بخشی از مقاله
چکیده
زیرکونیای پایدار شده به عنوان یکی از مهمترین مواد مورد استفاده در لایه بالایی پوششهای سد حرارتی است. به این منظور دوغابهای زیرکونیای از اهمیت بسزایی به منظور گرانولسازی برای استفاده در پوششهای سد حرارتی برخوردار میباشند.؛ لذا در این پژوهش به بررسی رئولوژی دوغابهای زیرکونیای پایدار شده با ایتریا با افزودن روانسازهای پلی الکترولیتی پرداخته شد.
بدین منظور از نانو پودر زیرکونیای پایدار شده با ایتریا، روانسازهای پلی الکترولیتی Dolapix CE64، Dolapix PC75،Dolapix PC21 و برای کنترل PH دوغابها از NaOH و HCl استفاده شد. تاثیر افزودن روانسازها با درصدهای وزنی مختلف بین 0/005 تا 0/9 بر روی دوغاب بررسی شد. پایداری دوغاب در فواصل زمانی مشخص بر مبنای حجم رسوب و میزان رقیق شدن دوغاب ارزیابی شد. بررسی ها نشان داد که Dolapix CE64، Dolapix PC75 به عنوان بهترین روانسازها به منظور پایدارسازی دوغاب زیرکونیای پایدار شده با ایتریا هستند. کمترین میزان حجم رسوب و گرانروی مناسب با 0/1 و 0/05درصد وزنی روانساز و در PH برابر با 4 حاصل شد. درصد بهینه هر یک از روانسازها و PH بهینه بدست آورده شد و مشخصات پایدارترین دوغاب معرفی گردید.
مقدمه
منظور از خواص رئولوژی دوغابها، خواص سیالیت و پایداری آنها بوده که به مطالعه پاسخ مواد در برابر تنشها ی برشی میپردازد. رئولوژی دوغابها در علم سرامیک از اهمیت بسزایی برخوردار است. در بسیاری از تکنیک های شکل دهی نظیر ریخته گری دوغابی، فیلتر پرس، اکستروژن لایه نشانی الکتروفورتیکی و به علاوه در فرایندهای اسپری درایر و روش های پوشش دهی نظیر غوطه وری 3، و اعمال لعاب کاربرد دارد. عوامل موثری بر خواص سیالیت دوغابها تاثیر گذار است از جمله، اندازه و شکل ذرات پراکنده شده، گرانروی محیط مایع، غلظت دوغاب و غلظت پراکنده ساز اشاره کرد.
دوغابهای زیرکنیای پایدار شده با ایتریا، در بسیاری از روش های گفته شده در فوق استفاده میشوند؛ چراکه زیرکنیا مادهای با خواص عالی مانند، هدایت حرارتی پایین، مقاومت به شوک حرارتی، هدایت یونی بالا، ضریب انبساط حرارتی بالا، کاربردهای حرارتی، مکانیکی، الکتریکی در کاربردهای بسیاری نظیر پیلهای سوختی، پوشش-های سد حرارتی، سنسورها و دیگر کاربردهای دما بالا دارد. پایدارسازی دوغاب زیرکنیای پایدار شده با ایتریا و بررسی رفتارهای رئولوژی و خواص تکرار پذیری دوغاب بسیار حائز اهمیت است.
پراکندگی ذرات زیرکنیایی عموما توسط پلی الکترولیتها انجام میشود. بسیاری از متغیرها مانند، نوع روانساز، پیوند های یونی، pH و حلال بر روی خواص سطحی ذرات تاثیر میگذارد. دوغابهای مختلفی از زیرکنیا بوسیله پراکنده سازهای مختلفی از جمله DARVEN C، Tiron، PAA و... در محیطهای آبی و غیر آبی تهیه شده است.
جذب روانسازها و تغییرات pH بر روی سطح ذرات خواص سطح و رئولوژی ذرات و دوغاب را تغییر میدهد. عملکرد این پراکنده سازها بر اساس سه مکانیزم کلی پایدارسازی الکترواستاتیک، استریک، ا لکترواستریک است این مکانیزمها به ترتیب با جذب یونهای مثبت یا منفی اطراف ذره باعث دافعه بین ذرات میشوند و یا با اتصال زنجیرههای پلیمری به ذرات، رشته ها باعث جدایی ذرات میشوند و یا با تلفیق دو مکانیزم بالا دافعه بین ذرات ایجاد میشود که از فلوکوله شدن ذرات جلوگیری میکنند.
پتانسیل زتا ذرات اهمیت زیادی در پایداری ذرات دارند . پتانسیل در سطح ذره بیشترین مقدار را دارد و بیشترین جذب یونهای مخالف در سطح ذره انجام میگیرد هر چه از سطح فاصله میگیریم پتانسیل کاهش مییابد. صفحهای را که از آنجا به بعد یونهای جذب شده به ذره خیلی مقید نیستند و میتوانند حرکت کنند را پتانسیل زتا مینامند. در واقع یونهای جذب شده بر روی سطح ذرات تشکیل یک لایه مضاعف الکتریکی میدهند. این لایه مضاعف از دولایهی استرن که به سطح چسبیده و لایه نفوذی که به لایه اول چسبیده شده و ازسطح فاصله دارد، تشکیل شده است. در واقع پتانسیل لایه نفوذی به عنوان پتانسیل زتای ذره مطرح میگردد. هر چه زتا پتانسیل و بار الکتریکی روی سطح ذرات در دوغاب کم باشد و جاذبه بین ذرات بیشتر شود در نتیجه ویسکوزیته و تنش برشی افزایش مییابد و پایداری دوغاب کاهش مییابد
هنگامی که pH دوغاب نزدیک نقطه ایزوالکتریک میباشد بار سطحی و زتا پتانسیل صفر است و ذرات تمایل به فلوکوله شدن دارند که منجر به ته نشینی و افزایش ویسکوزیته میشود. در نتیجه پراکندهسازهای دولاپیکس CE64، PC75، PC21 به عنوان عامل پراکندهساز به منظور پایدار سازی دوغاب زیرکنیا پایدار شده با ایتریا در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفت.
مواد و روش تحقیق
در این تحقیق از پودر YSZ ساخت شرکت TOSOH به عنوان ماده اولیه استفاده شد. حلال مورد است فاده آب مقطر و عا مل پراک نده ساز های دولاپیکس CE64، PC75، PC21 سا خت شر کت Zschimmer&schwars آلمان مورد استفاده قرار گرفت.برای تهیه دوغابها ابتدا، پراکنده سازهای مد نظر به آب افزوده شد و به مدت 1 ساعت بر روی استیرر به منظور پخش شدن پراکنده ساز در آب، قرار داده شد. در مرحله بعد پودر %8YSZ به سیستم اضافه میشود و به مدت 1ساعت بر روی استیرر قرار داده شد سپس دوغاب حا صل، 15 دقیقه الترا سونیک می شوند.
دوغابهای آزمایش شده دارای حجم 10cc، 6گرم ماده جامد، 9گرم آب مقطر، و 0,05 تا 0,9 دولاپیکس بودند. دوغابهای تهیه شده به مدت 24 ساعت به منظور پیرسازی به حال خود گذاشته شدند و سپس pH دوغاب ها با افزودن NaCl و HCl، تنظیم شد. بررسی ته نشینی دوغابها در طی بازه زمانی 1روز و پایداری دوغاب در طی 5روز انجام شد. در مورد آزمایش ته ن شینی تعدادی ا ستوانههای مدرج با ارتفاع و حجمهای یک سان انتخاب شدند. دوغابهای آماده شده داخل ا ستوانهها ریخته شدند و در روز اول، دوم، سوم تا 5روز، ارتفاع ماده جامد ته نشین شده با کولیس اندازه گرفته شدند. همچنین اندازه pH با pHمتر - - Titrino DMS 716, Metrohm, Switzerland انجام شد.
