High Temperature Fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde Zirconia (YSZ) Steigers door In Situ Carbon Templating xerogels

Het algemene doel van deze materiaalverwerkingsmethode is om nanogestructureerde keramieken te creëren en te behouden bij typische centreringstemperaturen door hybride materialen in situ in carbon templates te maken. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in de materiaalkunde en verwerkingsvelden, zoals hoe keramische nanostructuren te controleren onder omstandigheden ver verwijderd van het evenwicht. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het keramische materialen genereert met 80 keer meer oppervlakte dan traditionele technieken.

Hoewel deze methode inzicht kan geven in Yttria gestabiliseerd Zirkonia nanostructuren, kan het ook worden toegepast op vrijwel elk gemengd metaaloxide materiaal. Voeg eerst een magnetische roerstaaf van 25 millimeter en 113 milliliter gedeïoniseerd water toe aan een beker van 500 milliliter. Roer het gedeïoniseerd water op de hoogste snelheid die geen vortex vormt.

Voeg langzaam 13,05 gram watervrij Zirconiumchloride in kleine incrementen toe aan het gedeïoniseerd water. Nadat al het Zirconiumchloride is opgelost, voeg 53,29 gram glucose toe aan de oplossing. Nadat al de glucose is opgelost, voeg 3,73 gram Yttriumnitraat hexahydraat toe aan de oplossing.

Verhoog de roersnelheid tot ongeveer 700 RPM en wacht tot alle vaste stof in oplossing is opgelost. Voeg vervolgens 42 milliliter propyleenoxide toe aan de oplossing. Zodra de oplossing voldoende is gemengd, verlaag de roersnelheid tot ongeveer 150 RPM.

Blijf roeren tot de magnetische roerstaaf stopt met bewegen vanwege gelvorming. Bedek vervolgens de beker met het gel met parafilm. Laat het gel 24 uur ouder worden, verwijder de parafilm van de beker en giet het vocht bovenop het gel af.

Voeg vervolgens 300 milliliter absoluut ethanol toe aan de beker met het gel. Bedek de beker goed met parafilm en laat de beker 24 uur op kamertemperatuur staan. Na het twee keer herhalen van de vorige stap, verwijder het gel uit de beker en plaats het in een porseleinen verdampingsschotel van twee liter met behulp van een laboratoriumspatel.

Breek het gel in stukken met de spatel en verdeel de stukken over het oppervlak van de verdampingsschotel. Laat de gel stukken onder omgevingsomstandigheden drogen, maal het resulterende xerogel tot een fijn poeder met een agat vijzel en stamper. Plaats nu één gram xerogelpoeder in een cilindrische pelletpersvorm van 13 millimeter.

Gebruik een hydraulische pers om 22 kilo Newton aan kracht gedurende 90 seconden toe te passen om het xerogelgel in een pellet te persen. Laat de kracht die door de pers wordt uitgeoefend langzaam los. Verwijder vervolgens voorzichtig de pellet uit de pelletvorm.

Plaats de xerogelpellet op een YSZ plaat en laad de plaat in het midden van een buisoven. Laat Argon blazen met een snelheid van een derde van het volume van de werkbuis per minuut gedurende ten minste 15 minuten, waarbij de gasuitlaat naar een afzuigkap wordt geleid. Terwijl Argon continu met een constante snelheid stroomt, programmeer de buisoven temperatuurregelaar naar het juiste verwarmingsschema.

Start het programma en controleer nogmaals of de buisoven volgens het schema opwarmt. Nadat het verwarmingsprogramma is voltooid, verwijder de pellet uit de buisoven. Snijd met een utilitymes een stuk van 50 milligram uit de gecentreerde xerogelpellet.

Maal vervolgens het xerogel tot een fijn poeder met een agat vijzel en stamper. Plaats ongeveer 50 milligram van het fijne poeder in een Alumina monsterbeker voor thermische gravimetrische analyse. Verwarm het monster met een thermogravimetrische analyzer met een snelheid van 10 graden Celsius per minuut van omgevingstemperatuur tot 1200 graden Celsius terwijl lucht met een snelheid van 100 milliliter per minuut over het monster stroomt.

Bereken de procentuele gewichtsverandering die optreedt tussen 350 en 700 graden Celsius, wat overeenkomt met het totale koolstofgehalte in het monster. Plaats op dit punt de gecentreerde xerogelpellet in een Alumina smeltkroes. Plaats de smeltkroes gedurende twee uur in een boxoven op 700 graden Celsius.

Verwijder voorzichtig de hete smeltkroes uit de boxoven met roestvrijstalen smeltkroestangen. Laat afkoelen tot kamertemperatuur gedurende een uur, verwijder vervolgens het poreuze witte YSZ schaalwerk uit de smeltkroes. YSZ schaalwerk specifiek oppervlaktegebied als functie van koolstof template concentratie wordt hier getoond.

De koolstof template concentratie en specifiek oppervlaktegebied nemen systematisch toe met toenemende glucoseconcentratie en toenemende glucose metaal molverhouding respectievelijk. De koolstof template concentratie zoals gekwantificeerd door thermogravimetrische analyse was vier gewichtsprocent en 64 gewichtsprocent van het totale vaste stof voor de glucose metaal molverhoudingen van nul tot één en 4,5 tot één respectievelijk. SEM beelden tonen aan dat de deeltjes van YSZ xerogel met glucose toevoeging enkele malen kleiner zijn dan die zonder glucose toevoeging.

De vorming van kleinere deeltjes door het toevoegen van glucose aan het gel is consistent met hun hoge koolstofgehalte en oppervlakte. XRD patronen van de sterkste YSZ piek voor YSZ schaalwerk als functie van glucose metaal molverhouding wordt hier getoond. De kristallietgrootte verminderde naarmate de molverhouding toenam en de kristallietgrootte progressie is consistent met de waargenomen toename in oppervlakte met toenemende molverhouding.

De poriegrootteverdeling van het YSZ schaalwerk als functie van glucose metaal molverhouding toont zowel het aantal als de grootte van poriën toename met een toename in molverhouding. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden om een lekdichte stroom van inert gas door de buisoven te handhaven. Volgens deze procedure kunnen andere keramische structuren worden gecreëerd, zoals hier onze structuren die zijn bereid door infiltratie van hybriden in traditionele progress schaalwerken.

Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u keramische nano