Wpływ stanu powierzchni i morfologii nanoproszków ZrO2 na proces ich upłynniania

• Autorzy: Danelska, A. , Szafran, M.

Warianty tytułu

EN

Influence of surface and morpfological properties on deflocculation of nanozirconia powders

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Skuteczny proces upłynniania ma kluczowe znaczenie w optymalizacji koloidalnych metod formowania nanoproszków ceramicznych. Dobór efektywnie działającego upłynniacza opiera się na głębokiej znajomości morfologicznych i powierzchniowych właściwości nanoproszku. W niniejszej pracy analizowano wpływ wspomnianych czynników na możliwość efektywnego upłynniania wodnych zawiesin nano-ZrO2 za pomocą D-fruktozy. Nanoproszek dwutlenku cyrkonu charakteryzuje się dużym potencjałem aplikacyjnym w wielu dziedzinach nowoczesnej technologii, stąd potrzeba opracowania skutecznych metod jego formowania. W pracy przedstawiono właściwości powierzchniowe i morfologiczne dwóch wybranych nanoproszków ZrO2 (3% mol. YSZ), które w toku badań były dyspergowane w wodnych roztworach D-fruktozy o różnych stężeniach. Uprzednio przeprowadzone badania wykazały, że D-fruktoza jest skutecznym upłynniaczem zawiesin zawierających nano-Al2O3. Te obiecujące rezultaty próbowano "przenieść" na zawiesiny nano-ZrO2, jednak D-fruktoza miała zupełnie inny wpływ na ZrO2 niż na Al2O3. Ponadto, nanoproszki dwutlenku cyrkonu zakupione u różnych producentów zachowywały się zupełnie inaczej pod wpływem dyspersji w wodnych roztworach D-fruktozy. O ile różnice w zachowaniu ZrO2 i Al2O3 można tłumaczyć różną naturą chemiczną obu substancji, o tyle znaczące różnice zachowania w obrębie proszków wywodzących się z jednego tlenku są znacznie trudniejsze do wyjaśnienia. Założono, że źródłem obserwowanych różnic w zachowaniu nanoproszków ZrO2 są ich różne właściwości morfologiczne i powierzchniowe.

EN

An effective deflocculation process is crucial in the optimization of colloidal processing in advanced ceramics manufacturing. The deep knowledge of morphological and surface properties of the nanopowders is necessary to choose effectively working deflocculation agents. The collection of the above-mentioned factors is studied in this work in terms of their influence on deflocculation of nanozirconia suspensions by the D-fructose addition. Nanozirconia ceramics possess the high applicable potential in many fields of the modern advanced technology. Therefore, there is a pressing need to develop some efficient methods of nanozirconia shaping. The work presented deals with some morphological and surface properties of the selected nanozirconia powders, both of them were yttria-stabilized powders (3 mol.% of Y2O3). The powders were dispersed in water – D-fructose solutions of different concentration. Recently performed studies show that D-fructose is an effectively working dispersant of Al2O3 nanosuspensions. It was attempted to carry these promising results on nanozirconia powders in order to obtain time-stable zirconia nanosuspensions of relatively low viscosity and high solid phase loading. However, it turned out that D-fructose has a totally different effect on nanozirconia. Moreover, it was demonstrated that D-fructose interacts in other way with ZrO2 nanopowders purchased from different manufacturers. While, some differences in the behaviour of ZrO2 and Al2O3 can be excluded by different chemical nature of both substances, insofar as signifi cant differences in behaviour within the powders derived from one oxide are much more difficult to explain. It was assumed, therefore, that the above-mentioned differences in behaviour of nano-ZrO2 powders originate from their morphological and surface properties which were intensively studied in this paper.

Słowa kluczowe

PL

nanoproszek; nano-ZrO2; upłynnianie; właściwości powierzchniowe

EN

nanopowder; nanozirconia; deflocculation; surface properties

• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 1
• Strony: 48-52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Danelska, A.

autor

Szafran, M.

• Zakład Technologii Nieorganicznej i Ceramiki, Wydział Chemiczny, Politechnika Warszawska, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Montanaro L., Chevalier J., Naglieri V., Joly-Pottuz L.: „Design of Alumina – Zirconia Nanocomposite Powders for Implants Development”, Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials, 62, (2010), 335-341.
• [2] Pyda W., Marchlewska A., Bućko M.M., Pyda A.: „Manufacturing and Properties of Ceramics Originated from Zirconia – Ceria Nanopowders Doped with Yttria”, Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials, 62, (2010), 328-334.
• [3] Adam J., Dietz J., Koch M., Veith M.: „Bonding of Porous Alumina Structures with Zirconia Nanoparticles”, Materiały Ceramiczne/Ceramic Materials, 62, (2010), 510+515.
• [4] Zych Ł, Haberko K.: „Some observations on fi lter pressing and sintering of yttria – stabilized zirconia nanopowder”, J. Eur. Ceram. Soc., 27, (2007), 867-871.
• [5] Vasylkiv O., Sakka Y.: „Hydroxide synthesis, colloidal processing and sintering of nano-size 3Y – TZP powder”, Scripta Materialia, 44, (2001), 2219-2223.
• [6] Santacruz I., Anapoorani K., Binner J.: „Preparation of High Solid Content Nanozirconia Suspensions”, J. Am. Ceram. Soc., 91, (2008), 398-405.
• [7] Tang F., Huang X., Zhang Y., Guo J.: „Effects of dispersants on surface chemical properties of nano-zirconia suspensions”, Ceram. Inter., 26, (2000), 93-97.
• [8] Zhang J., Ye F., Sun J., Jiang D., Iwasa M.: „Aqueous processing of fine ZrO2 particles”, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 254, (2005), 199-205.
• [9] Danelska A., Szafran M., Bobryk E.: „D-fructose in deflocculation process of nanozirconia powders”, Archives of Metallurgy and Materials, 54, (2009), 1029-1034.
• [10] Mazaheri M., Simchi A., Golestani-Fard F.: „Densification and grain growth of nanocrystalline 3Y-TZP during two – step sintering”, J. Eur. Ceram. Soc., 28, (2008), 2933-2939.
• [11] Renger C., Kuschel P., Kristoffersson A., Clauss B., Oppermann W., Sigmund W.: „Rheology studies on highly filled nano-zirconia suspensions”, J. Eur. Ceram. Soc., 27, (2007), 2361-2367.
• [12] Yar Y., Acar F.Y., Yurtsever E., Akinc M.: „Reduction of Viscosity of Alumina Nanopowder Aqueous Suspensions by the Addition of Polyalcohols and Saccharides”, J. Am. Ceram. Soc., 93, (2010), 2630-2636.
• [13] Xie Z., Ma J., Xu Q., Huang Y., Cheng Y.-B.: „Effects of dispersants and soluble counter-ions on aqueous dispersability of nano-sized zirconia powder. Ceram. Inter., 30, (2004), 219–224.
• [14] Li C., Akinc M.: „Role of Bound Water on the Viscosity of Nanometric Alumina Suspensions”, J. Am. Ceram. Soc., 88, (2005), 1448-1454.
• [15] Falkowski P.: Wpływ wybranych monosacharydów na proces upłynniania nanoproszków ceramicznych. Rozprawa doktorska, promotor pracy: prof. dr hab. inż. M. Szafran, Politechnika Warszawska, Warszawa, 2009.
• [16] Falkowski P., Bednarek P., Danelska A.: „Application of monosaccharides derivatives in colloidal processing”, J. Eur. Ceram. Soc., 30, (2010), 2805-2811.
• [17] Shojai F., Pettersson A., Mäntylä T.A., Rosenholm J.: „Detection of carbon residue on the surface of 3Y-ZrO2 power and its effect on the rheology of the slip”, Ceram. Inter., 26, (2000), 133-139.
• [18] Mikkola P., Ylhä P., Levänen E., Rosenholm J.B.: „Effect of impurities on dispersion properties of alpha-alumina powder”, Ceram. Inter., 30, (2004), 291-299.
• [19] Zeng H.C., Shi S.: „Retention behaviours of carbon-containing species in as-prepared, water-treated, and transition-metalcontaminated ZrO2 gels”, J. of Non-Cryst. Sol., 185, (1995), 31-40.
• [20] Jensen H., Soloviev A., Li Z., Søgaard E.G.: „XPS and FTIR investigation of the surface properties of different prepared titania nano-powders”, Applied Surface Science, 246, (2005), 239-249.
• [21] Li W., Gao L.: „Nano ZrO2 (Y2O3) particles processing by heating of ethanol – aqueous salt solutions”, Ceram. Inter., 27, (2001), 543-546.