarek P., Jach D. (2007), Formowanie tworzyw ceramicznych metodą „gelcasting”, „Materiały Ceramiczne”, 1, 17-25.
• [5] Wiecinska P., Graule T., Bachonko M. (2015), Organic additives in gel-tape casting of ceramic powders - novel approach to the problem of elasticity and cracking of thin tapes, „J. Eur. Ceram. Soc.”, 35, 3949-3957.
• [6] Xie T., Jiang S., Fan M. (2009), Improvement on the mechanical properties of zinc oxide green sheets by aqueous acrylamide gel tape casting, „Ceram. Int.”, 35, 2645-2649.
• [7] Ferrari B., de Francisco I. M., Moreno R. (2005), Ni-YSZ self-supported films by gel electrophoresis, „Ceram. Int.”, 31, 863-868.
• [8] Falkowski P., Grzelak A. (2013). Effect of solvents on curing process of photopolymerizable ceramic suspensions, „Arch. Metall. Mater.”, 58, 1411-1414.
• [9] Sepulveda P., Binner J. G. P. (1999), Processing of cellular ceramics by foaming and in situ polymerisation of organic monomers, „J. Eur. Ceram. Soc.”, 19, 2059-2066.
• [10] Sharifi L., Ghanbarnezhad S, Ghofrani S., Mirhosseini S. H. (2014), High porous alumina bodies: production and properties via gelcasting technique, „Int. J. Adv. Sci. Technol.”, 65, 59-70.
• [11] Dhara S., Kamboj R. K., Pradhan M. (2002), Shape forming of ceramics via gelcasting of aqueous particulate slurries, „Bull. Mater. Sci.”, 25 [6], 565-568.
• [12] Ma L. G., Huang Y ., Yang J. L., Le H. R., Sun Y . (2006), Control of the inner stresses in ceramic green bodies formed by gelcasting, „Ceram. Int.”, 32, 93-98.
• [13] Santacruz I., Nieto M. I., Moreno R. (2005), Alumina bodies with near-totheoretical density by aqueous gelcasting using concentrated agarose solutions, „Ceram. Int.”, 31, 439-445.
• [14] Mueller A., Yu F., Willert-Porada M. (2006), Cellulose acetate based gelcasting process for Gd-containing ceramic bodies, „J. Eur. Ceram. Soc.”, 26, 2743-2751.
• [15] Lyckfeldt O., Brandt J., Lesca S. (2000), Protein forming - a novel shaping technique for ceramics, „J. Eur. Ceram. Soc.”, 20, 2551-2559.
• [16] Tallon C., Jach D., Moreno R., Nieto M. I., Rokicki G., Szafran M. (2007), Gelcasting performance of alumina aqueous suspensions with glycerol monoacrylate: a new low toxicity acrylic monomer, „J. Am. Ceram. Soc.”, 90 [5], 1386-1393.
• [17] Idzkowska A, Wiecinska P, Szafran M (2014), Acryloyl derivative of glycerol in fabrication of zirconia ceramics by polymerization in situ, „Ceram. Int.”, 40 [8], 13289-13298.
• [18] Bednarek P., Szafran M., Sakka Y ., Mizerski T. (2010), Gelcasting of alumina with a new monomer synthesized from glucose, „J. Eur. Ceram. Soc.”, 30, 1795-1801.
• [19] Wiecinska P., Mizerski T., Szafran M. (2014), Monoacryloyl esters of carbohydrates: synthesis, polymerization and application in ceramic technology, „Carbohydr. Polym.”, 111, 610-618.
• [20] Szafran M., Wiecinska P., Szudarska A., Mizerski T. (2013), New multifunctional compounds in gelcasting process – introduction to their synthesis and application, „J. Aust. Ceram. Soc.”, 49 [1], 1-6.
• [21] Szudarska A., Mizerski T., Sakka Y ., Suzuki T. S., Szafran M. (2014), Fabrication of textured alumina by magnetic alignment via gelcasting based on low-toxic system, „J. Eur. Ceram. Soc.”, 34 [15], 3841-3848.
• [22] Bednarek P., Szafran M. (2012), Thermal decomposition of monosaccharides derivatives applied in ceramic gelcasting process investigated by the coupled DTA/TG/MS analysis, „J. Therm. Anal. Calorim.”, 109, 773-782.
• [23] Wiecinska P. (2015), Thermal degradation of organic additives used in colloidal shaping of ceramics investigated by the coupled DTA/TG/MS analysis, „J. Therm. Anal. Calorim.”, DOI 10.1007/s10973-015-5075-1.
• [24] Potoczek M. (2008), Gelcasting of alumina foams using agarose solutions, „Ceram. Int.”, 34, 661-667.
• [25] Potoczek M., Zima A., Paszkiewicz Z., Ślósarczyk A. (2009), Manufacturing of highly porous calcium phosphate bioceramics via gelcasting using agarose, „Ceram. Int.”, 35, 2249-2254.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.