Kierownik projektu:
dr hab. inż. Łukasz Zych, prof. nadzw. AGH
Wykonawcy projektu:
prof. dr hab. inż. Krzysztof Haberko; dr inż. Magdalena Zarzecka-Napierała; dr inż. Radosław Lach;
projekt zakończony
termin rozpoczęcia: 15 October 2009
termin zakończenia: 14 April 2012

Formowanie z zawiesin submikronowych i nanometrycznych proszków MgAl2O4 i Y2O3 w celu uzyskania drobnokrystalicznych, przezroczystych tworzyw ceramicznych

 

Celem projektu jest otrzymanie gęstych, drobnoziarnistych materiałów opartych na tlenku itru (Y2O3) oraz spinelu glinowo magnezowym (MgAl2O4) o możliwie wysokiej przeźroczystości w zakresie światła widzialnego i podczerwieni i równocześnie cechujących się dobrymi parametrami mechanicznymi. Te właściwości połączone z charakterystyczną dla MgAl2O4 i Y2O3 dużą odpornością chemiczną i wysoką temperaturą topnienia pozwalają na wykorzystanie tych materiałów w takich zastosowaniach jak: przeźroczyste elementy pancerzy, okienka w urządzeniach pracujących w trudnych warunkach, osłony detektorów podczerwieni. Uzyskanie wysokiej przeźroczystości połączonej z dobrymi właściwościami mechanicznymi w przypadku Y2O3 i MgAl2O4 jest możliwe w przypadku tworzyw składających się z drobnych ziaren. W ramach projektu planuje się otrzymywanie tego typu tworzyw na drodze formowania nanometrycznych i submikronowych proszków przy użyciu metod opartych na zawiesinach takich jak odlewanie swobodne, prasowanie filtracyjne i odlewanie żelowe. Metody te pozwalają na otrzymanie materiałów cechujących się bardzo jednorodną mikrostrukturą, która jest warunkiem koniecznym otrzymania gęstych, drobnoziarnistych spieków. W pracy planuje się użycie dwóch lub trzech rodzajów drobnych proszku każdego materiału różniących się wielkością cząstek, morfologią itp. Część proszków zostanie zsyntezowana w ramach projektu. Zastosowanie trzech różnych metod o podobnym charakterze pozwoli na porównanie ich efektywności w formowaniu nanometrycznych i submikronowych proszków Y2O3 i MgAl2O4. Główna część pracy będzie się koncentrowała na optymalizacji zawiesin użytych do formownia oraz na optymalizacji samego procesu formowania, gdyż jest to kluczowy etap w otrzymywaniu przeźroczystej ceramiki. Materiały będą spiekane kilkoma metodami, tak aby w efekcie doprowadzić do ich pełnego zagęszczenia, które jest konieczne aby dany materiał cechował się znaczną przeźroczystością, gdyż nawet minimalna ilość porów powoduje silne rozpraszanie światła. Na podstawie wyników uzyskanych w trakcie spiekania swobodnego (gęstość względna) planuje się przeprowadzić spiekanie dwustopniowe oraz spiekanie w próżni. Wybrane materiały będą dogęszczane przy użyciu izostatycznego prasowania na gorąco (HIP), tak aby pozbyć się resztkowej porowatości. Końcowa charakterystyka próbek będzie polegała na obserwacji ich mikrostruktury (SEM) oraz badaniu wartości transmisji w zakresie podczerwieni i światła widzialnego i wybranych właściwości mechanicznych takich jak twardość czy wytrzymałość na zginanie.

Publikacje, które powstały w wyniku realizacji projektu

  1. "Colloidal processing of fine spinel powders"; Ł. Zych, A. Wajler, R. Lach; Materials Science Forum, 2013, 730 – 732, 82 – 87;
  2. The influence of the agglomeration state of nanometric MgAl2O4 powders on their consolidation and sintering; Ł. Zych, R. Lach, A. Wajler; Ceramics International, 2014, 40, 9783–9790;
  3. Formowanie z zawiesin drobnych proszków spinelu glinowo-magnezowego; Ł. Zych, A. Wajler, R. Lach, M. Zarzecka-Napierała; Materiały Ceramiczne, 2011, 63, 506-511;
  4. Formowanie drobnych proszków tlenku itru poprzez prasowanie filtracyjne; Ł. Zych, K. Bochenek, A. Wajler, R. Lach; Materiały Ceramiczne, 2012, 64, 192-197;