Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A New Microwave Ceramic – Polymer Composite with 0-3 Connectivity

Czekaj D., Micior J., Lisińska-Czekaj A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

231--235

EN

Goal of the present research was to fabricate and study two-phase BiNbO4 //PVDF composites with 0-3 connectivity. Such composite consists of there-dimensionally connected polymer matrix loaded with dielectric ceramic particles. In the present case BiNbO4 powder acted as an active phase (dispersed phase) whereas polyvinylidene fluoride (PVDF) acted as a non-active (passive) phase (matrix). BiNbO4 //PVDF composites with the volume fraction of the ceramic phase cν =2, 4, 6, 8, 10, 16 and 20 vol. % were prepared. Average grain size of BiNbO4 powder was =1.86 μm. It was found that BiNbO4 powder exhibited orthorhombic symmetry with Pnna (52) space group and PVDF polymer powder was α-phase. Minimum of dielectric losses at room temperature were found within the frequency range Δν =103 -104 Hz. It was found that composite with cv =10% of ceramic powder exhibited lower values of dielectric permittivity.

PL

Celem niniejszej pracy było wytworzenie i zbadanie wybranych właściwości kompozytu dwufazowego BiNbO4 //PVDF o sposobie łączenia faz 0-3. Taki kompozyt zbudowany jest z trójwymiarowo połączonej osnowy polimerowej wypełnionej dielektrycznymi cząsteczkami ceramicznymi. W badanym kompozycie proszek BiNbO4 pełnił rolę aktywnej fazy dielektrycz- nej (faza rozproszona), podczas gdy poli(fluorek winylidenu) (PVDF) pełnił rolę fazy nieaktywnej (osnowy). W toku pracy przygotowano kompozyty BiNbO4/PVDF o zawartości fazy ceramicznej cν =2, 4. 6, 8. 10. 16 i 20% i średnim rozmiarze cząsteczek dyspergowanych =1.86 μm. Stwierdzono, że ceramika BiNbO4 wykazuje symetrię rombową Pnna(52) nato- miast wykorzystany polimer krystalizował w fazie α. Badanie właściwości dielektrycznych w temperaturze pokojowej pozwoliło określić zakres częstotliwości Δν = 103 -104 Hz, którym występuje minimum strat dielektrycznych. Stwierdzono, że kompozyt zawierający cv =10% proszku BiNbO4 wykazuje najmniejsze wartości przenikalności elektrycznej.

2

Wytwarzanie i właściwości kompozytów na bazie ceramiki tlenku cyrkonu dla zastosowań stomatologicznych

Andrzejczuk M., Lewandowska M., Kosmač T., Kurzydłowski K. J.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 4

165-169

PL

Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu infiltrowania wybranymi polimerami porowatej ceramiki tlenku cyrkonu na właściwości mechaniczne oraz mikrostrukturę wytworzonych w ten sposób kompozytów. Do wytworzenia porowatej ceramiki użyto dwóch rodzajów proszków o różnej gradacji. Aby otrzymać z nich ceramikę o jednakowej porowatości w przedziale 35-37%, konieczne było zastosowanie różnych temperatur spiekania (1125°C w przypadku drobnoziarnistego proszku oraz 1225°C dla gruboziarnistego). W celu zbadania właściwości mechanicznych materiału przeprowadzono próbę zginania oraz próbę twardości HV10. Średnia wytrzymałość na zginanie porowatej ceramiki wynosiła około 200 MPa. Wprowadzenie do porów polimeru spowodowało wzrost wytrzymałości na zginanie. Wzrost wytrzymałości był silniejszy w przypadku wprowadzenia żywicy metakrylowej (BisGMA) aniżeli w przypadku infiltrowania żywicą na bazie polisilazanu (KiON). Obserwacje mikrostrukturalne przeprowadzone za pomocą SEM pozwoliły wyjaśnić wpływ parametrów spiekania na właściwości kompozytu. Stwierdzono, że polepszenie właściwości mechanicznych poprzez wprowadzenie mniej wytrzymałej fazy polimerowej następuje w wyniku wzajemnego oddziaływania fazy ceramicznej i polimerowej.

EN

The aim of this work was to study the influence of polymer infiltration of yttria stabilized ZrO2 on the mechanical properties and microstructure of the composites. Two grades of powder (TZ-3YSB-E - Coarse and TZ-3YB-E - Fine) with different crystallite size and surface area were used. A series of porous zirconia ceramics with an open porosity around 35-37% were produced by biscuit-sintering dry pressed pellets at two different temperatures in an ambient air atmosphere. Thermosetting BisGMA/TEGDMA and polysilazane resins were used during infiltration process. Sample sintered from the fine powder (lower temperature of sintering) reveals fine grained structure with small pores. Ceramic with this type of structure had better mechanical properties. The influence of the polymer infiltration process on the flexural strength and hardness HV10 was determined. It was found that the polymer infiltration leads to an improvement of the mechanical properties of the composites. Flexural strength of composites was 60% higher than that of the porous ceramic. Higher increase in mechanical properties obtained for ceramic infiltrated by BisGMA/TEGDMA resin. The microstructure observation, under high magnification, has shown occurring flaws and inhomogeneities at the interphase boundary. However, they did not influence properties of composite.

3

Wpływ dodatku rozgałęzionych żywic uretanowo-metakrylowych na właściwości kompozytów ceramika-polimer do zastosowań stomatologicznych

Szafran M., Rokicki G., Biernat M., Cwalińska A.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 3

117-121

PL

Kompozyty ceramiczno-polimerowe są szeroko stosowane w dziedzinie stomatologii, a prace nad optymalizacją ich właściwości nadal trwają. Z danych literaturowych wynika, że poprawę parametrów tych materiałów można osiągnąć, dobierając odpowiednią ilość i skład proszku ceramicznego, a także poprzez dobór odpowiedniej kompozycji monomerów. W artykule zaprezentowano wstępne wyniki badań dotyczących wykorzystania nowej, wielofunkcyjnej żywicy uretanowo-metakrylowej UM1 jako składnika fotoutwardzalnych materiałów kompozytowych. W celu zbadania stopnia konwersji (spektroskopia FTIR), skurczu polimeryzacyjnego i mikrotwardości Vickersa wykonano serie próbek bez wypełniacza oraz z dodatkiem silanizowanej mikro- i nanokrzemionki. Założono stały procent objętościowy wypełniacza, zmieniając czas naświetlania oraz udział dodatku żywicy UM1 w masie polimerowej opartej na konwencjonalnej żywicy na bazie Bis-GMA. Otrzymane wyniki potwierdziły przypuszczenia o zmniejszonej wrażliwości żywicy uretanowo-metakrylowej UM1 na inhibicję tlenową oraz o niższym, od żywic obecnie stosowanych, skurczu polimeryzacyjnym.

EN

Ceramic-polymer composites are widely used as dentistry materials and they have undergone significant development since their advent. However they still have shortcomings limiting their application and need to be improved. This study is a preliminary investigation on the use of a new synthesized urethane-methacrylic resin UM1 as a component of a photocurable composite with low polymerization shrinkage and reduced oxygen inhibition. The results were compared with the properties of a commonly used Bis-GMA-based resin. Experimental samples were prepared from the unfilled resins and by mixing the silane-treated filler with the resins. Volumeric shrinkage and degree of conversion of the unfilled resins were examined by density measurements and FTIR spectroscopy. Filler containing samples were used for the microstructure analysis and microhardness tests. The unfilled UM1 resin showed 3.5 times higher photopolymerization rate than the resin based on Bis-GMA. UM1 consists of the monomers containing four methacrylic groups in a molecule and exhibits a very low polymerization shrinkage of 2.5% which is about 4 times lower than the shrinkage of a conventional Bis-GMA/TEGDMA system. The microhardness results of light-cured composites, containing 60% vol. of micro- and nanofiller, increased within the amount of UM1 in the system. Preliminary results showed that urethane-methacrylic resin (UM1) is a promising material and can be used as an alternative to Bis-GMA, mainly due to a relatively low polymerization shrinkage and low oxygen inhibition.

4

Degradation processes in dental ceramic-polymer composites

Siejka-Kulczyk J., Lewandowska M., Rokicki G., Szafran M., Kurzydłowski K.J.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 2

50-54

EN

The paper describes the degradation processes that proceed in dental ceramic/polymer composites as a result of the action of environment, polymerization shrinkage and tribological wear. The results are analyzed in terms of the perspectives for application of these composites. In the present study the composites based on the bis-GMA resin reinforced with (i) a ceramic glass microfiller (average particle size of 5 žm) and (ii) ceramic glass microfiller combined with nanosilica (average particle size of 40 nm) were investigated. Samples of composites in the form of 2 x 2 x 25 were exposed to solutions with varied pH, including 0.1M NaOH (pH = 13), 0.1M CH3COOH (pH = 3) and distilled water (pH = 7) in order to compare the stability of their properties. The microstructure (Figs. 1,2) and the mechanical parameters (such a flexural strength and microhardness) (Fig. 3) of the materials before and after the exposure were examined for the exposure time of 15 h. In order to reduce polymerization shrinkage, two approaches were considered: (a) a modification of bis-GMA resin and (b) the use of a nanofiller. The results have shown that addition of hyperbranched macromonomer of mctacrylane to bis-GMA resin decreases the shrinkage by 30% (Fig. 4). The polymerization shrinkage can further be reduced by adding ceramic microfiller and nanofiller (Figs. 5, 6). One of the parameters, which can be used to characterize the tribological properties of the materials, is the coefficient of friction ž. The influence of nanosilica content on the coefficient ž is shown in Figure 7 for different testing loads.

PL

Opisano procesy degradacji występujące w kompozytach ceramiczno-polimerowych stosowanych na wypełnienia stomatologiczne. Degradację tych materiałów powodują: działanie środowiska, skurcz polimeryzacyjny i zużycie ścierne. Wyniki badań analizowano w kontekście perspektyw zastosowania tych kompozytów. Do badań użyto kompozytów na osnowie żywicy bis-GMA, wzmocnionej (i) mikrowypemiaczem w postaci szkła ceramicznego (średnia wielkość cząstek 5 žm) oraz (ii) mikrowypemiaczem w połączeniu z nanokrzemionką (o średniej wielkości cząstek 40 nm). Próbki o wymiarach 2x2x25 mm umieszczono w roztworach o różnym pH: 0,1M NaOH (pH = 13), 0,1M CH3COOH (pH = 3) i wodzie destylowanej (pH = 7) w celu określenia stabilności właściwości mechanicznych tych kompozytów (wytrzymałość na zginanie, mikrotwardość HV0,2). Pomiary przeprowadzono przed i po 15 h przetrzymywania w roztworach (rys. 3). Mikrostrukturę wytworzonych kompozytów obserwowano za pomocą SEM (rys. rys. 1 i 2). W pracy analizowano dwa sposoby redukcji skurczu polimeryzacyjnego: (a) poprzez modyfikację żywicy bis-GMS, (b) za pomocą dodatku nanowypełniacza. Żywicę bis-GMA modyfikowano za pomocą hiperrozgałęzionego makromonomeru metakrylowcgo, co spowodowało zmniejszenie skurczu o 30% (rys. 4). Dalsze obniżanie skurczu polimeryzacyjnego uzyskiwano dzięki dodatkowi wypełniaczy ceramicznych, w tym nanowypełniacza (rys. rys. 5 i 6). Odporność na zużycie ścierne badanych kompozytów charakteryzowano poprzez pomiar współczynnika tarcia ž. Wpływ zawartości nanokrzemionki na współczynnik tarcia przy różnych obciążeniach przedstawiono na rysunku 7.

5

Właściwości mechaniczne światłoutwardzalnych kompozytów zbrojonych mikro- i nanocząstkami

Andrzejczuk M., Lewandowska M., Kurzydłowski K.J.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 1

75-78

PL

Celem pracy było zbadanie wpływu mikro- i nanocząstek ceramicznych na właściwości mechaniczne kompozytów ceramiczno-polimerowych przeznaczonych na stałe wypełnienia stomatologiczne. Średnia wielkość cząstek mikrowypełniacza wynosiła kilka žm, natomiast nanowypełniacza około 40 žm. Określono wpływ ilości wprowadzonego wypełniacza ceramicznego na wytrzymałość na zginanie, moduł Younga, mikrotwardość HVO,2 (rys. 1). Stwierdzono, że wzrost zawartości mikrowypełniacza powoduje wzrost właściwości mechanicznych kompozytów. Zauważono również, że dodatek nanokrzemionM ma pozytywny wpływ na parametry mechaniczne kompozytu, ale tylko wtedy, gdy wprowadzone cząstki nanowypełnłacza poddane były wcześniej obróbce powierzchniowej, mającej na celu lepsze połączenie ich z osnową polimerową (rys. 2). Przeprowadzone badania pozwoliły na ustalenie optymalnego udziału nanowypemiacza w kompozycie na poziomie 10-15%. Dodatek 20% nanokrzemionki spowodował wyraźne pogorszenie właściwości mechanicznych. Było to wynikiem aglomeracji nanocząstek występującej przy większych udziałach nanowypemiacza, co zostało potwierdzone podczas obserwacji przełomów kompozytów przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (rys. 3).

EN

The aim of this work was to study the influence of ceramic micro and nanoparticles on the mechanical properties of the composites. A series of ceramic-polymer composites used for permanent fillings was fabricated. Ceramic glass of an average particle size of a few žm and nanosilica of the average particle size of 40 žm were used as the fillers. The influence of the amount of inorganic filler on the mechanical properties such as the flexural strength, Young modulus and microhardness HV0.2 was determined (Fig. 1). It was found that an increase of the volume fraction of the filler leads to a significant improvement of the mechanical properties of the composites. Figure 2 shows the influence of the nanofiller (nanosilica) and its surface treatment on the mechanical properties of the composites that contain both micro and nanofillers. The addition of nanosilica improves the mechanical properties of the composite, but only when the nanoparticles are surface treated. Otherwise, the mechanical properties are drasticaly worsened. The optimum concctration of nanoparticles was estimated at 10-15%. At 20% of nanosilica, the mechanical properties of the composite are worse than those obtained at smaller amounts of n-SiO2. This may be due to the fact that at greater n-SiO2 amounts, the nanoparticles may aglomerate. This suggestion was confirmed by SEM observations of the fracture surface. Figufe 3 shows examples of the fracture surfaces of the composite with 60% of glass particles (a, b) and the composite with 40% of glass particles plus 20% of nanosilica (c,d). Further research will be aimed at avoiding the aglomeration of nanoparticles.

6

Analiza pełnofalowa anteny skanującej na podłożu ferroelekrycznym

Jaszczyszyn E.

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

|

2004

|

Vol. 50, z. 2

287-311

PL

W pracy przedstawiono koncepcję i opracowano nowy rodzaj skanującej anteny paskowej na podłożu ferroelektrycznym bez konieczności wykorzystania przesuwników fazy. Ponadto opracowano uogólnioną metodę analizy elektrodynamicznej rozpatrywanej struktury promieniującej wraz z metodą analizy numerycznej. Wyniki badań anteny skanującej wskazują na możliwość szerokiego jej zastosowania, a przedstawiona metoda analizy pełnofalowej do projektowania struktur promieniujących.

EN

Electronically scanned microwave antennas is accomplished by electronically altering the phase across the antenna radiating aperture (by means of discrete phase shifting elements or by changing frequency). This conventional inertialess scanning techniques in the microwave region are not cheap. A new scan antenna concept that realizable design using low-cost fabrication processes is presented. This concept is based on the first higher order mode on a microstrip line, which substrate is made using ceramic-polymer composite with modified ferroelectric powder Ba0,65Sr0,35TiO3 and appropriate polymer (grains of the powder have been sprayed into polymer with specific method). This ceramic-polymer composite was designed to change permittivity in response to an applied electric control field. The property of ferroelectric materials having a dielectric constant which can be modulated at high frequencies is very attractive. The feasibility of dielectric scanning (changing the direction of the beam by varying the relative permittivity of the electrically controlled ceramic-polymer composite) has been investigated. The radiation characteristics of such antenna have been accurate evaluated. Both longitudinal and transverse currents are treated. The method of solution used is an extension of the Fourier integral method which is used in conjunction with the method of moments (Galerkin solution). The propagation constant kx for higher order modes in open microstrip were calculated. In the present structure the complex propagation constant can be changed by changing the frequency or by changing the dielectric constant of the substrate (E2) as in the case of electrically controlled ferroelectric ceramic-polymer composite. In general, the direction of the radiated beam is given by Om = sin-1 (B), where kx (E2) = B(E2) = j * A(E2). For frequencies not far above the cut-off frequency, that means for B/k 0 < 1 (B in phase constant of the first higher order mode), the fields of the first higher order mode on the microstrip line are coupled to the line very loosely resulting in a considerable radiation.

7

Badania właściwości materiałów ferroelektrycznych w zakresie mikrofal

Jaszczyszyn E., Szafran M., Modelski J., Bobryk E.

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

|

2003

|

Vol. 49, z. 2

247-256

PL

W pracy przedstawiono impulsową metodę do pomiaru parametrów materiałów ceramiczno-polimerowych, przydatnych do zastosowań w zakresie mikrofal. Przeprowadzono także badania kompozytowych warstw ceramiczno-polimerowych zawierających modyfikowany ceramiczny proszek ferroelektryczny typu Ba0.65Sr0.35TiO3 oraz odpowiedni polimer, w którym w sposób dyskretny rozproszone zostały ziarna tego proszku. Otrzymane współczynniki przestrajania skutecznej przenikalności elektrycznej pozwalają stwierdzić, że warstwy takie nadają się do opracowania nowych typów anten oraz podzespołów mikrofalowych.

EN

Pulse method for microwave measurement of the ceramic-polymer materials parameters has been developed. Ceramic-polymer composite substrates with modified ferroelectric powder Ba0.65Sr0.35TiO3 and appropriate polymer (grains of the powder have been sprayed into polymer with specific method) have been also investigated. The powder Ba0.65 Sr0.35TiO3 has been synthesized at the temperature range 1150-1350C/3h and admixture (from 0,5% to 3%) of oxides of nickel or manganese or iron have been added. The ferroelectric powder after being granulated (into grinder) according to desired size (1-5 um) has been utilized in order to obtain ceramic-polymer films. The substrates of the ceramic-polymer composite have been designed such that volume of the ferroelectric powder was from 75% to 97,5%. However, volume of the polymer was at the range from 2,5 to 25%. Thickness of the composite layer has been chosen from 100 to 500 um. The type of the polymer required for obtaining the composite with desired parameters has been also investigated. Main properties of the composite are mechanical resistance and flexibility. They permit to operate easy with obtained substrate and cover conductive plane with it. The polystyrene and polyvinyl butyral are the best among many investigated polymers. The proposed pulse method for microwave measurement of the ceramic-polymer materials parameters is based on measurement of the pulse delay to after pulse passed of the microstrip line fragment. The substrate of the microstrip line is realized with ferroelectric material. Utilizing this pulse method permits to accurately define the pulse delay without matched to microstrip, but it does not permit to assign losses. Because permittivities of the investigated materials are primarily unknown this way might be very useful. Microstrip line can be matched and the losses can be determined by changing pulse magnitudes. Obtained results (e.g. tuning ability coefficient of the effective permittivity) show that ceramic-polymer substrate can be utilized in designing new type of antennas and microwave devices.