Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Otrzymywanie drobnych proszków węglika boru z wykorzystaniem mechanicznej aktywacji prekursorów

Naróg Ł., Pawlik T., Sopicka-Lizer M., Bućko M.M., Pędzich Z.

Materiały Ceramiczne

|

2018

|

T. 70, nr 3

251--256

PL

Artykuł opisuje i porównuje dwa sposoby otrzymywania drobnych proszków węglika boru z grafenu i amorficznego boru za pomocą mechanicznej aktywacji substratów. Wykorzystano aktywację mechaniczną substratów w młynie planetarnym oraz obrotowo-wibracyjnym. Finalny produkt otrzymano poprzez wysokotemperaturową obróbkę mieszaniny substratów Stwierdzono istotny wpływ warunków obróbki mechanicznej na czystość otrzymanych proszków węglika boru, na wielkość krystalitów, morfologię ziaren i stopień ich aglomeracji.

EN

The paper describes and compares two ways of manufacturing fine powders of boron carbide from graphene and amorphous boron using mechanical activation of substrates. The mechanical activation of substrates in a planetary and rotary-vibratory mill was used. The final product was obtained through high temperature treatment of the substrate mixture. A significant effect of the mechanical treatment conditions on the purity of the obtained boron carbide powders, on the crystallite size, grain morphology and the degree of their agglomeration was found.

2

Structure and Properties of Lightweight Ceramic Aggregates Based on Local Silesian Waste Materials

Smoleń J., Pawlik T., Sopicka-Lizer M., Michalik D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 3

1321--1328

EN

This paper is focused on the manufacturing and properties of light weight aggregates made from local waste materials. The waste materials were car windshield glass contaminated by PVB foil, fly ash, mine slates as well as wastes after toothpaste production. The main aim of the research was to combine car windshield glass and the aluminosilicate coal mine slates as a basis for light weight aggregates manufacturing. Fly ash were added in order to modify rheological properties of the plastic mass. Toothpaste wastes were introduced as a source of carbonates and CO2 evolution during thermal treatment. After milling and mixing all materials they were pressed and sintered at temperature range of 950°C-1100°C in air. The results show that it is possible to receive light weight aggregates only from the Silesian local waste materials. The significant influence of sintering temperature on properties of aggregates was observed.

3

The Influence of Synthesis Temperature on Manufacturing and Properties of SrSi2O2N2:Eu2+ Powders

Pawlik T., Michalik D., Barzowska J., Szczodrowski K., Lesniewski T., Sopicka-Lizer M., Grinberg M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2A

687--690

EN

This paper presents the results of the synthesis temperature on the properties of the ceramic powders of SrSi2O2N2:Eu2+ obtained by the solid-phase reaction. Synthesis was carried out in the temperature range of 1250-1650°C for 2 hours in nitrogen flow in the reducing atmosphere of the graphite furnace. The phases present in the resultant powders were identified by X-ray structural analysis (XRD). Scanning electron microscopy (SEM) was used to examine the changes in the powder morphology as a result of the synthesis. The excitation and emission spectra measurements let to study phosphor photoluminescence properties. The results show the strong influence of temperature synthesis on the formation and purity of expected phases. The synthesis temperature also affects the luminescent properties of SrSi2O2N2:Eu2+ ceramic powders.

4

The effect of mechanochemical processing on formation of Ca-α-SiAlON:Eu2+ powders

Michalik D., Pawlik T., Sopicka-Lizer M., Lisiecki R.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 4

300--304

EN

The Ca-α-SiAlON:Eu2+ powders were developed by combining mechanochemical processing (MCP) of the initial powders with the subsequent solid state reaction in the reducing atmosphere of a graphite furnace. The photoluminescence (PL) spectra of the mono-phase Ca-α-SiAlON:Eu2+ phosphor powder were compared to the mono-phase powders produced without the MCP step. Specimens were synthesized in the temperature range of 1450-1650 °C for 2 h under a nitrogen flow. Mechanochemical processing of the initial mixture of nitrides led to their surface oxidation and formation of a larger amount of the oxynitride liquid. On the other hand launching the Eu2+ ions among additives during MCP and the subsequent Ca-Al-Si-Eu-O-N eutectic liquid formation during the thermal treatment is responsible for a higher optical performance of the resultant phosphor.

PL

W badaniach uzyskano luminescencyjne proszki Ca-α-sialon:Eu2+ dwuetapową metodą obróbki mechano-chemicznej (MCP) prekursorów sialonowych i ich następczej syntezy metodą reakcji w stanie stałym w piecu grafitowym z przepływem azotu. Uzyskany materiał charakteryzował się budową jednofazową. W artykule porównano właściwości luminescencyjne proszków sialonowych, wytworzonych metodą wspomaganą procesem MCP, z proszkiem pozyskanym metodą konwencjonalną. Badane próbki syntezowano w temperaturach z zakresu 1450-1650 °C w czasie 2 godzin w przepływie azotu. Proces MCP zastosowany do prekursorów sialonowych prowadził do częściowego powierzchniowego utlenienia się proszków i tworzenia większej ilości fazy ciekłej. Z drugiej strony MCP w układzie Ca-Al-Si-Eu-O-N sprzyja tworzeniu się eutektyki ułatwiającej proces dyfuzji jonów europu, co jest odpowiedzialne za polepszenie właściwości optycznych badanego luminoforu.

5

Influence of leather tanning waste addition and sintering parameters on physical and mechanical properties of ceramic granules

Godzierz M., Wilkołek P., Torun G., Pawlik T., Sopicka-Lizer M.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 3

131--136

EN

This paper presents results of manufacturing the ceramic porous granules made of the local waste materials. These granules were produced from the mixture of the car wind-shield glass contaminated by residuals of the PVB foil and aluminosilicate-based mine slates. Addition of the leather tanning wastes was used in order to increase granules porosity without significant decrease of mechanical properties. The paper shows the effect of tanning wastes addition and sintering parameters on the properties of the resultant granules in comparison to the leather-free product. Porosity, apparent density and water absorption were examined according to EN 1097 standard, and compressive strength was examined according to UNE-EN 13055-1 standard. Differences in the microstructure of granules were examined using scanning electron microscope. Partial substitution of both starting materials by tanning wastes and/or the two-step sintering regime could significantly improve the physical properties, what has been shown in the present paper.

PL

Głównym celem pracy było zbadanie możliwości zagospodarowania lokalnych odpadów do produkcji lekkich kruszyw. W badaniach uwzględniono odpady takie jak łupek przywęglowy, szkło samochodowe zanieczyszczone folią PVB oraz odpady z garbowania skór. Głównym problemem ponownego przetwarzania szkła samochodowego jest jego warstwowa struktura — dwie warstwy szkła są przedzielone warstwą polimeru poliwinylobutyralowego, PVB. Mechaniczna separacja pozwala na rozdzielenie materiałów, lecz zanieczyszczenie polimerem dyskwalifikuje szkło do ponownego wytworzenia z nich szyb samochodowych. Wykorzystywane jest obecnie w produkcji waty szklanej, jak również jako wypełniacz do betonu. Jednym z możliwych rozwiązań zagospodarowania tych odpadów jest produkcja lekkich kruszyw zawierających w składzie recyklat szkła oraz łupek przywęglowy bądź inny materiał glinokrzemianowy. Granule takie mogą być zastosowane w wielu dziedzinach, jak architektura, ogrodnictwo czy jako wypełniacz do betonu. Najbardziej restrykcyjnym obszarem zastosowań jest budownictwo dróg, co jest związane ze spełnieniem przez granulat szeregu norm. W pracy autorzy przedstawili wyniki badań wpływu dodatków garbowniczych, sposobu wprowadzenia do mieszanki oraz parametrów ich spiekania na podstawowe właściwości ceramicznych kruszyw lekkich.

6

Effect of AlF3 and H3BO3 fluxes on the structure and optical properties of Ca-α-SiAlON:Eu2+ phosphor powders

Pawlik T., Michalik D., Sopicka-Lizer M., Lisiecki R.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 1

35--40

EN

The continuous increase in demand for electric power necessitates constant search for new energy-efficient and economical light sources. One of them are light-emitting diodes (LEDs), requiring further development of materials enabling generation of warm white light that could replace the conventional light sources used so far. Problems related to the use of white LEDs include relatively low efficiency and light quality. A material that is currently a subject of interest due to its optical properties is Eu2+ doped Ca-α-SiAlON. It is regarded as one of the materials that can potentially be used as a yellow phosphor in white LEDs. The broad emission spectrum of Ca-α-SiAlON:Eu2+, bearing similarities with YAG:Ce3+ emission, is characterized by an emission peak maximum located in the wavelength range of 570÷585 nm, which enables obtaining a high colour temperature of a white LED. This study investigates the effect of addition of 1÷5 wt % AlF3 and H3BO3 as fluxes on the optical properties of phosphors obtained at different temperature. The syntheses were conducted in the temperature range of 1450÷1650°C in an N2/CO atmosphere. On the basis of the examination of the powder phase composition (by XRD), morphology, and chemical composition in microareas (by SEM/EDS), and the comparison of the emission spectra of the Ca-α-SiAlON:Eu2+ powders with a different flux content, it was found that the addition of AlF3 had a positive effect on emission intensity and quality.

PL

Celem pracy była ocena wpływu dodatku topników AlF3 oraz H3BO3 w ilości 1÷5% mas. na strukturę oraz właściwości optyczne luminoforów sialonowych domieszkowanych Eu+2, otrzymywanych w różnych temperaturach. Materiały te wykazują lepsze w porównaniu ze stosowanymi obecnie luminoforami na bazie YAG:Ce3+ właściwości optyczne. W związku z tym stają się potencjalnym materiałem na luminofory konwertujące pierwotne promieniowanie niebieskie lub z zakresu UV w nowych rozwiązaniach białych diod LED (wLED).

7

Influence of Homogenization and Micro/Nano Source of Starting Powders on Format Ion of the Single YAP Phase

Michalik D., Pawlik T., Plewa J., Sopicka-Lizer M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 4

1753--1760

EN

Manufacturing high purity polycrystalline YAlO3 (YAP) ceramics could replace monocrystalline YAP thus recently it is an interesting task for low cost producers of scintillators. The paper presents influence of different source of initial oxide powders (micro/nano powders of Y2O3 and Al2O3) and the method of their homogenization on the formation of a YAP phase. The solid state reaction method was used to prepare YAP powder or ceramic pellets. After preheating, all samples in the form of powders and pellets were heat-treated in the temperature range of 1050-1650 °C. DTA method was applied for examination of the phase crystallization in the tested system. X-ray diffraction method (XRD) was used for characterization of the phase composition. X-ray microanalysis (EDS) was used to control homogeneity in the small areas. Morphology of the resultant samples are presented on SEM pictures. The results show a significant influence of the starting powders on the homogeneity, purity and temperature of formation of the main phase.

8

Właściwości luminoforów Ca-α-Sialon:Eu2+ otrzymywanych metodą redukcji karbotermicznej i azotowania zeolitów

Pawlik T., Michalik D., Sopicka-Lizer M., Rzychoń T., Lisiecki R.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 4

372--377

PL

Nowoczesną alternatywą dla stosowanych obecnie materiałów na luminofory w białych diodach WLED mogą być materiały oparte na proszkach, Ca-α-sialonowe, domieszkowane Eu+2. Jednakowoż otrzymanie Ca-α-sialonu o założonym składzie chemicznym roztworu stałego nastręcza trudności technologiczne. W niniejszej pracy użyto komercyjnego zeolitu Z 500 (Zeolyst) o wysokim stopniu czystości i odpowiednim stosunku Al:Si, umożliwiającego pozyskanie luminoforu o składzie Eu0,05Ca0,8Si9,6Al2,4O0,8N15,2, wraz z wyliczonym dodatkiem sadzy potrzebnej do redukcji. Jako źródła aktywatora luminoforu używano Eu+2 w postaci Eu2O3. Syntezy prowadzono w zakresie temperatur 1550-1650 ºC w atmosferze azotu. Pozyskany materiał charakteryzował się właściwościami luminescencyjnymi. Otrzymany materiał charakteryzował się emisją w zakresie 530-680 nm z maksimum przypadającym dla długości fali 570-581 nm przy wzbudzeniu falą o długości 450 nm, co stwarza możliwości zastosowania go jako luminoforu w białych diodach LED, wzbudzanych światłem niebieskim z diody GaN.

EN

Materials based on Ca-α-sialons doped with Eu+2 can be an alternative for phosphors in white diodes WLED. However, manufacturing Ca-α-sialon powders with a designed chemical composition of the solid solution is a difficult task, so a lot of research is devoted to their synthesis. In the present work a commercial high purity zeolite powder Z 500 (Zeolyst) with an appropriate Al:Si ratio for a phosphor composition of Eu0.05Ca0.8Si9.6Al2.4O0.8N15.2 was used together with the appropriate amount of carbon black. Eu2O3 was used as a source of the phosphor activator Eu+2. The synthesis was carried out in a temperature range of 1550-1650 ºC under an atmosphere of nitrogen flow. The resulting material was characterized by the optical emission in a range of 530-680 nm with a maximum at 570-581nm, when the excitation wavelength of 450 nm has been applied. These parameters allow using it as a phosphor in white LEDs excited by blue light of GaN LEDs.

9

Wpływ parametrów mielenia wysokoenergetycznego na właściwości proszków kompozytowych aluminiowo-ceramicznych

Witkowska A., Pawlik T., Michalik D., Sopicka-Lizer M.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 4

166--175

PL

Drobnoziarniste kompozyty na osnowie aluminium i jego stopów wzmacniane cząstkami ceramicznymi, stanowiące alternatywę dla kompozytów otrzymywanych metodami odlewniczymi, charakteryzuje submikroskopowy stopień rozdrobnienia i wysoka reaktywność. Celem prezentowanych badań było określenie wpływu parametrów mielenia w młynie planetarnym na powstawanie i właściwości proszku kompozytowego składającego się z siluminu, azotku krzemu i węgla szklistego. Analizowane parametry mielenia to: czas mielenia, prędkość obrotowa, średnica mielników, materiał wyłożenia oraz średnica misy mielącej. Zastosowano metody badawcze umożliwiające określenie rozkładu ziarnowego proszku kompozytowego, powierzchni właściwej, zawartości tlenu w proszku metalicznym i w azotku krzemu oraz składu fazowego. Przeprowadzone analizy wykazały zróżnicowany wpływ parametrów na efekt rozdrobnienia i właściwości rozdrobnionego materiału. Wysokoenergetyczne mielenie wieloskładnikowego proszku kompozytowego wywołuje reakcje chemiczne między składnikami proszku i aglomerację rozdrobnionych cząstek, których intensywność zależy od analizowanych parametrów mielenia. Analogiczne mielenie jednoskładnikowego proszku siluminowego dało odmienne wyniki.

EN

Fine-grained composites based on an aluminum matrix or its alloys, reinforced with submicron ceramic particles obtained by the powder metallurgy method are an alternative to the composites obtained by casting method and they can provide the submicrometer scale of reinforcement distribution. The aim of this study was to determine the impact of the milling parameters in a planetary mill on the formation and properties of the composite powder consisting of silumin, silicon nitride and glassy carbon. The analyzed parameters of milling are: the time of milling, the rotational speed, the diameter of the grinding media, the jar lining material and the diameter of the grinding bowl. Research methods enabling to determine the particle size distribution of the composite powder, the specific surface area, oxygen content in both, the metallic and silicon nitride powder, as well as phase composition changes induced by high-energy milling, were applied. The obtained results revealed a varying impact of milling parameters on the refining effect and on the properties of particulate material. High energy milling of the multi-component composite powder induced chemical reactions between the powder particles of various chemical composition and agglomeration of fine particles, with various intensity depending on the analyzed grinding parameters. Analogous milling of the sole silumin powder without ceramic reinforcement gave different results.

10

The effect of synthesis parameters on luminescence properties of Ca-α-Sialon: Eu2+

Michalik D., Sopicka-Lizer M., Pawlik T., Lisiecki R.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1309--1312

EN

The goal of this study was to investigate influence of the synthesis parameters on the luminescence properties of Ca-α-Sialon doped with Eu2+. The compound of Eu0.07Ca0.73Si9.6Al2.4O0.8N15.2 was prepared by the solid state reaction method from the mixture of the relevant oxides, Si3N4 and CaCO3. Synthesis was carried out in the temperature range of 1600-1700°C for 2-8 h in a reduction atmosphere (N2+CO). The structure and morphology of obtained powders were analyzed by XRD and SEM/EDS methods, respectively. Content of nitrogen/oxygen was also measured. Optical properties were investigated by excitation, emission and reflection spectra. Obtained results show strong influence of synthesis temperature on the phase composition and intensity of emission of Ca- -Sialon:Eu2+ powder compound.

PL

Celem badań było przeanalizowanie wpływu parametrów syntezy wysokotemperaturowej na właściwości ceramicznego proszku Ca- α -sialon domieszkowanego europem. Związek o stechiometrycznym wzorze Eu0.07Ca0.73Si9.6Al2.4O0.8N15.2 został przygotowany metodą reakcji w fazie stałej z odpowiednich tlenków. Si3N4 and CaCO3 oraz CaCO3. Reakcje wysokotemperaturowe prowadzono w zakresie temperatur 1600-1700 C przez 2-8h w atmosferze redukcyjnej (N2+CO). Morfologię oraz skład chemiczny proszków zbadano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego z przystawką do mikroanalizy rentgenowskiej (SEM/EDS). Skład fazowy analizowano przy pomocy metod dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Określono stosunek tlen/azot w otrzymanych związkach. Scharakteryzowano zmiany właściwości optycznych na podstawie widm wzbudzenia, emisji oraz odbicia dyfuzyjnego (PL). Otrzymane wyniki prezentują wpływ temperatury syntezy na skład fazowy oraz intensywność emisji luminoforu Ca-α-Sialon: Eu2+.

11

Characterization of the mechanochemically processed silicon nitride-based powders

Pawlik T., Sopicka-Lizer M., Michalik D., Włodek T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1205-1210

EN

Nanostructured silicon nitride and aluminium nitride powder mixtures have been successfully produced by high-energy mechanical activation in the planetary mill. The effect of planetary milling parameters (time, ball-to-powder ratio, surfactants addition) and means of deagglomeration by the ultrasound disintegration (type of dispersant, the ultrasonic action) were studied. The resultant powders were examined by XRD, SEM and TEM as well as the specific surface area (BET) was measured and grain size distribution was analyzed. It has been found that significant agglomeration occurred in the samples milled with the highest energy accompanied by the severe destruction of the crystal lattice. The results show the crucial effect of dispersant action for a one-modal distribution of the milled powders.

PL

Proces mechanochemiczny w młynku planetarnym został z powodzeniem zastosowany do otrzymywania nanostrukturalnych proszków w mieszaninie azotku krzemu i glinu. Badano wpływ parametrów procesu mielenia i deaglomeracji takich jak: czas mielenia, prędkość obrotowa młyna, średnica mielników, stosunek mielników do proszku, rodzaj i ilość dodatków powierzchniowo czynnych, czas i energia dezintegracji ultradźwiękowej na właściwości proszku po procesie. Przeprowadzono badania XRD, SEM, oraz TEM, badania powierzchni właściwej metodą BET oraz rozkład dystrybucji ziarn metodą laserową po procesie mechanochemicznym prowadzonym z różną energią. Stwierdzono, że w wyniku zastosowania najwyższej energii mielenia następowało znaczące zniszczenie sieci krystalicznej w ziarnach proszku, ale towarzyszyło im zjawisko znacznej aglomeracji. W uzyskaniu jednomodalnego rozkładu ziarnowego mieszaniny proszków kluczowa role odgrywa działanie zastosowanego środka dyspergującego.

12

Application of mechanochemical processing to synthesis of YAG: Ce garnet powder

Michalik D., Sopicka-Lizer M., Plewa J., Pawlik T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1257-1264

EN

The paper presents the method of preparation YAG: Ce precursor powder with ability for synthesis at lower temperature. Mechanochemical processing of an initial powder mixture was used as a preliminary step for subsequent high-temperature treatment of the precursor. The specific surface area, phase composition and luminescence properties were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and photoluminescence (PL) spectroscopy. It has been shown that YAG structure formed at lower temperature by 300°C in comparison to the reference specimen but luminescence intesity was dependant on temperature of powder synthesis. The highest luminescence intensity was observed for powders synthesised at 1650°C.

PL

W artykule przedstawiono otrzymywanie proszku granatu YAG:Ce z zastosowaniem zmodyfikowanej metody reakcji w stanie stałym. Mieszanina proszków wyjściowych została poddana procesowi aktywacji mechanochemicznej celem zwiększenia jego reaktywności podczas syntezy wysokotemperaturowej. Zbadano wpływ aktywacji na powierzchnie właściwą wyjściowej mieszaniny proszków. Proszek wygrzewany w różnych temperaturach został poddany analizie fazowej (XRD) oraz obserwacji na mikroskopie skaningowym (SEM). Zbadano niektóre właściwości optyczne: absorpcje i luminescencje przy wzbudzeniu alpha=450 nm. Wykazano, że w wyniku aktywacji mechanochemicznej proszku wyjściowego YAG następuje obniżenie temperatury otrzymywania jednofazowego granatu itrowo-glinowego o 300 C, natomiast intensywność luminescencji zależała od temperatury syntezy; najwyższą uzyskano po syntezie w 1650 C.

13

Corrosion resistant sialon-based refractories for applications in the aluminium industry

Pawlik T., Sopicka-Lizer M., Mikuskiewicz M.

Materiały Ceramiczne

|

2009

|

T. 61, nr 4

250-252

EN

This papers describes manufacturing the sialon-based ceramics for the modern application in aluminium industry. Sialon based ceramics is characterized by excellent mechanical properties in high temperatures, good corrosion and thermal shock resistance, and Iow wettability, thus, the sialon material is an ideal candidate for a long term liquid aluminium contact. In the presented method, the relatively cheap and commonly available components, i.e. fine Si and AI2O3 powders, were used to obtain reaction bonded materials. The specimens were examined for the phase composition and dimension stability after heating in flowing nitrogen. The corrosion resistance test in liquid aluminium and the test of wettability after sintering were performed. The microstructure of contact surface was examined by the SEM/EDS method. The application of the studied refractories in a horizontal continuous aluminium casting line is planned.

PL

W pracy opisano sposób wytwarzania ceramiki sialonowej przeznaczonej do nowoczesnych zastosowań w przemyśle aluminiowym. Ceramika sialonowa charakteryzuje się doskonałymi właściwościami w wysokich temperaturach, dobrą odpornością na korozję i na wstrząsy cieplne oraz niską zwilżalnością, w związku z czym, materiał sialonowy jest idealnym kandydatem w przypadku długotrwałego kontaktu z ciekłym aluminium. W prezentowanej metodzie, wykorzystano względnie tanie i powszechnie dostępne składniki, tj. proszki Si i AI2O3, w celu otrzymania reakcyjnie wiązanego materiału. Skład fazowy i stabilność wymiarów badano w przypadku próbek wygrzanych w przepływie azotu. Po spiekaniu przeprowadzono test odporności na korozję w ciekłym aluminium i test zwilżalności. Mikrostrukturę powierzchni kontaktu zbadano za pomocą metody SEM/EDS. Planuje się wykorzystanie badanych materiałów ogniotrwałych w poziomej linii ciągłego odlewania aluminium.

14

Assessment of Co(II), Co(III) and Co(IV) Content in Thermoelectric Cobaltites

Sopicka-Lizer M., Kozłowska K., Bobrowska-Grzesik E., Plewa J., Altenburg H.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 4

881-888

EN

The precise content of cobalt at a given oxidation state in layered sodium or calcium cobaltites is crucial for their thermoelectric performance and stability at elevated temperature. The paper presents results of searching for an effective method of measuring cobalt ions concentration coexisting at various oxidation state in a solid state. Application of the specific properties of reagents gave possibility to determine Co3+ concentration in the presence of Co4+ by the wet chemical methods. The accuracy and usefulness of the method was checked by comparison of the results from independent measurement of the total cobalt content and sum of the cobalt concentration at various oxidation state. It has been found that separate concentration of cobalt at a various valence state can be precisely measured if no Co3O4 was present in the synthesized powders.

PL

Dokładne oznaczenie zawartości kobaltu na danym stopniu utlenienia w warstwowych kobaltanach sodowych lub wapniowych ma zasadnicze znaczenie dla ich sprawności jako materiału termoelektrycznego oraz stabilności w podwyższonmej temperaturze. Artykuł przedstawia wyniki badań nad znalezieniem skutecznej metody oznaczania stezenia jonów kobaltu wystepujących obok siebie na różnym stopniu utlenienia w stanie stałym. Wykorzystanie szczególnych właściwości reagentów umożliwiło oznaczenie stężenia Co3+ obok Co4+ metodą analizy w fazie ciekłej. Dokładność i powtarzalność metody została potwierdzona przez porównanie wyników niezależnych pomiarów całkowitej zawartości kobaltu i sumowania zawartości kobaltu na różnych stopniach utlenienia w tych samych próbkach. Stwierdzono, że precyzyjne oznaczenie zawartości kobaltu na różnych stopniach utlenienia jest możliwe jeśli w próbce nie występuje Co3O4 w syntetyzowanych proszkach.

15

Cerium doped yttrium aluminium garnet modified by silicon and nitrogen

Michalik D., Plewa J., Sopicka-Lizer M., Justel T.

Materiały Ceramiczne

|

2008

|

T. 60, nr 4

225-228

EN

Compound according to the general composition Y3Al(5-x)SixO(12-x)Nx, which are formally derived from the yttrium aluminium garnet Y3AI5O12 (YAG) due to the substitution of oxygen by nitrogen, are of high interest for material research and application. The required charge compensation due to the replacement of oxygen by nitrogen is achieved by the appropriate substitution of aluminum by silicon. This paper deals with the solid state synthesis and optical properties of Y3Al(5-x)SixO(12-x)Nx, samples doped by trivalent cerium and more specifically with the effect of the O/N and Al/Si ratio on the optical properties. It turned out that the incorporation of Si and N yields a red shift of the 5d-4f emission band of Ce(3+), whereby the extent of the red shift can be correlated to the composition of the host lattice.

PL

Interesującym materiałem na luminofory jest związek Y3Al(5-x)SixO(12-x)Nx, który stanowi pochodną granatu YAG z podstawieniem azotu w miejsce tlenu. Dla niezbędnego skompensowania ładunku spowodowanego tym podstawieniem zastąpiono krzemem część atomów glinu. W artykule opisany został sposób syntezy związków Y3Al(5-x)SixO(12-x)Nx , z trójwartościowym cerem jako aktywator oraz wpływ podstawień O/N i Al/Si na własności optyczne. W wyniku takiego podstawienia występuje przesunięcie emisji promieniowania w stronę większej wartości długości fali.

16

Możliwości aktywacji mechanicznej prekursora sialonowego w młynku planetarnym

Tańcula M., Sopicka-Lizer M., Włodek T., Pawlik T.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 2

91-95

PL

Spiekanie reakcyjne jest główną metoda otrzymywania ceramiki sialo-nowej. Uziarnienie prekursorów sialonowych w znaczny sposób wpływa na zachowanie w czasie spiekania (przebieg reakcji perytektycznej) i w konsekwencji na właściwości finalnego materiału ceramicznego. W pracy przedstawiono wyniki badań nad zastosowaniem (wysokoenergetycznego) młyna planetarnego do mielenia tlenoazot-kowych materiałów proszkowych. Sporządzono i zbadano mieszaniny proszków tak dobranych, aby po procesie spiekania uzyskać materiał o strukturze P-sialonu. Przygotowane kompozycje poddano mieleniu w czasie 30, 45, 60, 90 i 120 min w młynku planetarnym. Mieszaniny były również mielone z zastosowaniem wysokoenergetycznego przemiału w młynie planetarnym (MPL-1, młyn prototypowy) z zastosowaniem różnych czasów mielenia (21, 33 i 45 min). Mieszaniny proszków przed i po mieleniu charakteryzowano przez zastosowanie pomiaru wielkości ziarna, powierzchni właściwej metodą BET, metody XRD z uwzględnieniem wielkości krystalitów (metoda Rietvelda) oraz obserwację mikroskopową mieszanin proszków wyjściowych. Jako materiał porównawczy te same mieszaniny proszków przygotowano w sposób tradycyjny - mieszanie na rolkach i mielenie w attrytorze. Mieszaniny proszków mielone w młynie planetarnym charakteryzowały się zdecydowanie drobniejszym uziarnieniem, większą powierzchnią właściwą jak również lepsza spiekalnością niż to miało miejsce w przypadku kompozycji przygotowanych przy użyciu tradycyjnych metod (mieszanie na rolkach, mielenie w attrytorze).

EN

Reaction sintering is the most effective method of sialons ceramics manufacturing. Grain size of the initial powder have an effect on den-sification behaviour and the resultant properties of the final ceramics material. Mixtures of starting powders have been prepared in order to obtain material withyS-sialon solid solution according to the general formula for /?-sialon SL Al O N. , where z=3. ' 6-z z z 8-z' The batched mixtures were milled with different acceleration in the planetary mill. Mixtures were milled for different milling time (30, 45, 60, 90, 120 min).Prepared mixtures have been milled with high acceleration in the planetary mill (MPL-1, prototype mill) for different time (21, 33, 45 min). Mictures of powders were examined before and after milling. The grain size, surface area (BET method), crystallite size (XRD and Rietveld method) were studied. Planetary milled batches were characterized by lower grain size distribution, higher surface area and showed better densification ability than compounds prepared by traditional method (roller bench or attritor).

17

Popioły śląskich elektrowni jako źródło sialonu - właściwości popiołów i ich wpływ na skład fazowy produktu redukcji karbotermicznej.

Sopicka-Lizer M.

Inżynieria Materiałowa

|

2002

|

R. XXIII, nr 3

113-121

PL

Przedstawiona praca zawiera wyniki badań nad możliwością przeprowadzenia redukcji karbotermicznej popiołów lotnych celem uzyskania produktu sialonowego. Pracę rozpoczyna analiza popiołów z niektórych elektrociepłowni znajdujących się na Śląsku pod kątem wykorzystania ich do redukcji karbotermicznej. W wyniku zastosowania różnych metod analizy chemicznej i porównania jej ze średnią roczną dla każdej grupy popiołów zaobserwowano dobrą powtrzalność składu chemicznego popiołów w elektrociepłowniach stosujących tradycyjne metody spalania. Analiza rodzaju i postaci występujących zanieczyszczeń pozwoliła na wytypowanie popiołów z EC Tychy i Łagisza do przeprowadzenia redukcji karbotermicznej. Popioły z EC Łagisza zostały wybrane ze względu na większą niż w innych zawartość związków wapnia, co stwarzało niepowtarzalną możliwość otrzymania Ca-alfa-sialonu. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń zaprojektowano stopień podstawienia roztworów stałych odpowiednich sialonów i wyliczono ilość węgla potrzebną do uzyskania zaplanowanego stopnia redukcji. W wyniku eksperymentów redukcji karbotermicznej otrzymano materiał składający się z beta-sialonu lub mieszaniny alfa-beta-sialonu, w zależności od parametrów procesu redukcji. Parametry roztworu stałego były różne od wyliczonych, na ogół stopień redukcji był wyższy niż zakładano, co przypisuje się zbyt wysokiej temperaturze procesu. Obecność tlenków żelaza znacząco przyspieszyła proces redukcji, ale produkt reakcji FeSi jest niepożądanym składnikiem proszku sialonowego ze względu na tworzenie niskotopliwej eutektyki i niezwilżalność fazy sialonowej. Najbardziej znaczącym osiągnięciem jest uzyskanie alfa-sialonu wapniowego i nieco mniejszej ilości beta-sialonu z popiołów z EC Łagisza, co stwarza możliwość wykorzystania takiego proszku do produkcji kompozytów alfa/beta-sialonowych o podwyższonej twardości i odporności na kruche pękanie.

EN

The presented paper contains results of studies on possibilities of sialon production from fly ash by the carbothermal reduction and simultaneous nitridation. Analysis of properties of fly ash from several Silesian power plants has been performed and their suitability for carbothermal reduction has been studied. Results of chemical analysis and EDS were compared with the annual average fly ash composition. It has been found that diversification of fly ash composition is not significant for the material from the powder coal combustion plants. After analysis of the quality and quantity of the components different than alumina-silica glass spheres in the fly ash it has been decided that fly ash from Łagisza and Tychy power plant are the most suitable for carbothermal reduction. Fly ash from Łagisza power plant has been chosen because of higher CaO content than in other fly ash and could be suitable for Ca-alpha-sialon production. Appropriate calculations have been performed and parameters of sialon's solid solutions have been designed, a necessary amount of carbon was calculated as well. Beta-sialon or alpha/beta-sialon mixture were obtained as a result of carbothermal reduction and nitridation. Phase composition depends on the time of the reaction and amount of carbon applied. Parameters of the resulted solid solutions were different from the designed ones, more nitrogen was introduced to the material than it was expected. It is assumed that reaction temperature was too high to obtain proper solid solution substitution in sialons. Presence of iron oxides increased the rate of reduction but formation of iron silicide (FeSi) is objectionable because of low temperature eutectic and non-wettability of sialon grains. The most significant effect of the research is production of Ca-alpha-sialon material with minor admixture of beta-sialon from Łagisza power plant fly ash. Such a product opens possibility for manufacturing of alpha/beta-sialon ceramics with improved hardness and fracture toughness.

18

Reaction bonded X-sialon-mullite ceramics - the influence of attrition milling on nitridation.

Sopicka-Lizer M., Winiarska-Uhlig K., Włodek T., Bracisewicz M., Bourdin E., Duhoux B.

Inżynieria Materiałowa

|

2001

|

R. XXII, nr 5

861-864

EN

A mixture of kaolin, corundum and silicon has been chosen in order to produce X-sialon-mullite ceramics. Similarity of the both physical and chemical properties, abundance of raw materials and simplicity of the reaction bonding process are attractive features of that material. The oxide-nitride ceramic was produced by simultaneous nitridation and sintering at 1400 degrees centigrade of the mixture prepared by concurrent milling in an attritor. The influence of the time of milling on nitridation and phase composition has been tested. It has been found that specimens were not fully reacted and some amount of elemental silicon was present in the center of the specimens if the shorter time of milling or/and nitridation was applied. The time of milling changed significantly the rate of nitridation and phase composition of the resulted product. The higher X-phase yield was observed if the longer time of milling was applied. In contrary, the longer time of nitridation of the shorter milled batches favored O'-sialon formation.

PL

Przedmiotem badań było otrzymywanie ceramiki sialonowo-mulitowej z mieszaniny kaolinu, elektrokorundu i krzemu. Atrakcyjność takiego materiału wynika z podobieństwa własności mulitu i sialonu X, prostoty reakcyjnego spiekania i powszechnej dostępności wyjściowych materiałów. Ceramika tlenkowo-azotkowa była otrzymywana drogą równoczesnego azotowania i spiekania w temperaturze 1400 stopni Celsjusza masy przygotowanej w atrytorze. Badano wpływ czasu mielenia na efekty azotowania i skład fazowy. W wyniku badań stwierdzono, że krótszy czas mielenia lub azotowania prowadził do niepełnego przereagowania próbek, w których stwierdzono obecność Si. Czas mielenia masy wpływał na szybkość późniejszego azotowania jak i ostateczny skład fazowy. Wydłużanie czasu mielenia prowadziło do powstania większej ilości fazy X, podczas gdy przedłużanie czasu azotowania krócej przemielanych próbek powodowało powstawanie większej ilości sialonu O'.

19

Ceramika sialonowa w proszku otrzymywanego karbotermicznie - fizykochemiczne podstawy wytwarzania i własności

Sopicka-Lizer M.

Zeszyty Naukowe. Hutnictwo / Politechnika Śląska

|

2000

|

z. 55

1-152

PL

W części pierwszej pracy przedstawiono analizę stanu wiedzy dotyczącej ceramiki sialonowej. Na wstępie omówiono ogólnie związki i roztwory stałe występujące w układzie Si-Al-O-N do temperatury 175 stopni C, zakresy trwałości, strukturę i właściwości. W dalszej kolejności poddano krytycznej analizie problemy trwałości i tworzenia się Alfa- i Beta-sialonu oraz istnienia wzajemnych przemian polimorficznych. Po uzasadnieniu wyboru ceramiki Beta-sialonowej jako przedmiotu badań omówiono metody otrzymywania i właściwości tak uzyskanej ceramiki. Najwięcej uwagi poświęcono dotychczasowym wynikom prac nad karbotermicznym otrzymywaniem Beta-sialonu, gdzie przedstawiono dotychczasowe koncepcje mechanizmu reakcji i parametrów kinetycznych kontrolujących przebieg procesu. Z podsumowania tej części pracy wprowadzono założenia i tezę pracy. Druga cześć monografii obejmuje wyniki własnych prac eksperymentalnych, na które składają się badania karbotermicznego otrzymywania Beta-sialonu, spiekania oraz wyniki trwałości ceramiki sialonowej. Badania redukcji karbotermicznej zostały poprzedzone analizą termodynamiczną równowag fazowych w układach Si-O-C-N oraz Al.-O-N-C, co pozwoliło na wstępne określenie najważniejszych parametrów. Kolejny rozdział opisuje otrzymywanie spieków sialonowych i porównanie ich własności z materiałem, gdzie źródłem Beta-sialonu był kaolin. Eksperymentalnie udowodniono, że uzyskiwany Beta-sialon dzięki porowatej mikrostrukturze bardzo szybko ulegał rozdrobnieniu, co pozwoliło na uzyskanie wysokiego stopnia zagęszczenia bez spiekania ciśnieniowego i bez dodatków spiekających. Uzyskany materiał charakteryzował się dobrymi własnościami mechanicznymi. Osobny rozdział poświęcono badaniom stabilności ceramiki sialonowej w temperaturze 1450 stopni C w różnym środowisku gazowym: powietrza, czystego azotu i azotu w piecu grafitowym. Wykazano, że w zależności od środowiska gazowego materiał ulegał różnej degradacji, a jej charakter zależał od ciśnienia cząstkowego tlenu. Wygrzewanie w powietrzu prowadziło do powstania pasywnej warstwy tlenkowej, której własności ochronne zależały od rodzaju zanieczyszczeń znajdujących się w ceramice Beta-sialonowej oraz od obecności dodatku spiekającego. W atmosferze azotu obserwowano skutki utleniania aktywnego w postaci strat masy, wzrostu zawartości tlenu w materiale, zmian składu fazowego i stopnia podstawienia roztworu stałego. Ostatni rozdział zawiera podsumowanie oraz wnioski końcowe. Na końcu pracy zamieszczono bibliografię.

EN

The literature review on sialon ceramics is presented in the first chapter of the manuscript. First, compounds and solid solutions in the Si-Al-O-N system up to 1750 degree C are discussed as well as structure, properties and limits of stability of the compounds are given. After critical discussion on stability region of Alpha- and Beta- sialons, their crystallisation and Alpha-Beta transformation, Beta-sialon has been chosen as the primary objective of this research. Methods of production and properties of Beta-sialon ceramics are discussed. Special attention has been paid to the carbothermal reduction and nitridation of aluminosilicates as a method of Beta-sialon production and nowadays concepts of the reaction mechanism and kinetic parameters are prosented. The summary of this chapter led to the main objectives of this work concerning the role of gaseous reagents in the final phase composition of the carbothermal reduction. The second part of the manuscript contains the results of the experiments of carbothermal production of Beta-sialon, sintering of the resulted material and its stability at high temperature at different gaseous environment. The experiments of the carbothermal reduction followed the thermodynamic assessment of the equlibrium in the Si-O-C-N and Al-O-N-C systems resulting in the preliminary setting of the most imporatnt parameters of the reaction. In chapter 4.3 production of Beta-sialon ceramics is described and comparison of them to kaolin derived sialon ceramics is presented. It has been found that nanosized oxides derived Beta-sialon featured sponge-like extremely porous microstructure and was able to be ground to the submicron grain sizes in a quite short time. Consequently such a powder allowed for densification without pressure and sintering additives. Mechanical properties of the resulted ceramics were high. In chapter 4.4 stability of the resulted ceramics after soaking at 1450 degree C in various gaseous environments has been tested. Laboratory air, pure nitrogen and technical nitrogen in the open and closed furnaces with different carbon activity have been applied as gaseous environment. It has been proved that corrosion of the material depended upon the partial pressure of oxygen. High oxygen partial pressure led to formation of the passive oxide scale and its protective properties were influenced by Beta-sialon contaminants and sintering additives. In contrary, nitrogen environment resulted in SiO evaporation and active oxidation. As a result mass losses, increase of oxygen content and changes of the phase composition and Beta-sialon solid solution have been observed. Finally, the last chapter contains summary and conclusions. References are placed at the end of the work.

20

Ceramika sialonowa - właściwości i perspektywy rozwoju.

Sopicka-Lizer M.

Inżynieria Materiałowa

|

1999

|

R. XX, nr 3-4

167-176

PL

Związki tlenoazotkowe glinu i krzemu są potencjalnymi materiałami inżynieryjnymi o znakomitych właściwościach mechanicznych odpornościowych i cieplnych zachowywanych aż do wysokiej temperatury. Zastępowanie silnie kowalencyjnych wiązań Si-N przez dużo bardziej jonowe wiązanie Al-O tej samej długości stwarza możliwość tworzenia roztworu stałych w układzie Si-Al-O-N, a co za tym idzie obniżenia prężności par i poprawy spiekalności tych proszków. Spośród faz występujących w tym układzie największe znaczenie dla ceramiki inżynieryjnej posiadają sialony alfa i beta, roztwory stałe azotku krzemu, wywodzące się z odpowiednich odmian polimorficznych. Ceramikę sialonową można zasadniczo wytwarzać dwiema metodami: jednostopniową, polegającą na reakcyjnym spiekaniu zaformowanej mieszaniny azotku krzemu z dodatkiem tlenku i azotku glinu oraz dodatku spiekającego, a także dwustopniową, która obejmuje najpierw syntezę fazy sialonowej a następnie formowanie i spiekanie materiału w azocie. W pierwszej z nich dodatek spiekający [(Y, La)2O3] jest źródłem fazy ciekłej, w której rozpuszczają się składniki azotkowe, a na skutek przesycenia wykrystalizowuje odpowiedni sialon. Beta-sialon tworzy wydłużone ziarna, a pozostała faza ciekła zastyga w postaci amorficznej fazy międzyziarnowej dając materiał o znakomitych własnościach mechanicznych aż do temperatury transformacji fazy szklistej. Alfa-sialon otwiera możliwość inkorporacji dodatku spiekającego w strukturę Me-Si-Al-O-N ale duże, bardzo twarde i izometryczne ziarna tej fazy pogarszają odporność na pękanie. Najbardziej atrakcyjnie przedstawiają się właściwości kompozytów alfa-beta-sialonowych, ale odwracalna przemiana polimorficzna alfa<-->beta-sialon w zakresie temperatur 1350-1750 stopni Celsjusza, jak i konieczność stosowania spiekania pod ciśnieniem w celu uzyskania pełni właściwości ograniczają zakres stosowania tej ceramiki. W metodzie tradycyjnej konieczne jest wcześniejsze wyprodukowanie odpowiedniej jakości proszku sialonowego, który może być spiekany nawet bez udziału fazy ciekłej i dodatków spiekających, jeżeli uda się uzyskać proszek o odpowiednio drobnym uziarnieniu. Takie możliwości stwarzają metody redukcji karbotermicznej czystych materiałów glinokrzemianowych lub SHS a proces spiekania w azocie do gęstości teoretycznej można przeprowadzić przy normalnym ciśnieniu.

EN

Silicon and aluminium oxynitride compounds are assumed as potential engineering ceramic materials because of their excellent mechanical and thermal properties well above those where most steels and alloys cease to function. Equivalent replacement of the strong covalent Si-N bonds by the more ionic Al-O bonds of the same lengths offers possibilities of formation of solid solutions in the Si-Al-O-N system leading to les volatility and better sinterability of the compouns. Alpha and beta-sialons, solid solutions of the alpha and beta crystal structures of silicon nitride have attracted more attention among the other compounds in the Si-Al-O-N system. Sialon ceramics could be produced in two ways: a single stage procedure involving reaction sintering of silicon and aluminium nitride as well as alumina mixture with sintering additive and in a two-stage processing which includes synthesis of the relevant sialon powder followed by shaping and sintering in nitrogen. In the first procedure the sintering additive (yttria or La2O3) and alumina react with the silica on the surface of the silicon nitride powder, dissolve nitrides giving an oxynitride liquid from which the relevant sialon precipitates. Beta-sialon forms the elongated grains and the residual melt solidifies in the form of the intergranular glassy phase resulting in a material with a very impressive high-temperature strength retained up to glass-soltening temperature, alpha-sialon, unlike beta-sialon, can accommodate additional cations into its structure, densifies more easily than beta-sialon and final material shows increased hardness but hard, equiaxed grains reduce the fracture toughness of the material. The multiphase ceramics based on alpha-beta-sialons offer a variety of properties because of the different grain morphologies and the intrinsic properties of the phases but reversible alpha<-->beta transformation at 1350-1750 degrees centigrade as well as necessity of application of hot isostatic pressing technique restrict the area of application. The two step procedure involves production of the relevant sialon powder followed by sintering even without additives and liquid if the powder with sufficient small grain size has been achieved. Carbothermal reduction and simultaneous nitridation of pure alumina-silicate starting materials or self-propagating high-temperature synthesis (SHS) offer the possibility of production of such powders which can be pressureless sintered to a dense material.