تأثیر غلظت یون‌ها در گرانروی دوغاب‌های آلومینایی پایدار شده در فرایند رسوب نشانی الکتروفورتیک

نویسندگان

1 1. پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژی‌های نو، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، تهران

2 2. دانشکده مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

مقدار وزن نهایی رسوب الکتروفورتیک همواره وابسته به تحرک الکتروفورتیک ذرات در داخل سوسپانسیون است. براساس تمام تئوری‌های بیان شده تحرک الکتروفورتیک رابطه عکس با گرانروی دوغاب داشته و با افزایش گرانروی، تحرک الکتروفورتیک و به تبع میزان وزن رسوب نهایی کاهش می‌یابد. گرانروی دوغاب‌های سرامیکی در محیط‌های آلی وابسته به میزان یون محلول در محیط است. در این تحقیق گرانروی، هدایت و وزن رسوب در فرایند رسوب الکتروفورتیک دوغاب‌های آلومینایی پایدار شده با ایتریم، منیزیم، سریم و لانتانیوم که میزان یون‌‌ها بین 350 تا ppm 1350 تغییر کرد، تعیین گردیده است. غلظت نمک ‍ XCly(که X می‌تواند Mg، Y، Ce و یا La باشد) یک عامل مهم برای کنترل گرانروی است. نشان داده شده است که وزن رسوب با تغییر غلظت این پراکنده‌سازها تغییر می‌کند و تابعی از هدایت، گرانروی و یا اسیدیته دوغاب نیست. همه برهم‌کنش‌های دوتایی به‌جز از غلظت Mg × Ce در مدل ANOVA دارای اهمیت هستند. گرانروی دوغاب در غلظت‌های 100، 100، 100 و صفر ppm از نمک‌های منیزیم، ایتریم، لانتانیوم و سریم و مقدار ید 400 ppm، تا mPa.s 5/2 کاهش می‌یابد. دلیل این موضوع این است که کاتیون‌های سنگین‌تر قابلیت جذب برروی سطح آلومینا را تنها در حضور ید به‌دست می‌آورند در حالی که کاتیون‌های سبک‌تر منیزیم، می‌توانند تحت حضور گروه‌های OH نیز جذب شوند.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Ion Concentration on Viscosity of Doped Alumina Suspensions for Electrophoretic Deposition

نویسندگان [English]

  • M. Milani 1
  • S. M. Zahraee 1
  • S. M. Mirkazemi 2
1 1. Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Tehran, Iran
2 2. School of Metallurgy and Materials Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Electrophoretic Deposition (EPD) weight is highly affected by electrophoretic mobility of powders in suspension. In theoretical aspect, electrophoretic mobility is influenced by suspension viscosity in opposite direction, and increasing in viscosity can decrease electrophoretic mobility and consequently can decrease EPD weight. In non-aqueous suspension, viscosity is determined by ion strengths of suspension. In this study, viscosity, electrical conductivity and deposit weight were determined for electrophoretic deposition (EPD) of alumina suspended in ethanolic solvent of Y-, Mg-, Ce- and La- salts, prepared in dispersant level between 350 to 1350 ppm. The concentration of XCly, (X: Mg, Y, Ce and La), is also found to be a critical factor to control  the viscosity. It is shown that the deposit weight is influenced by precursor concentration, and on the other hand, electrical conductivity, viscosity or the pH of the suspension cannot change the yield. All concentrations interactions, except Mg × Ce concentration are significant in ANOVA model. The viscosity of suspension reached 2.5 mPa.s with Mg-, Y-, La- and Ce- decreased to 100, 100, 100 and 0 ppm in low iodine concentration (400 ppm). The reason is that heavier cations can be adsorbed to alumina surface with iodine adsorption, but lighter Mg- cations can be adsorbed under the influence of OH groups excited on alumina surface.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electrophoretic Deposition
  • ANOVA
  • Dopant
  • Viscosity
  • Sintering Aid

مراجع

1. Dey, S., Bhattacharjee, S., Rout, T. K., Sengupta, D. K., Uchikoshi, T., and Besra, L., “Effect of Electrode Reactions During Aqueous Electrophoretic Deposition on Bulk Suspension Properties and Deposition Quality”, Key Engineering Materials, Vol. 654, pp. 3-9, 2015.
2. Hamaker, H. C., “Formation of a Deposit by Electrophoresis”, Transaction of Faraday Society, Vol. 35, No. 0, pp. 279-287, 1940.
3. Moreno, R., and Ferrari, B., Nanoparticles Dispersion and the Effect of Related Parameters in the EPD Kinetics. In Electrophoretic Deposition of Nanomaterials, J. H. Dickerson and A. R. Boccaccini, (Eds.), New York, NY: Springer New York, pp. 73-128, 2012.
4. Besra, L., Samantaray, P., Bhattacharjee, S., and Singh, B. P., “Electrophoretic Deposition of Alumina on Stainless Steel from Non-Aqueous Suspension”, Journal of Materials Science. Vol. 42, No. 14, pp. 5714-5721, 2007.
5. Suzuki, T. S., Uchikoshi, T., and Sakka, Y., “Effect of Sintering Additive on Crystallographic Orientation in AlN Prepared by Slip Casting in a Strong Magnetic Field”, Journal of the European Ceramic. Society, Vol. 29, No. 12, pp. 2627-2633, 2009.
6. Jin, L., Mao, X., Wang, S., and Dong, M., “Optimization of the Rheological Properties of Yttria Suspensions”, Ceramics International, Vol. 35, No. 2, pp. 925-927, 2009.
7. Tsetsekou, A., Agrafiotis, C., and Milias, A., “Optimization of the Rheological Properties of Alumina Slurries for Ceramic Processing Applications Part I: Slip-casting” Journal of the European Ceramics Society, Vol. 21, No. 3, pp. 363-373, 2001.
8. Stuer, M., Zhao, Z., and Bowen, P., “Freeze Granulation: Powder Processing for Transparent Alumina Applications”, Journal of the European Ceramics Society, Vol. 32, No. 11, pp. 2899-2908, 2012.
9. Heydarian, S., Ranjbar, Z., and Rastegar, S., “Electrophoretic Deposition Behavior of Chitosan Biopolymer as a Function of Solvent Type”, Polymer-Plastics Technology and Engineering, Vol. 54, No. 11, pp. 1193-1200, 2015.
10. Popa, A. M., Vleugels, J., Vermant, J., and Van der Biest, O., “Influence of Surfactant Addition Sequence on the Suspension Properties and Electrophoretic Deposition Behaviour of Alumina and Zirconia”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 26, No. 6, pp. 933-939, 2006.
11. Zhang, Z., Huang, Y., and Jiang, Z., “Electrophoretic Deposition Forming of SiC-TZP Composites in a Nonaqueous Sol Media”, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 77, No. 7, pp. 1946-1949, 1994.
12. Stuer, M., and Bowen, P., “Yield Stress Modelling of Doped Alumina Suspensions for Applications in Freeze Granulation: Towards Dry Pressed Transparent Ceramics”, Advances in Applied Ceramics, Vol. 111, No. 5-6, pp. 254-261, 2012.
13. Biswas, P., Kiran Kumar, M., Rajeswari, K., Johnson, R., and Hareesh, U. S., “Transparent Sub-micrometre Alumina from Lanthanum Oxide Doped Common Grade Alumina Powder”, Ceramics International, Vol. 39, No. 8, pp. 9415-9419, 2013.
14. Wang, G., Sarkar, P., and Nicholson, P. S., “Influence of Acidity on the Electrostatic Stability of Alumina Suspensions in Ethanol”, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 80, No. 4, pp. 965-972, 2005.
15. Montgomery, D. C., Design and Analysis of Experiments, 8rd ed., New York: John Wiley & Sons, Inc., 2001.
16. Milani, M., Zahraee, S. M., and Mirkazemi, S. M., “Electrophoretic Deposition of Doped Alumina Suspensions I. Doping Element Selection”, Unpublished results, Under Review.
17. Besra, L., and Liu, M., “A Review on Fundamentals and Applications of Electrophoretic Deposition (EPD)”, Progress in Material Science, Vol. 52, No. 1, pp. 1-61, 2007.
18. Novak, S., and König, K., “Fabrication of Alumina Parts by Electrophoretic Deposition from Ethanol and Aqueous Suspensions”, Ceramics International, Vol. 35, No. 7, pp. 2823-2829, 2009.
مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 36، شماره 2
شهریور 1396
صفحه 119-130

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی