Spontan koagulationsgjutning (SCC), en ny typ av kolloidal formningsprocess, har fått stor uppmärksamhet sedan 2011 på grund av olika fördelar med hög skrymdensitet och icke-toxicitet, samt förmågan att uppnå dispersion och koagulering med mycket låga tillsatser ( <1 viktprocent av sampolymerer av isobuten och maleinsyraanhydrid (PIBM).
Ytterligare forskning har visat att de gröna kropparna som bildas med denna metod är spröda, och ju mindre pulverpartikelstorlek som används, desto sprödare är de gröna kropparna. Denna artikel rapporterar en studie om plasticitetsförbättringen av oxidkeramiska gröna kroppar formade av SCC.
Teamet publicerade sin artikel i Journal of Advanced Ceramics den 21 maj 2024.
"Syftet med denna studie var att använda mjukgörare i PIBM-gelsystemet för att förbättra plasticiteten hos oxidkeramiska gröna kroppar med olika partikelstorlekar. De vattenlösliga mjukgörare, glycerol och polyetylenglykol (PEG), valdes ut för att innehålla polära grupper ( -OH) och opolära sektioner", sa författarna.
Forskargruppen kvantifierade de gröna kropparnas plasticitet med olika mjukgörare och pulver av olika partikelstorlek genom att analysera böjspännings-töjningskurvan och slagsegheten, samt utföra borrexperiment i samband med praktisk bearbetning.
"Partikelstorleken på det keramiska pulvret spelade en avgörande roll för att bestämma det lämpliga urvalet av mjukgörare. För submikronpulver fann man att glycerol med låg tillsats och kortare molekylkedjor hade en mer uttalad mjukgörande effekt. När partikelstorleken minskade fick PEG med en längre molekylkedja förbättrad plasticitet.
"En ökning av mängden krävdes för pulver i nanoskala. Partikelstorlekarna 0,45 μm, 0,18 μm och 50 nm visade en förbättring i plasticitet med tillsats av 1 viktprocent glycerol, 1 viktprocent PEG och 5 viktprocent PEG, Borrtestet visade att det nästan inte fanns några sprickor runt hålen i greenkropparna med mjukgörare", sa författarna.
Dessutom fann författarna att "mjukgörare hade liten effekt på sintringsegenskaperna hos de gröna kropparna."
När det gäller plasticitetsmekanismen förklarade författarna, "Introduktionen av glycerol och PEG-molekyler kommer att interagera med PIBM-molekylerna i keramiska uppslamningar genom vätebindning och hydrofob effekt, vilket påverkar interaktionen mellan PIBM-molekyler och därigenom modifiera gelnätverkets struktur. Vid torkning, detta nätverk kapslar in ytan av keramiska partiklar för att bilda en kokongliknande struktur ... för att lindra den hårda kontakten mellan partiklarna."
Forskargruppen förväntar sig att förbereda prover i stor storlek, vilket ytterligare utökar de industrialiserade tillämpningarna av spontan koagulationsgjutning.
Bidragsgivarna inkluderar Juanjuan Wang, Jin Zhao, Junyan Mao, Wenlong Liu, Haohao JI, Jian Zhang och Shiwei Wang från State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructure, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences.
Mer information: Juanjuan Wang et al, Enhanced plasticity of spontan coagulation cast oxide keramic green bodies, Journal of Advanced Ceramics (2024). DOI:10.26599/JAC.2024.9220879
Tillhandahålls av Tsinghua University Press
