Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Tworzywo ogniotrwałe na bazie cyrkonianu wapnia i jego zachowanie w kontakcie z ciekłą stalą

Wiśniewska K., Madej D., Szczerba J.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 4

362--368

PL

W pracy przedstawiono zachowanie się tworzywa złożnego z cyrkonianu wapnia i tlenku cyrkonu w kontakcie z ciekłą stalą w warunkach redukcyjnych. Cyrkonian wapnia z nadmiarem ZrO2 został otrzymany z tlenku cyrkonu i węglanu wapnia na drodze dwustopniowego spiekania, kolejno w temperaturach 1100 °C i 1600 °C. Jako reagenta wytypowano komercyjną stal narzędziową. Test korozyjny polegał na wypaleniu pastylek tworzywa CaZrO3-ZrO2 z nałożoną płytką ze stali w warunkach redukcyjnych w temperaturze 1500 °C. Na podstawie obserwacji w skaningowym mikroskopie elektronowym (SEM) stwierdzono powstanie w tworzywie ogniotrwałym trzech stref: reakcyjnej przy kontakcie ze stalą, przejściowej oraz niezmienionej. Badania rentgenowskie (XRD) tworzywa CaZrO3-ZrO2 wykazały, że po teście korozyjnym zmniejsza się udział masowy cyrkonianu wapnia w stosunku do udziału stabilizowanego tlenku cyrkonu. W strefie reakcyjnej utworzyła się warstwa tlenku cyrkonu, która powstała wskutek reakcji cyrkonianu wapnia ze składnikami stopowymi stali takimi jak krzem i glin, tworząc oprócz tlenu cyrkonu wtórne fazy krzemianowe, otaczające ziarna ZrO2. Zwartość po wygrzaniu tworzywa ogniotrwałego zmienia się nieznacznie, co może świadczyć o małej jego zwilżalności przez stal w 1500 °C.

EN

The behaviour of material composed of calcium zirconate and zirconium oxide after working in contact with molten steel was presented in this work. The calcium zirconate - zirconium oxide material was obtained by 2-step firing at 1100 °C and 1600 °C. The commercially available steel was used. A corrosion test was conducted under reducing atmosphere at a temperature of 1500 °C. A plate of steel was placed on a calcium zirconate pellet. The microstructure was observed under an electron scanning microscope (SEM) which allowed distinguishing 3 zones in the corroded material: a reaction zone in contact with steel, a transient zone, and an unchanged area. The content of calcium zirconate in the CaZrO3-ZrO2 material decreased against the zirconium oxide after the corrosion test. In the reaction zone the ZrO2 layer was created as a results of reaction between calcium zirconate and alloying components of steel such as silicon and aluminium. Compactness measurements showed that bulk density and apparent porosity changed slightly which could suggest that molten steel poorly penetrates the studied refractory material during the corrosion test.

2

Tworzywa ogniotrwałe z układu czteroskładnikowego CaO-MgO-Al2O3-ZrO2

Śnieżek E., Szczerba J., Madej D., Prorok R., Jastrzębska I.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 4

476--480

PL

W artykule omówiono sposób otrzymywania tworzyw ogniotrwałych z układu czteroskładnikowego CaO-MgO-Al2O3-ZrO2 w procesie jednostopniowego wypalania w temperaturze 1580 °C. Otrzymano i porównano właściwości dwóch serii tworzyw o składzie wyjściowym: 85% obj. MgO i 15% obj. CaZrO3 oraz 70% obj. MgO i 30% obj. CaZrO3. Skład tworzyw modyfikowano związkami glinu: monoglinianem wapnia, CaAl2O4, spinelem właściwym magnezjowo-glinowym, MgAl2O4 oraz cementem glinowo-wapniowy. Skład fazowy tworzyw określono metodą XRD, metodą ultradźwiękową wyznaczono moduł Younga. Ponadto określono liniową skurczliwość wypalania. Stwierdzono, że zaproponowana metoda umożliwia otrzymanie tworzyw, których głównymi składnikami fazowymi są MgO i CaZrO3 oraz CaAl2O4 i MgAl2O4.

EN

The paper describes a method of preparing refractories from the CaO-MgO-Al2O3-ZrO2 quaternary system as the result of one-step sintering at 1580 °C. Properties of two series of the materials with the following reference composition were obtained and compared: the first series: 85 vol.%. MgO and 15 vol.% CaZrO3 and the second series: 70 vol.% MgO and 30 vol.% CaZrO3. The reference compositions were modified by aluminum compounds such as calcium monoaluminate (CaAl2O4), spinel (MgAl2O4) and calcium aluminate cement. The phase composition of the materials was characterized by XRD. Young's modulus and linear firing shrinkage were also determined. It has been found that the proposed method permits to obtain materials consisted mainly in MgO, CaZrO3 and CaAl2O4, MgAl2O4.

3

Wpływ jonów Fe3+ na syntezę cyrkonianu wapnia

Szczerba J., Śnieżek E., Madej D., Prorok R.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 4

786-792

PL

Jedno z zagadnień, które w obszarze inżynierii materiałowej ciągle cieszy się dużym zainteresowaniem skupione jest wokół układu dwuskładnikowego CaO-ZrO2, a w szczególności wokół cyrkonianu wapnia CaZrO3. Korzystne właściwości tego materiału umożliwiają zastosowanie go w różnej formie i wykorzystanie zarówno w czystej postaci jak i zmodyfikowanej, między innymi jako materiał ogniotrwały, ogniwa paliwowego, sondy tlenowej, sensorów, stałych elektrod, filtrów, membran i kondensatorów. Do jednych z ważniejszych właściwości CaZrO3 należą: wysoka temperatura topnienia (2368°C), odporność na wstrząsy cieplne, wysoka stała dielektryczna, odporność na działanie alkaliów, przewodnictwo elektryczne, stabilność mechaniczna, chemiczna i termiczna. W artykule omówiono wpływ jonów Fe3+ na mikrostrukturę i syntezę CaZrO3. Sporządzono dwa rodzaje próbek. Pierwszymi, które stanowiły materiał odniesienia były próbki czystego CaZrO3. Drugim rodzajem były próbki CaZrO3 dotowane jonami Fe3+. Do tego celu wykorzystano czyste odczynniki: CaCO3, ZrO2 i Fe2O3. Zastosowano proces wypalania dwustopniowego w 1200°C i 1700°C. Otrzymany w ten sposób materiał dotowany jonami Fe3+, w porównaniu do czystego CaZrO3, charakteryzował się dużym stopniem zagęszczenia, małą porowatością i dobrą spiekalnością. Zdefiniowane pod względem składu fazowego tworzywo (metoda XRD) poddano badaniom porozymetrycznym przeprowadzonym przy użyciu metody rtęciowej. Do analizy mikrostruktury wykorzystano metodę SEM/EDS.

EN

Still, there is a great interest in the binary CaO-ZrO2 phase diagram, and especially in calcium zirconate, CaZrO3, as one of the main topics of materials engineering. Valuable properties of this material allow it to be used in various forms, and offer great opportunities for its application both in a pure form or in modified one, e.g. refractory material, fuel cells, oxygen probes, sensors, solid electrodes, filters, membranes and capacitors. The most important properties of CaZrO3 include high melting point (2345°C), thermal shock resistance, high dielectric constant, resistance to alkalis, electrical conductivity, mechanical, chemical and thermal stability. Influence of Fe3+ ions on microstructure and synthesis of CaZrO3 is reported in this paper. Two series of samples were prepared. The first one, which was a reference material was composed of pure CaZrO3. The second one was CaZrO3 doped with Fe3+ ions. Pure reagents of CaCO3, ZrO2 and Fe2O3 were used to prepared the materials by fi ring at 1200°C, and then, after grinding and compaction, at 1700°C. The material doped with Fe3+ ions when compared to the pure CaZrO3 was characterized by higher density, lower porosity and better sinterability. XRD analysis was used to determine the phase composition of the fi red materials; they were also tested by using mercury porosimetry. The SEM/EDS method was used for microstructure analysis.

4

Synthesis of spinel - calcium zirconate materials

Szczerba J., Pędzich Z., Madej D.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 1

27-33

EN

The synthesis of spinel and calcium zirconate, by sintering natural dolomite, zirconia and alumina mixture, has been studied. The evolution of properties and microstructure of spinel-calcium zirconate material at one- or two-step firing process was investigated as a temperature function. The kinetic of the reaction of MgAl2O4 and CaZrO3 at mixes was estimated by XRD analysis. The densification process was investigated by using firing shrinkage, apparent density, average pore diameter and pore size distribution measurements. The microstructure of sintered materials was observed by SEM. The optimum properties of spinel-calcium zirconate material were obtained at the sufficiently low temperature of 1500°C.

PL

Zbadano syntezę spinelu i cyrkonianu wapnia wykorzystującą spiekanie mieszaniny naturalnego dolomitu oraz tlenków cyrkonu i glinu. Prześledzono ewolucję właściwości i mikrostruktury materiału spinel – cyrkonian wapnia w jedno- i dwuetapowym procesie wypalania jako funkcję temperatury. Zanalizowano kinetykę reakcji w mieszaninie MgAl2O4 i CaZrO3 za pomocą metody XRD. Proces zagęszczania został scharakteryzowany za pomocą pomiarów skurczu wypalania, gęstości pozornej, średniego rozmiaru porów rozkładu wielkości porów. Mikrostrukturę spieczonych materiałów obserwowano za pomocą SEM. Optymalne właściwości materiału spinel-cyrkonian wapnia uzyskano we względnie niskiej temperaturze wynoszącej 1500°C.

5

Potencjalne składy fazowe dla tworzyw ogniotrwałych w układzie MgO-CaO-Al2O3-ZrO2

Szczerba J., Madej D.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 2

342-349

PL

W artykule omówiono równowagi fazowe w układach dwu- i trójskładnikowych jako podukładach układu czteroskładnikowego MgO-CaO-Al2O3-ZrO2. Potencjalne składy fazowe tworzyw ogniotrwałych w tym układzie odpowiadają materiałom ogniotrwałym z układów MgO-CaZrO3-MgAl2O4, MgO-CaZrO3-CaAl2O4 lub MgO-CaZrO3-CaAl2O4-MgAl2O4. Materiały MgO-CaZrO3 o wiązaniu glinowym mogą stanowić alternatywę dla wyrobów MgO-CaZrO3 o wiązaniu krzemianowym.

EN

Phase equilibriums in the binary and ternary subsystems of the quaternary MgO-CaO-Al2O3-ZrO2 system are presented. The potential phase compositions of refractory materials in this system refer to the refractories originating from the MgO-CaZrO3-MgAl2O4, MgO-CaZrO3- CaAl2O4 or MgO-CaZrO3-CaAl2O4-MgAl2O4 systems. The MgO-CaZrO3 refractories with the aluminium bonding can be an alternative to the MgO-CaZrO3 refractories with the silicate bonding.

6

Preparation and the electrolytic properties of Y2O3-doped CaZrO3

Dudek M.

Polish Journal of Chemical Technology

|

2006

|

Vol. 8, nr 4

63-66

EN

The pure calcium zirconate and yttria - doped CaZrO3 dense samples with the CaZr1-xYxO3 formula where 0

7

Przydatność metody cytrynianowej do otrzymywania elektrolitów stałych zawierających cyrkonian wapnia

Dudek M.

Materiały Ceramiczne

|

2005

|

R. 57, nr 3

116-120

PL

W pracy scharakteryzowano właściwości proszków, i spieków cyrkonianu wapnia modyfikowanego nadmiarem tlenku wapnia o wzorze (CaO)1+xZrO2, gdzie x jest nadmiarem tego tlenku i wynosi od 0 do 18% mol. Proszki CaZrO3 otrzymano metodą cytrynianową. Najwyższą temperaturą syntezy wynoszącą 1200 stopni C, charakteryzuje się materiał o składzie stechiometrycznym. Zwiększenie nadmiaru CaO od 1 do 6% mol powoduje obniżenie temperatury syntezy CaZrO3 do 800 stopni C. Dalszy wzrost nadmiaru CaO (>6% mol), powoduje pojawienie się tego tlenku jako drugiej fazy zarówno w proszkach jak i spiekach na bazie CaZrO3. Jednofazowe proszki CaZrO3 charakteryzują się krystalitami o rozmiarach wynoszących od 40 do 90 nm. Otrzymane proszki niestechiometrycznego CaZrO3 zagęszczają się powyżej 98% gęstości teoretycznej w temperaturze 1450 stopni C. Pojawienie się CaO jako drugiej fazy prowadzi do znacznego spadku gęstości względnej otrzymanych tworzyw. Materiały na bazie niestechiometrycznego CaZrO3 są praktycznie czystymi przewodnikami jonów tlenu. Najwyższą wartością przewodnictwa elektrycznego sigma w temperaturze 1000 stopni C, charakteryzuje się spiek (CaO)1+xZrO2, gdzie x wynosi 6% mol CaO. Materiał ten może zostać zastosowany jako elektrolit stały w konstrukcji elektrochemicznych sond tlenowych stosowanych w metalurgii. Przeprowadzone badania właściwości proszków niestechiometrycznego CaZrO3 syntezowanych metodą cytrynianową wskazują na pełną przydatność tej metody preparatyki proszków w technologii otrzymywania gazoszczelnych elektrolitów stałych o powtarzalnych właściwościach elektrycznych.

EN

In this paper properties of calcium zirconate with excess CaO over stoichiometry: (CaO)1+xZrO2, for 0 < x < 18% mol powders and sintered bodies were investigated. The CaZrO3 powders were prepared by citrate method. Increasing the CaO excess above 6% mole caused a presence of this oxide as the second phase in CaZrO3 powders and samples sintered at the temperature range 1250-1700 Celsius degrees. The highest temperature (1200 Celsius degrees) of synthesis of CaZrO3 powder was found to stoichiometric composition, whereas calcia excess between 1 and 6% mole in samples led to decrease of CaZrO3 synthesis to 800 Celsius degrees. The particle sizes of single-phase CaZrO3 powders ranged from 40 to 90 nm measured by XRD, BET or TEM methods. The apparent density of nonstoichiometric CaZrO3 samples sintered at 1450 Celsius degrees for 2 hours was above 98% of theoretical density. The presence CaO as the second phase caused in a significant decrease of relative density. The nonstoichiometric CaZrO3 samples were practically pure oxygen ion conductors. The highest value of electrical conductivity sat the temperature 1000 Celsius degrees was found for the composition x = 6% mol and was equal 2.1 x 10 (-2) (S/cm). The electrical properties of material prepared are comparable to CaO or MgO stabilized ZrO2-based solid electrolytes. The (CaO)1+xZrO2, where x = 6 % mol CaO sample can be used as a solid electrolyte in electrochemical oxygen probes applied in metallurgical industry. The presented results indicated that citrate method was suitable technique for preparation Ca-ZrO3 powders suitable for manufacturing ceramic electrolytes, which could be applied in electrochemical oxygen probes.

8

Kompozytowe elektrolity stałe zawierające CaZrO3 jako elementy ogniw elektrochemicznych stosowanych w metalurgii

Dudek M., Róg G., Bogusz W., Bućko M., Kozłowska-Róg A.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 4

14-19

PL

Przedstawiono charakterystykę właściwości elektrycznych i mechanicznych heterofazowych przewodników jonowych w układach cyrkonian wapnia (CaZrO3)-glinian trójwapniowy (Ca3Al2O6) oraz cyrkonian wapnia-roztwór stały CaO w ZrO2 o strukturze regularnej. CaZrO3 jest przewodnikiem jonów tlenu, jednak niska wartość przewodności elektrycznej (rzędu 10 -6 S • cm -1 w temperaturze 1000 stopni C) ogranicza jego stosowanie jako elektrolitu stałego w urządzeniach elektrochemicznych. Wprowadzenie do osnowy CaZrO3 heterofazowych wtrąceń Ca3Al2O6 w ilości nieprzekraczającej 2% molowych powoduje wzrost przewodnictwa elektrycznego w temperaturze 700 stpni C o ok. 30 tysięcy razy w stosunku do osnowy, którą stanowi CaZrO3. Pojawienie się fazy roztworu stałego CaO w ZrO2 o strukturze regularnej jako drugiej fazy w spiekach cyrkonianu wapniowego prowadzi również do wzrostu przewodnictwa elektrycznego w stosunku do stechiometrycznego CaZrO3. Otrzymane materiały w badanych układach CaZrO3-Ca3Al2O6 oraz CaZrO3 - roztwór stały CaO w ZrO2 o strukturze regularnej są praktycznie czystymi przewodnikami jonów tlenu i mogą zostać zastosowane jako elektrolity stałe w urządzeniach elektrochemicznych stosowanych w metalurgu.

EN

Non-stoichiometric calcium zirconate is one of the ion-conducting materials for high-temperature applications. Relatively low oxygen ion conductivity of pure CaZrO3 (10 -6 S • cm i1 at 1000 degree C) limits the practical use of such material as a solid electrolyte in the electrochemical devices applied in metallurgy. The aim of the present paper was to obtain composite ionic conductors in the two systems: calcium zirconate (CaZrO3) - tricalcium aluminate (Ca3Al2O6) and calcium zirconate - cubic solid solution CaO-ZrO2 as well as to investigate their electrical and mechanical properties. The composite materials were prepared by sintering of mechanically homogenized mixtures of the respective powders. In the case of the CaZrO3-Ca3Al2O6 samples changes of the lattice parameters of the respective phases suggested a chemical reaction between the components with formation of non-stoichiometric calcium zirconate. It was stated that a small additive of tricalcium aluminate, up to 2% inol., causes a significant increase (even 30 000 times when compare to the pure calcium zirconate matrix) of the electrical conductivity of the composites. Introduction of the calcia fully-stabilized zirconia inclusions into CaZrO3 matrix also leads to the improvement of the electrical properties of the composite materials. In all samples the oxygen ion transference number, estimated by the EMF method, appeared to be close unity. The introduction of the inclusions in the both sample series did not influence significantly a fracture toughness of the samples, expressed by KIC values. The preliminary results of reactivity between the CaZrO3 + 2% mol. Ca3Al2O6 sample and liquid copper and nickel showed that such composite could be applied as a solid electrolyte in electrochemical probes for determination of dissolved oxygen in molten metals. The prepared composite materials seems to be also promising solid electrolytes for galvanic cells to the determination of thermodynamic properties of intermetallic compounds, carbides and oxide systems having low oxygen partial pressures.

9

Wpływ składu fazowego i mikrostruktury tworzyw ceramicznych na bazie CaZrO3 na ich właściwości elektryczne i dielektryczne

Dudek M., Bogusz W., Róg G.

Materiały Ceramiczne

|

2004

|

R. 56, nr 1

3-14

PL

W pracy scharakteryzowano skład fazowy, mikrostrukturę oraz właściwości elektryczne i dielektryczne stechiometrycznego cyrkonianu wapnia oraz zawierającego nadmiar tlenku wapnia. Proszki cyrkonianu wapnia o zróżnicowanym udziale CaO, który zapisano formułą ZrO2(CaO)1+x, dla wartości x zmieniających się od 0 do 0,4 otrzymano metodą bezpośredniej syntezy. Prekursorami cyrkonianu wapnia były: nanometryczny proszek ZrO2, który otrzymany metodą strącania-prażenia oraz komercyjny CaCO3. Wypraski cyrkonianu wapnia, spiekano swobodnie w temperaturze 1700 stopni C przez 2 godziny. Wprowadzenie nadmiaru CaO w ilości nie przekraczającej 6% mol do struktury CaZrO3 powoduje wzrost objętości komórki elementarnej. Z kolei wprowadzenie większych ilości CaO prowadzi do pojawienia się tego tlenku jako drugiej fazy w spiekach. Właściwości elektryczne i dielektryczne określono metodą spektroskopii impedancyjnej. Pomiary impedancyjne wskazują na to, że granica rozpuszczalności CaO w cyrkonianie wapnia nie jest wyższa od x = 4% mol. Stechiometryczny cyrkonian wapnia, jest bardzo słabym przewodnikiem jonowo-elektronowym o przewodności (sigmac) rzędu 10(-8) (S/cm) w temperaturze 700 stopni C. Zwiększenie udziału CaO w tworzywach na bazie CaZrO3 powoduje wzrost przewodności elektrycznej o cztery rzędy wielkości. Niestechiometryczne jednofazowe spieki cyrkonianu wapnia są praktycznie czystymi przewodnikami tlenowymi w temperaturach wyższych od 700 stopni C. W pracy stwierdzono, że stechiometryczny CaZrO3, charakteryzuje się stabilną w szerokim zakresie częstości pola elektrycznego i temperatury stałą dielektryczną oraz małym tangensem stratności (tg delta), co pozwala na zastosowanie tego materiału jako kondensatora w układach elektronicznych.

EN

Stoichiometric calcium zirconate and calcium zirconate with calcia excess over stoichiometry ZrO2(CaO)1+x for 0< x < 40 sintered bodies were prepared. XRD analysis was used to determine the changes of cell parameters and the Rietveld method was used to refine calcium zirconate structure. The scanning electron microscopy was used to observe microstructure of sintered bodies. The electrical and dielectric properties were investigated by means of impedance spectroscopy method in the frequency range 10(-2) to 10(7) Hz and in the temperature range 200-800 Celsius degrees. Analysis of impedance spectra of the samples indicates that solubility limit of CaO in calcium zirconate is not higher than x = 0,04. Stoichiometric calcium zirconate appeared to be a poor and mixed ionic-electronic conductor, whereas calcium zirconate with excess calcia exhibit purely oxygen ion conductivity. The dielectric properties of stoichiometric calcium zirconate are suitable for application this material in electronic devices.

10

Właściwości elektryczne i mechaniczne elektrolitów ceramicznych cyrkonian wapnia - regularny roztwór stały tlenku wapnia w dwutlenku cyrkonu

Dudek M.

Materiały Ceramiczne

|

2002

|

R. 54, nr 3

88-95

PL

W pracy scharakteryzowano właściwości elektryczne i mechaniczne tworzyw na bazie cyrkonianu wapnia pod kątem zastosowania ich jako elektrolitów stałych w urządzeniach elektrochemicznych. Stechiometryczny cyrkonian wapnia jest przewodnikiem jonowo-elektronowym o przewodności elektrycznej rzędu 10(-6) (S/cm) w temperaturze 1000 stopni C. Zwiększenie udziału dwutlenku cyrkonu w stosunku do wymagań stechiometrii powoduje pojawienie się w spiekach cyrkonianu wapniowego regularnego roztworu stałego CaO w ZrO2 jako drugiej fazy. Otrzymane spieki w układzie cyrkonian wapnia - regularny roztwór stały CaO w ZrO2, są praktycznie czystymi przewodnikami jonów tlenu w zakresie temperatur (600-1000 stopni C) i ciśnienia parcjalnego tlenu 22-100 000 Pa. Badane spieki charakteryzują się porównywalną odpornością na kruche pękanie KIc z roztworami stałymi na bazie regularnego dwutlenku cyrkonu. Określone wartości przewodności jonowej oraz odporności na kruche pękanie Klc tworzyw cyrkonian wapnia - regularny roztwór stały tlenku wapnia w dwutlenku cyrkonu - zawierających powyżej 0,55 mola ZrO2 są wystarczające do zastosowania otrzymanych materiałów jako kolejnych elektrolitów stałych w wysokotemperaturowych urządzeniach elektrochemicznych.

EN

The electrical and mechanical properties of calcium zirconate based samples were determined in this work. Stoichiometric calcium zirconate and calcium zirconate with zirconia excess sintered bodies were prepared. Introduction excess zirconia into calcium zirconate structure causes the formation of calcia-stabilised zirconia as a second phase. Stoichiometric calcium zirconate is a poor oxygen ion conductor, whereas calcium zirconate-calcia stabilised zirconia samples are purely oxygen ion conductors at the temperature range 600-1000 Celsius degrees and oxygen partial pressure 22-100 000 Pa. The obtained values of fracture toughness of the prepared materials were comparable to that zirconia solid solutions fully stabilised with calcia or yttria. The prepared samples containing from 0,55 to 0,70 mol zirconia are promising solid electrolytes for high temperature electrochemical devices.

11

Synteza i właściwości mikroproszków cyrkonianu wapnia

Dudek M., Bućko M.M.

Szkło i Ceramika

|

2000

|

R. 51, nr 5

5-10