Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Application of selected sugar acids in colloidal shaping of nano-Al2O3

Olga Agnieszka Tadrzak

Abstract

Introduction Due to their unique properties, nanomaterials are used in various industrial areas. Nanoceramics is currently an intensively studied group of materials [1] It finds application in medicine, construction or the aviation industry [2]. The preparation of a nanometric material with the desired properties is related to the selection of an appropriate composition of the slip and subsequent to the optimal forming method. Two colloidal shaping methoods of ceramic materials are slip casting and gelcasting. In order to perform shaping from slurries, they must have a sufficiently low viscosity what is difficult to achieve for slurries of nanopowders. In order to reduce viscosity and improve the stability of the slurry, dispersing agents are used. There are compounds that affect the interaction between powder particles. The aim of this work was the selection of the composition of suspension based on nano-Al2O3 in the alpha form which would allow to obtain stable slurries of low viscosity. The second aim was determination of the properties of obtained green and siutered bodies. Result and discussion As part of this work, ceramic slurries based on nan-Al2O3 were prepared with the addition of dispersing agents. The highest concentration of nanopowder (38vol%), and at the same time low viscosity, was obtained by using Duramax D3005 at a concentration of 1wt% with respect to the solid phase content. In the next stage of the research, slurries with various contents of nano-Al2O3 were prepared in a water-leached and "as received" (not subjected to modification) with the addition of Duramax D3005. The slurries were then subjected to rheological tests, zeta potential, average particle size and pH measurments. It has been found that using water leached powder reduces the viscosity of slurries. The most optimal content of the water-leached nano-Al2O3 in a suspension is 38vol%. At a relatively high solid phase content, the slurry was characterized by high stability and viscosity enabling its smooth formation. In the next stage of research, ceramic samples were obtained by gelcasting and slip casting methods. Gelcasted samples have been delaminated therefore they were not suitable for further research. Then, samples were sintered at temperatures of 1350, 1400, 1450 and 1500°C. Sintered samples were subjected to measurements of density, shrinkage, open porosity, water absorption, Vickers hardness, mechanical strength (only in case of green samples) and microstructure analysis. None of the samples was densified to 100%. The highest relative density (81.5%) was obtained for a sample obtained from suspension with a solid phase content of 38vol% (for wather leached nano-Al2O3) sintered at 1500°C. Conclusions Among the dispersion agents examined in this work among i. e. sugar acids and polyelectrolites, the most beneficial effect on the rheological properties of slurries based on nano-Al2O3 in the alpha form had Duramax D3005. The examined sugar acids: galacturonic, lactobionic and glucuronic are not good dispersing agents for nano-Al2O3 produced by US Research Nanomaterials. Sintering of nano-Al2O3 in the alpha form in 1500°C/2h allows to obtain samples of relative density 77-82%, therefore the further research on selection of sintering conditions for the mentioned nanopowder ( in order to obtain relative density > 95% inconsiderable grain growth) is required. References [1] Falkowski P., Influence of selected monosaccharides on deflocculation of ceramic nanopowders, PhD thesis, Faculty of Chemistry, Warsaw University of Technology, Warsaw, 2009 [2] M. Lewandowska, K. Kurzydłowski, Engineering and functional nanomaterials, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warsaw, 2016
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Olga Agnieszka Tadrzak (FC) Olga Agnieszka Tadrzak,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Zastosowanie wybranych kwasów cukrowych w formowaniu koloidalnym nano-Al2O3
Supervisor
Paulina Wiecińska (FC/CChT) Paulina Wiecińska,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair of Chemical Technology (FC/CChT)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
31-01-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Anna Krztoń-Maziopa (FC/CofIC) Anna Krztoń-Maziopa,, Chair Of Inorganic Chemistry (FC/CofIC)Faculty of Chemistry (FC) Paulina Wiecińska (FC/CChT) Paulina Wiecińska,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
nano tlenek glinu, odlewanie żelowe, odlewanie z gęstwy, reologia, nanomateriały
Keywords in English
nano alumina, gelcasting, slipcasting, reology, nanomaterials
Abstract in Polish
Wprowadzenie Nanomateriały ze względu na swoje unikalne właściwości znajdują zastosowanie w różnych obszarach przemysłu. Nanoceramika jest obecnie intensywnie badaną grupą materiałów [1]. Jest ona stosowana min w medycynie, budownictwie czy przemyśle lotniczym [2,3]. Wytworzenie nanometrycznego materiału o pożądanych właściwościach wiąże się z dobraniem odpowiedniego składu masy lejnej, a następie wyborem optymalnej metody formowania. Dwie metody formowania tworzyw z układów koloidalnych to odlewanie z gęstwy (slip casting) oraz odlewanie żelowe (gelcasting). Aby formowanie masy lejnej było możliwe, musi mieć ona odpowiednio małą lepkość, co w przypadku zawiesin nanoproszków jest trudne do osiągnięcia. Aby zmniejszyć lepkość i poprawić stabilność zawiesiny stosuje się związki upłynniające. Są to związki, które wpływają na oddziaływania pomiędzy cząstkami proszku. Celem niniejszej pracy był dobór składu mas lejnych na bazie nano-Al2O3 pozwalający na uzyskanie stabilnych zawiesin o niskiej lepkości. Drugim celem było otrzymanie kształtek ceramicznych z nano-Al2O3 i zbadanie ich właściwości w stanie surowym i po spiekaniu. Wyniki badań i dyskusja W ramach niniejszej pracy przygotowano masy ceramiczne na bazie nan-Al2O3 ¬z dodatkiem związków upłynniających. Największe stężenie nanoproszoku (38%obj), przy jednocześnie dostatecznie niskiej lepkości, uzyskano z zastosowaniem upłynniacza Duramax D3005 w stężeniu 1%¬wag w stosunku do zawartości fazy stałej. W następnym etapie badań przygotowano masy lejne o różnej zawartości nano-Al2O3 w formie odmytej oraz „as received” (czyli w wersji nie poddawanej modyfikacji) z dodatkiem upłynniacza Duramax D3005. Następnie, masy te poddano badaniom reologicznym, potencjału zeta, średniej wielkości cząstek oraz pH. Stwierdzono, że odmycie proszku obniża lepkość mas ceramicznych. Najbardziej optymalną zawartością odmytego nano-Al2O3 w wodnej zawiesinie było 38%¬obj. Przy stosunkowo dużej zawartości fazy stałej masa charakteryzowała się stabilnością oraz lepkością umożliwiającą jej łatwe formowanie. W następnym etapie badań z przygotowanych mas lejnych uzyskano kształtki ceramiczne metodą odlewania żelowego oraz metodą odlewania z gęstwy Kształtki odlane metodą odlewania żelowego uległy rozwarstwieniu, dlatego nie nadawały się do dalszych badań. Kształtki odlane metodą odlewania z gęstwy spiekano w temperaturach: 1350, 1400, 1450 i 1500°C. Kształtki po spiekaniu poddano pomiarom gęstości, skurczliwości, porowatości otwartej, nasiąkliwości wodnej, twardości Vickers’a, wytrzymałości mechanicznej (w przypadku kształtek w stanie surowym) oraz analizie mikrostruktury. Dla żadnej kształtki nie udało się uzyskać zagęszczenia bliskiego 100%. Największe zagaszenie (81,5%) uzyskano dla kształtki z zawartością fazy stałej wynoszącej 38%obj (dla odmytego nano-Al2O3) spiekanej w temperaturze 1500°C. Wnioski Spośród przebadanych w ramach niniejszej pracy związków upłynniających (z grupy min. kwasów cukrowych, polielektrolitów) najbardziej korzystny wpływ na właściwości reologiczne zawiesin na bazie nano-Al2O3 w odmianie alpha ma sól amonowa poli(kwasu akrylowego) o handlowej nazwie Duramax D3005. Analizowane kwasy cukrowe: galakturonowy, laktobionowy i glukorownowy nie są dobrymi upłynniaczami dla nano-Al2O3 firmy US Research Nanomaterials. Spiekanie nano-Al2O3 w odmianie alpha w temperaturze 1500°C/ 2h pozwala na uzyskanie kształtek o gęstości względnej 77-82%, a zatem konieczne są dalsze badania nad doborem warunków spiekania analizowanego w niniejszej pracy proszku, tak aby uzyskać gęstość względną > 95%, przy nieznacznym rozroście ziarna. Literatura [1] P. Falkowski, Wpływ wybranych monosacharydów na proces upłynniania nanoproszków ceramicznych, rozprawa doktorska, Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2009 [2] M. Lewandowska, K. Kurzydłowski, Nanomateriały inżynierskie konstrukcyjne i funkcjonalne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2016
File
  • File: 1
    praca_inż.-Tadrzak_Olga-278497.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 30022

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT310e34a52da945d9815e1ebb34ab940c/
URN
urn:pw-repo:WUT310e34a52da945d9815e1ebb34ab940c

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page