PL210130B1 - Sposób wytwarzania kształtek ceramicznych - Google Patents

Sposób wytwarzania kształtek ceramicznych

Info

Publication number
PL210130B1
PL210130B1 PL379803A PL37980306A PL210130B1 PL 210130 B1 PL210130 B1 PL 210130B1 PL 379803 A PL379803 A PL 379803A PL 37980306 A PL37980306 A PL 37980306A PL 210130 B1 PL210130 B1 PL 210130B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
amount
parts
ceramic
temperature
activator
Prior art date
Application number
PL379803A
Other languages
English (en)
Other versions
PL379803A1 (pl
Inventor
Mikołaj Szafran
Gabriel Rokicki
Dariusz Jach
Piotr Pawłowski
Original Assignee
Politechnika Warszawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Warszawska filed Critical Politechnika Warszawska
Priority to PL379803A priority Critical patent/PL210130B1/pl
Publication of PL379803A1 publication Critical patent/PL379803A1/pl
Publication of PL210130B1 publication Critical patent/PL210130B1/pl

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kształtek z masy ceramicznej metodą „gelcasting”, która polega na bezpośredniej konsolidacji proszku ceramicznego pod wpływem reakcji polimeryzacji monomeru organicznego wewnątrz ceramicznej masy lejnej (polimeryzacja „in situ”). Proces ten pozwala na uzyskanie, po odparowaniu wody, sztywnego surowego odlewu ceramicznego odwzorowującego kształt formy, który odznacza się wysoką jednorodnością i wytrzymałością mechaniczną. Surową kształtkę poddaje się następnie procesowi wypalania części organicznych i procesowi spiekania. Metodą tą można wytwarzać kształtki ceramiczne o skomplikowanym kształcie i średnicy od kilku milimetrów do 1 m.
Z literatury patentowej: M. A. Janney, Patent USA 4 894 194 (1990) i naukowej: Young A.C., Omatete O.O., Janney M.A., Menchhofer P.A., J. Am. Ceram. Soc, 74, 612 (1991), Omatete O.O., Janney M.A., Nunn S., J. Eur. Ceram. Soc, 17, 407 (1997) i Omatete O.O., Janney M.A., Sterklow R.A., Ceram. Bull., 70, 1641 (1991) znane są rozwiązania, w których jako monomer stosuje się akryloamid, a jako środek sieciujący stosuje się metylenobisakryloamid.
Podstawową wadą takiego rozwiązania jest neurotoksyczność akryloamidu i konieczność stosowania dodatkowego środka sieciującego. Dodatkową wadą takiego sposobu jest emisja tlenków azotu generowanych podczas procesu wypalania polimeru o dużej zawartości azotu z uformowanych kształtek.
Aby wyeliminować problem neurotoksyczności akryloamidu próbowano zastąpić go metakryloamidem, co opisano w publikacjach: Gilissen R., Erauw J.P., Smolders A., Vanswijgenhoven E., Luyten J., Mater. Des., 21, 251 (2000) i Ortega F.S., Sepulveda P., Pandolfelli V.C., J. Eur. Ceram. Soc., 22, 1395 (2002), jednakże produkt w postaci surowych kształtek, chociaż mniej toksyczny, charakteryzował się małą wytrzymałością na zginanie.
Znany jest też z publikacji K. Cai, Y. Huang, J. Yang, J. Europ. Ceram. Soc. 25, 1089 (2005) i K. Cai, Y. Huang, J. Yang, J. Eur. Ceram. Soc. 25, 1089 (2005) sposób formowania kształtek metodą „gelcasting” z użyciem monomeru o małej toksyczności, jakim jest metakrylan 2-hydroksyetylowy. Jednakże kompozycja z udziałem tego monomeru wymaga dodatkowo użycia środka sieciującego w postaci metylenobisakryloamidu lub diakrylanu glikolu poli(oksyetylenowego).
Sposób wytwarzania kształtek ceramicznych na drodze polimeryzacji in situ w masie ceramicznej zawierającej w swoim składzie proszek ceramiczny, organiczny monomer sieciujący, upłynniacz, inicjator, aktywator oraz ewentualnie środek sieciujący, według wynalazku polega na zmieszaniu proszku ceramicznego z roztworem monomeru organicznego, ewentualnie ze środkiem sieciującym, oraz z upł ynniaczem, aktywatorem i ś rodkiem powierzchniowo-czynnym, odpowietrzeniu masy, dodaniu inicjatora, uformowaniu, suszeniu i wypaleniu kształtek po wyjęciu z formy. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako organiczny monomer sieciujący stosuje się monoakrylan glicerolu w iloś ci 0,5 - 10 cz. wag. w postaci roztworu wodnego w 10 - 50 cz. wag. wody, proszek ceramiczny stosuje się w ilości 70 - 85 cz. wag., upłynniacz stosuje się w ilości 0,10 - 1,0 cz. wag., inicjator stosuje się w ilości 1 - 15 cz. wag., aktywator stosuje się w ilości 0,01 - 0,1 cz. wag., środki powierzchniowo czynne stosuje się w ilości 0,01 - 0,1 cz. wag., a reakcję polimeryzacji prowadzi się w temperaturze od 10°C do 50°C do uzyskania sztywności i wytrzymałości mechanicznej odlewu pozwalającej na jego swobodne wyjęcie z formy bez uszkodzeń.
Jako proszki ceramiczne korzystnie stosuje się AI2O3, ZrO2, SiC, Si3N4.
Kształtki zawierające AI2O3 wypala się w zakresie temperatur 1500-1700°C, ZrO2 w temperaturze 1400-1600°C, SiC w temperaturze 2200°C, a kształtki zawierające Si3N4 wypala się pod ciśnieniem 20-50 MPa w zakresie temperatury 1650-1750°C.
Korzystnie stosuje się proszek ceramiczny o wielkości ziaren poniżej 1 μm.
Korzystnie jako upłynniacz stosuje kwas cytrynowy lub wodorocytrynian dwuamonu lub poli(akrylan amonu).
Korzystnie jako środek sieciujący stosuje się diakrylan glikolu poli(oksyetylenowego).
Korzystnie jako inicjator stosuje się nadsiarczan amonu.
Korzystnie jako aktywator stosuje się N,N,N',N'-tetrametyloetylenodiaminę.
Proces odlewania masy lejnej można przeprowadzić w formach wykonanych z nieporowatych materiałów, takich jak tworzywa sztuczne lub metal.
Sposobem według wynalazku można otrzymać kształtki o gęstości względnej w stanie surowym do 60,5%, wytrzymałości na rozciąganie do 3,2 MPa i gęstości względnej po spiekaniu do 98%.
PL 210 130 B1
Sposób według wynalazku, dzięki zastosowaniu monoakrylanu glicerolu zawierającego dwie grupy hydroksylowe w cząsteczce, pozwala na prowadzenie procesu polimeryzacji do utworzenia hydrożelu z udziałem niewielkiej ilości lub bez konieczności stosowania środków sieciujących. Obecność dwóch grup hydroksylowych w cząsteczce monomeru pozwala na utworzenie sieci polimerowej z udziałem wiązań wodorowych oraz silniejsze związanie proszku z polimerem. Dzięki temu można stosować mniejsze ilości monomerów, co prowadzi do ograniczenia kosztów, zwiększenia gęstości surowych kształtek i po ich spieczeniu oraz ogranicza emisję gazów powstających podczas procesu wypalania polimeru. Ponadto glicerol wchodzący w skład monomeru jest nietoksyczny i przyjazny dla środowiska.
Monoakrylan glicerolu otrzymuje się w reakcji glicydolu z kwasem akrylowym prowadzonej w temperaturze 60°C przez 18 do 24 godzin. Produkt reakcji składa się z dwóch izomerów akrylanu 2,3-dihydroksy-1-propylowego (70%) i akrylanu 1,3-dihydroksy-2-propylowego (30%).
Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania.
P r z y k ł a d 1
W reaktorze pojemnoś ci 250 cm3 umieszczono 22,5 g glicydolu i 21,7 g kwasu akrylowego, zawartość reaktora ogrzano do temperatury 60°C i mieszano przez 24 h. Proces syntezy kontrolowano pobierając próbki i oznaczając liczbę kwasową. Po uzyskaniu liczby kwasowej poniżej 10 mg KOH/g zawartość reaktora ochłodzono. Otrzymano 42,3 g monometakrylanu glicerolu. Otrzymany monomer akrylowy zastosowano w procesie formowania proszków ceramicznych metodą gelcasting.
100,0 g proszku tlenku glinu o średniej wielkości ziarna 0,5 μm z dodatkiem 21,3 g wody, 4,0 g monoakrylanu glicerolu, 0,14 g cytrynianu diamonu, 0,10 g kwasu cytrynowego, 0,12 g metylenobisakrylamidu, 0,015 g N,N,N',N'-tetrametyloetylenodiaminy, mieszano w młynie kulowym przez 1,5 godziny. Ceramiczną masę lejną odpowietrzano pod obniżonym ciśnieniem 10 hPa przez 10 min, następnie dodano 1,2 g 10% wodnego roztworu nadsiarczanu amonu. Otrzymaną zawiesinę wlano do formy z PVC i polimeryzowano w temperaturze 25°C przez 12 godzin. Surowe kształtki suszono przez 24 h w temperaturze 60°C, po dosuszeniu, poddawano procesowi spiekania w temperaturze 1550°C.
Uzyskane kształtki w stanie surowym charakteryzowały się następującymi właściwościami: gęstością względną 63% i wytrzymałością mechaniczną na rozrywanie 3,2±0,07 MPa.
Uzyskane spieki charakteryzowały się następującymi właściwościami: gęstością względną 98,2% i wytrzymałością mechaniczną na zginanie 490±58 MPa.
P r z y k ł a d 2
Otrzymany według sposobu opisanego w przykładzie 1 monomer akrylowy zastosowano w procesie formowania kształtek z ZrO2, 100,0 g proszku ZrO2 stabilizowanego Y2O3 o średniej wielkości ziarna 0,7 μm z dodatkiem 29,5 g wody, 4,5 g monoakrylanu glicerolu, 0,14 g cytrynianu diamonu, 0,10 g kwasu cytrynowego, 0,12 g metylenobisakrylamidu, 0,015 g N,N,N',N'-tetrametyloetylenodiaminy, mieszano w młynie kulowym przez 1,5 godziny. Ceramiczną masę lejną odpowietrzano pod obniżonym ciśnieniem 10 hPa przez 10 min, następnie dodano 1,2 g 10% wodnego roztworu nadsiarczanu amonu. Otrzymaną zawiesinę wlano do formy z PVC i polimeryzowano w temperaturze 25°C przez 12 godzin. Surowe kształtki suszono przez 24 h w temperaturze 60°C, po dosuszeniu, poddawano procesowi spiekania w temperaturze 1500°C/2 h.
Uzyskane kształtki w stanie surowym charakteryzowały się gęstością względną 59% i wytrzymałością mechaniczną na rozciąganie 3,7±0,07 MPa.
Uzyskane spieki charakteryzowały się następującymi właściwościami: gęstością względną 98,0% i wytrzymałością mechaniczną na zginanie 820±86 MPa.
P r z y k ł a d 3
Otrzymany według sposobu opisanego w przykładzie 1 monomer akrylowy zastosowano w procesie formowania kształtek z SiC. 100,0 g proszku SiC o średniej wielkości ziarna 0,9 μm z dodatkiem 31.5 g wody, 5,0 g monoakrylanu glicerolu, 0,2 g poli(akrylanu amonu), 0,15 g metylenobisakrylamidu, 0,017 g N,N,N',N'-tetrametyloetylenodiaminy, mieszano w młynie kulowym przez 1,5 godziny. Ceramiczną masę lejną odpowietrzano pod obniżonym ciśnieniem 10 hPa przez 10 min, następnie dodano 1,3 g 10% wodnego roztworu nadsiarczanu amonu. Otrzymaną zawiesinę wlano do formy z PVC i polimeryzowano w temperaturze 25°C przez 12 godzin. Surowe kształtki suszono przez 24 h w temperaturze 60°C, po dosuszeniu, poddawano procesowi swobodnego spiekania w temperaturze 2200°C/2h.
Uzyskane kształtki w stanie surowym charakteryzowały się gęstością względną 60% i wytrzymałością mechaniczną na rozciąganie 3,9±0,3 MPa.
Uzyskane spieki charakteryzowały się następującymi właściwościami: gęstością względną 97,0% i wytrzymałością mechaniczną na zginanie 780±77 MPa.
PL 210 130 B1
P r z y k ł a d 4
Otrzymany według sposobu opisanego w przykładzie 1 monomer akrylowy zastosowano w procesie formowania kształtek z Si3N4. 95,0 g proszku Si3N4, 2 g MgO i 3 g Y2O3 o średniej wielkości ziarna 0,6 μm z dodatkiem 31,5 g wody, 4,1 g monoakrylanu glicerolu, 0,25 g poli(akrylanu amonu), 0,14 g metylenobisakrylamidu, 0,017 g N,N,N',N'-tetrametyloetylenodiaminy, mieszano w młynie kulowym przez 1,5 godziny. Ceramiczną masę lejną odpowietrzano pod obniżonym ciśnieniem 10 hPa przez 10 min, następnie dodano 1,3 g 10% wodnego roztworu nadsiarczanu amonu. Otrzymaną zawiesinę wlano do formy z PVC i polimeryzowano w temperaturze 25°C przez 12 godzin. Surowe kształtki suszono przez 24 h w temperaturze 60°C, po dosuszeniu, poddawano procesowi spiekania pod ciśnieniem 30 MPa w temperaturze 1700°C/20 min.
Uzyskane kształtki w stanie surowym charakteryzowały się gęstością względną 57% i wytrzymałością mechaniczną na rozciąganie 4,2±0,3 MPa.
Uzyskane spieki charakteryzowały się następującymi właściwościami: gęstością względną 99,0% i wytrzymałością mechaniczną na zginanie 600±55 MPa.

Claims (11)

1. Sposób wytwarzania kształtek ceramicznych na drodze polimeryzacji in situ w masie ceramicznej zawierającej w swoim składzie proszek ceramiczny, organiczny monomer sieciujący, upłynniacz, inicjator, aktywator oraz ewentualnie środek sieciujący, polegający na zmieszaniu proszku ceramicznego z roztworem monomeru organicznego, ewentualnie ze środkiem sieciującym, oraz z upłynniaczem, aktywatorem i środkiem powierzchniowo-czynnym, odpowietrzeniu masy, dodaniu inicjatora, uformowaniu, suszeniu i wypaleniu kształtek po wyjęciu z formy, znamienny tym, że jako organiczny monomer sieciujący stosuje się monoakrylan glicerolu w ilości 0,5-10 cz. wag. w postaci roztworu wodnego w 10-50 cz. wag. wody, proszek ceramiczny stosuje się w ilości 70-85 cz. wag., upłynniacz stosuje się w ilości 0,10-1,0 cz. wag., inicjator stosuje się w ilości 1-15 cz. wag., aktywator stosuje się w ilości 0,01-0,1 cz. wag., środki powierzchniowo czynne stosuje się w ilości 0,01-0,1 cz. wag., a reakcję polimeryzacji prowadzi się w temperaturze od 10°C do 50°C do uzyskania sztywności i wytrzymałości mechanicznej odlewu pozwalającej na jego swobodne wyjęcie z formy bez uszkodzeń.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako proszki ceramiczne korzystnie stosuje się proszek AI2O3 lub ZrO2 lub SiC lub Si3N4.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że kształtki zawierające AI2O3 wypala się w zakresie temperatur 1500-1700°C.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że kształtki zawierające ZrO2 wypala się w temperaturze 1400-1600°C.
5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że kształtki zawierające SiC wypala się w temperaturze 2200°C.
6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że kształtki zawierające Si3N4 wypala się pod ciśnieniem 20-50 MPa w temperaturze 1650-1750°C.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się proszek ceramiczny o wielkości ziaren poniżej 1 urn.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako upłynniacz stosuje kwas cytrynowy i/lub wodorocytrynian dwuamonu i/lub poli(akrylan amonu).
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek sieciujący stosuje się diakrylan glikolu poli(oksyetylenowego).
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako inicjator stosuje się nadsiarczan amonu.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako aktywator stosuje się N,N,N',N'-tetrametyloetylenodiaminę.
PL379803A 2006-05-29 2006-05-29 Sposób wytwarzania kształtek ceramicznych PL210130B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL379803A PL210130B1 (pl) 2006-05-29 2006-05-29 Sposób wytwarzania kształtek ceramicznych

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL379803A PL210130B1 (pl) 2006-05-29 2006-05-29 Sposób wytwarzania kształtek ceramicznych

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL379803A1 PL379803A1 (pl) 2007-12-10
PL210130B1 true PL210130B1 (pl) 2011-12-30

Family

ID=43027903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL379803A PL210130B1 (pl) 2006-05-29 2006-05-29 Sposób wytwarzania kształtek ceramicznych

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL210130B1 (pl)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL423258A1 (pl) * 2017-10-24 2019-05-06 Politechnika Warszawska Sposób otrzymywania tworzyw ceramicznych metodą odlewania żelowego

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL423258A1 (pl) * 2017-10-24 2019-05-06 Politechnika Warszawska Sposób otrzymywania tworzyw ceramicznych metodą odlewania żelowego
PL234779B1 (pl) * 2017-10-24 2020-03-31 Politechnika Warszawska Sposób otrzymywania tworzyw ceramicznych metodą odlewania żelowego

Also Published As

Publication number Publication date
PL379803A1 (pl) 2007-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tallon et al. Recent trends in shape forming from colloidal processing: A review
Deng et al. Preparation and characterization of porous mullite ceramics via foam-gelcasting
Yang et al. Room-temperature gelcasting of alumina with a water-soluble copolymer
Tulliani et al. Development and mechanical characterization of novel ceramic foams fabricated by gel-casting
Bednarek et al. Gelcasting of alumina with a new monomer synthesized from glucose
Wu et al. A new gelcasting using Isobam both as dispersant and monomer
Zhang et al. Pore morphology designs of porous Si3N4-based ceramics using Si3N4 and Al2O3 poly-hollow microspheres as pore-forming agents
Wu et al. Preparation of Si3N4 ceramics by aqueous gelcasting using non-toxic agar powder as gelling agent without cooling crosslink process
Idzkowska et al. Acryloyl derivative of glycerol in fabrication of zirconia ceramics by polymerization in situ
JP4514847B2 (ja) セラミックス多孔体の製造方法
Wiecinska et al. Processing of porous ceramics from highly concentrated suspensions by foaming, in situ polymerization and burn-out of polylactide fibers
PL210130B1 (pl) Sposób wytwarzania kształtek ceramicznych
KR101311273B1 (ko) 다공성 튜브형 지지체의 제조방법 및 이에 의해 제조된 다공성 튜브형 지지체
de Moraes et al. Gel casting of silicon nitride foams using biopolymers as gelling agents
Wu et al. Fabrication of Sialon ceramic via non-aqueous gelcasting based on the HEMA gelling agent
Wu et al. Gelcasting of through-pore hydroxyapatite ceramics
Hu et al. Length change and deformation of powder injection-molded compacts during solvent debinding
Li et al. Gelcasting of metal powders in nontoxic cellulose ethers system
CN101591173A (zh) 氮化硅多孔陶瓷的制备方法
Szafran et al. NEW MULTIFUNCTIONAL COMPOUNDS IN GELCASTING PROCESS- INTRODUCTION TO THEIR SYNTHESIS AND APPLICATION
CN104311089B (zh) 一种利用凝胶注模制备致密氧化铬耐火材料的方法
PL213043B1 (pl) Sposób wytwarzania elementów ceramicznych metodą odlewania żelowego
Somton et al. Shrinkage and properties of die pressed alumina produced from different granule sources
CN104926357A (zh) 新型注凝成型体系制备Ca-ZrO2泡沫陶瓷的方法及Ca-ZrO2泡沫陶瓷
Liu et al. Effect of the molecular weight and concentration of PEG solution on microstructure and mechanical properties of Si3N4 ceramics fabricated by gel-casting

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20130529