Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xử lý thủy nhiệt của bột alumina để thay đổi sự gắn kết ở nhiệt độ thấp của các hợp chất gốm phosphat liên kết hóa học qua bức xạ hồng ngoại
Journal of Materials Science - 2024
Tóm tắt
Bài báo này khám phá quá trình xử lý thủy nhiệt của bột α-Al2O3 để cải thiện sự liên kết trong các bộ phận gốm được sản xuất thông qua liên kết hóa học của các bột gốm kết hợp chất kết dính phosphat và quá trình chữa bằng hồng ngoại (IR). Bột nhôm oxit được xử lý trước trong điều kiện thủy nhiệt với cả nước và dung dịch axit photphoric trước khi chuẩn bị bột nhão và chiếu xạ hồng ngoại. Các tác động của quá trình xử lý thủy nhiệt đến các phản ứng hóa học của bột và cấu trúc vi mô cuối cùng của hợp chất được đánh giá sau khi chiếu xạ IR. Trong khi việc điều trị bằng nước không gây ra bất kỳ thay đổi hóa học nào, sự hiện diện của axit photphoric dẫn đến sự xuất hiện của các pha photphat Al(PO3)3 và AlPO4. Quá trình xử lý thủy nhiệt trong nước và dung dịch axit photphoric được phát hiện là thúc đẩy các phản ứng ngưng tụ photphat xảy ra nhanh hơn và mạnh mẽ hơn ở nhiệt độ thấp hơn, với hiệu ứng mạnh hơn khi có mặt H3PO4 (nhiệt độ ngưng tụ 150 °C cho bột được xử lý bằng H3PO4 so với 165 °C cho bột không xử lý). Độ phản ứng cải thiện của bột α-Al2O3 được xử lý thủy nhiệt, đặc biệt là trong sự hiện diện của H3PO4, dẫn đến sự giảm tổng thể độ rỗng cho các bộ phận in 3D so với nhôm oxit không được xử lý (đối với cả bề mặt trên cùng và mặt cắt ngang). Mặc dù cần tối ưu hóa thêm để giảm độ rỗng cuối cùng, có thể in nhanh các bộ phận 3D bằng phương pháp này, cho thấy một con đường khả thi cho quy trình sản xuất thêm (AM) một bước cho gốm.
Từ khóa
#xử lý thủy nhiệt #bột alumina #bức xạ hồng ngoại #hợp chất gốm phosphat #độ rỗng #sản xuất gốm #công nghệ in 3DTài liệu tham khảo
Pfeiffer S, Florio K, Puccio D, Grasso M, Maria B, Aneziris CG, Wegener K, Graule T (2021) Direct laser additive manufacturing of high performance oxide ceramics: a state-of-the-art review. J Eur Ceram Soc 41:6087–6114. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.05.035
Grossin D, Navarrete-segado P, Ozmen E, Monton A, Urruth G, Maury F, Maury D, Frances C, Tourbin M, Lenormand P, Bertrand G (2021) A review of additive manufacturing of ceramics by powder bed selective laser processing (sintering/melting): Calcium phosphate, silicon carbide, zirconia, alumina, and their composites. Open Ceram. https://doi.org/10.1016/j.oceram.2021.100073
Klimov AS, Bakeev IY, Dvilis ES, Oks EM, Zenin AA (2019) Electron beam sintering of ceramics for additive manufacturing. Vacuum 169:108933–108937. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2019.108933
Chaudhary R, Fabbri P, Leoni E, Mazzanti F, Akbari R, Antonini C (2023) Additive manufacturing by digital light processing: a review. Prog Addit Manuf 8:331–351. https://doi.org/10.1007/s40964-022-00336-0
Wagh AS (2016) Chemically bonded phosphate ceramics. In: Chemically bonded phosphate ceramics. Elsevier, pp 17–34. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100380-0.00002-6
Wagh AS (2016) Phosphate chemistry. In: Chemically bonded phosphate ceramics. Elsevier, pp 51–60. https://doi.org/10.1016/b978-0-08-100380-0.00004-x
Somers N, Montón A, Özmen E, Losego MD (2023) Infrared irradiation to drive phosphate condensation as a route to direct additive manufacturing of oxide ceramics. J Am Ceram Soc. https://doi.org/10.1111/jace.19418
Elsayed H, Javed H, Sabato AG, Smeacetto F, Bernardo E (2018) Novel glass-ceramic SOFC sealants from glass powders and a reactive silicone binder. J Eur Ceram Soc 38:4245–4251. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.05.024
Elsayed H, Bertolini R, Biasetto L, Paulina O, Kraxner J, Galusek D, Bernardo E (2022) Novel functional glass–ceramic coatings on titanium substrates from glass powders and reactive silicone binders. Polymers (Basel). https://doi.org/10.3390/polym14194016
Wang X, Schmidt F, Hanaor D, Kamm PH, Li S (2019) Additive manufacturing of ceramics from preceramic polymers: a versatile stereolithographic approach assisted by thiol-ene click chemistry. Addit Manuf 27:80–90
Schmidt J, Colombo P (2017) Digital light processing of ceramic components from polysiloxanes. J Eur Ceram Soc. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.07.033
Chen H, Wang X, Xue F, Huang Y, Zhou K, Zhang D (2018) 3D printing of SiC ceramic: direct ink writing with a solution of preceramic polymers. J Eur Ceram Soc 38:5294–5300. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.08.009
Radovanovic E, Gozzi MF, Gonc MC, Yoshida IVP (1999) Silicon oxycarbide glasses from silicone networks. J Non Cryst Solids 248:37–48
Narisawa M (2010) Silicone resin applications for ceramic precursors and composites. Materials 3:3518–3536. https://doi.org/10.3390/ma3063518
Grant LO, Alameen MB, Carazzone JR, Higgs III CF, Cordero ZC (2018) Mitigating distortion during sintering of binder jet printed ceramics. In: Proceedings of the 29th annual international solid freeform fabrication symposium, pp 135–142
Shrivastav V, Sundriyal S, Kim K, Sinha RK, Tiwari UK, Deep A (2020) Metal-organic frameworks-derived titanium dioxide–carbon nanocomposite for supercapacitor applications. Int J Energy Res 44:6269–6284. https://doi.org/10.1002/er.5328
Liu Y, Xu X, Shao Z, Ping S (2020) Metal-organic frameworks derived porous carbon, metal oxides and metal sulfides-based compounds for supercapacitors application. Energy Storage Mater 26:1–22. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.12.019
Gautam S, Agrawal H, Thakur M, Akbari A, Sharda H, Kaur R, Amini M (2020) Metal oxides and metal organic frameworks for the photocatalytic degradation: a review. J Environ Chem Eng 8:103726–103740. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.103726
Fujii E, Torii H, Tomozawa A, Takayama R, Hirao T (1995) Iron oxide films with spinel, corundum and bixbite structure prepared by plasma-enhanced metalorganic chemical vapor deposition. J Cryst Growth 151:134–139
Zou G, Chen J, Zhang Y, Wang C, Huang Z, Li S, Liao H, Wang J, Ji X (2016) Carbon-coated rutile titanium dioxide derived from titanium-metal organic framework with enhanced sodium storage behavior. J Power Sources 325:25–34. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.06.017
Wang M, Liu J, Du H, Hou F, Guo A, Zhao Y, Zhang J (2014) A new practical inorganic phosphate adhesive applied under both air and argon atmosphere. J Alloys Compd 617:219–221. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.08.043
Colorado HA, Hiel C, Hahn HT (2011) Chemically bonded phosphate ceramics composites reinforced with graphite nanoplatelets. Compos Part A 42:376–384. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2010.12.007
Jeong SY, Wagh AS (2003) Cementing the gap between ceramics, cements, and polymers. Mater Technol 18(3):162–168. https://doi.org/10.1080/10667857.2003.11753035
Zhu X, Yue M, Qu Z, Ma Y, Li H, Takagi K, Fang X, Feng X (2019) High-temperature DIC based on aluminium dihydrogen phosphate speckle. Measurement 133:133–138. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.09.079
Xu X, Zhang J, Jiang P, Liu D, Jia X, Wang X (2022) Direct ink writing of aluminum-phosphate-bonded Al2O3 ceramic with ultra-low dimensional shrinkage. Ceram Int 48:864–871. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.09.168
Morris JH, Perkins PG, Rose AEA, Smith WE (1977) The chemistry and binding properties of aluminium phosphates. Chem Soc Rev 6:173–194. https://doi.org/10.1039/CS9770600173
Vakifahmetoglu C, Karacasulu L (2020) Cold sintering of ceramics and glasses: a review. Curr Opin Solid State Mater Sci. https://doi.org/10.1016/j.cossms.2020.100807
Plyushch A, Lewin D, Sokal A, Grigalaitis R, Shvartsman VV, Macutkevič J, Salamon S, Wende H, Lapko KN, Kuzhir PP, Lupascu DC, Banys J (2022) Magnetoelectric coupling in nonsintered bulk BaTiO3–xCoFe2O4 multiferroic composites. J Alloys Compd. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165519
Meisak D, Plyushch A, Macutkevič J, Grigalaitis R, Sokal A, Lapko KN, Selskis A, Kuzhir PP, Banys J (2023) Effect of temperature on shielding efficiency of phosphate-bonded CoFe2O4–xBaTiO3 multiferroic composite ceramics in microwaves. J Mater Res Technol 24:1939–1948. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.03.124
Hopp V, Masoudi Alavi A, Hahn D, Quirmbach P (2021) Structure–property functions of inorganic chemical binders for refractories. Materials 14:4636–4650. https://doi.org/10.3390/ma14164636
Yang G, Park S-J (2019) Conventional and microwave hydrothermal synthesis and application of functional materials: a review. Materials. https://doi.org/10.3390/ma12071177
Desset S, Spalla O, Lixon P, Cabane B (2002) Variation of the surface state of a -alumina through hydrothermal treatments. Colloids Surf A Physicochem Eng Asp 196:1–10
Homeier EH, Kot RJ, Bauer LJ, Genualdi JT (1988) Dissolution of a-alumina for elemental analysis by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. J Anal At Spectrom 3:3–8
Yankwa Djobo JN, Nkwaju RY (2021) Preparation of acid aluminum phosphate solutions for metakaolin phosphate geopolymer binder. RSC Adv 11:32258–32268. https://doi.org/10.1039/D1RA05433C
Chung DDL (2003) Review acid aluminum phosphate for the binding and coating of materials. J Mater Sci 38:2785–2791. https://doi.org/10.1023/A:1024446014334
Rmili W, Vivet N, Chupin S, Le Bihan T, Le Quilliec G, Richard C (2016) Quantitative analysis of porosity and transport properties by FIB-SEM 3D imaging of a solder based sintered silver for a new microelectronic component. J Electron Mater 45:2242–2251. https://doi.org/10.1007/s11664-015-4288-1
Djebaili K, Mekhalif Z, Boumaza A, Djelloul A (2015) XPS, FTIR, EDX, and XRD analysis of Al2O3 scales grown on PM2000 alloy. J Spectrosc 2015:1–16. https://doi.org/10.1155/2015/868109
Wang M, Zhang J, Wei T, Zhou Q, Li Z (2020) Effect of Al: P ratio on bonding performance of high-temperature resistant aluminum phosphate adhesive. Int J Adhes Adhes. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102627
Tricot G, Hu H, Beaussart A, Fernandes I, Perrot C (2022) Effect of the P/Al molar ratio and heating rate on the composition of alumino-phosphate binders. Materials. https://doi.org/10.3390/ma15062337
Vippola M, Vuorinen J, Vuoristo P, Lepistö T, Mäntylä LTM (2001) Thermal analysis of plasma sprayed oxide coatings sealed with aluminium phosphate. J Eur Ceram Soc 22:1937–1946
Rousseau G, Montagne L, Méar FO (2021) Further insights on the thermal degradation of aluminum metaphosphate prepared from aluminum dihydrogen phosphate solution. J Eur Ceram Soc 41:4970–4976. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.03.023