بخشی از مقاله
چکیده
پوشش الکترولس با کاربردها و مقاصد مختلفی میتواند بر روی پودرهای سرامیکی ایجاد شود. با توجه به لزوم آماده سازی سطح در مواد نارسانا که معمولاً فرایندی چند مرحلهای است، کاهش ابعاد ذرات میتواند باعث پیچیدگیهایی در این فرایند برای نانوذرات سرامیکی شود. در این پژوهش ایجاد پوشش الکترولس نیکل بر روی نانوذرات اکسید زیرکونیوم پایدار شده با ایتریا - YSZ - با دو روش فعالسازی تک مرحلهای مورد بررسی قرار گرفت که یک مورد آن بهینه سازی فرایندی است که پیشتر برای پودرهای میکرونی به کار رفته و مورد دوم روشی جدید است که در پژوهش حاضر ارائه شده.
طیف های پراش پرتو ایکس - XRD - و تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - نشان داد که پوشش مورد نظر بر روی سطح نانوذرات ایجاد شده و فعالسازی با روشهای اشاره شده با موفقیت انجام شده است. همچنین نمودارهای مغناطش رسم شده با مغناطیسسنج نمونه مرتعش - VSM - موید حضور ذرات نیکل بر روی سطح نانوپودر سرامیکی اولیه است. نتایج بدست آمده نشان میدهد که هیدروکسید پالادیوم نیز میتواند به عنوان کاتالیست برای واکنشهای پوشش الکترولس عمل کند. نتایج طیف سنجی جذب اتمی - - AAS نشان داد که کارایی حمام الکترولس نیکل در این مورد تا حدود زیادی مستقل از میزان کاتالیست موجود بر روی ذرات اولیه بوده است.
مقدمه
ایجاد پوشش فلزی بر روی ذرات سرامیکی با اهداف مختلف و به روش های متنوعی از قبیل آسیاب کردن، احیا، ترسیب و... قابل انجام است
روش آبکاری الکترولس یکی از روشهایی است که برای این منظور به کرات مورد استفاده قرار گرفته و غالباً در صورت رعایت مراحل انجام پوششکاری و تنظیم مناسب متغیر ها، لایه ای یکنواخت بر روی سطح ذرات ایجاد میکند
ایجاد پوشش الکترولس مس یا نیکل بر روی مواد نارسانا به حضور یک کاتالیست بر روی سطح، برای آغاز واکنش های مربوطه نیاز دارد. به منظور ایجاد پوشش بر روی ذرات نارسانا کار معمولاً از عنصر پالادیوم یا کاتالیست های Pd-Sn که به صورت سوسپانسیونی با اندازه ذرات میکرونی یا زیر-میکرون1 موجود هستند، استفاده میشود. گزارش شده است که این ذرات کلوئیدی که به عنوان کاتالیست هتروژن به کار میروند در فعالسازی سطح ذرات نارسانا با ابعاد کوچک تر از میکرون کارایی مناسبی ندارند.
پوشش نیکل الکترولس به صورت نیکل فسفر و نیکل بور و نیکل خالص قابل دستیابی است5]، 8، .[9 این پوشش بر روی پودرهای سرامیکی مانند آلومینا یا زیرکونیای پایدار شده معمولاً به منظور استفاده در کاربردهای دما بالا کار میروند3]، 10، .[11 بنابراین به منظور جلوگیری از ایجاد ترکیبات یوتکتیک و افت دمای ذوب ناشی از انحلال ناخالصی ها، پوشش نیکل خالص برای کاربردهای دما بالا میتواند مناسبتر باشد.
روش متداول برای ایجاد پوشش الکترولس بر روی سطوح نارسانا به این صورت است که پس از شستشو و چربی زدایی احتمالی و اچ اولیه، سطح با استفاده از یون های قلع حساس میشود. پس از این مرحله، سطح باید دوباره با آب شسته شود. سپس سطح مورد نظر در معرض یون های پالادیوم قرار میگیرد و با احیای پالادیوم، سطح موردنظر فعال شده و پس از یک مرتبه آب کشی برای پوشش الکترولس آماده میشود
برای ایجاد پوشش الکترولس بر روی ذرات و پودرهای سرامیکی نیز به طور معمول همین مراحل باید طی شود12]، .[13 اما زمانی که ابعاد ذرات سرامیکی کاهش یابد انجام این مراحل به سادگی میسر نبوده و به مسئله ای چالش برانگیز تبدیل خواهد شد. برای ایجاد پوشش الکترولس بر روی نانوپودرها جداکردن ذرات از سوسپانسیون در هر مرحله به فرایندی طولانی و مشکل آفرین تبدیل خواهد شد. لذا در این کار سعی بر این است که تا جای ممکن مراحل انجام فرایند فعالسازی سطح نانوذرات کاهش یافته و فرایند تسهیل شود.
در تحقیق حاضر از یک روش فعالسازی جدید برای ایجاد پوشش نیکل الکترولس بر روی نانوپودر اکسید زیرکونیوم پایدار شده با 3 درصد ایتریا استفاده شده است. همچنین یک روش فعالسازی که پیشتر توسط گارگ و همکارانش[7] برای پودر میکرونی نیترید سیلیسیم مورد استفاده قرار گرفته، مورد بهینه سازی برای استفاده در سایر نانوذرات سرامیکی قرار گرفته و با روش قبلی مورد مقایسه قرار گرفته است. در کنار اطمینان از موفق بودن این روش ها در ایجاد پوشش مورد نظر با روش های طیف سنجی و میکروسکپی، تاثیر مقدار کاتالیست موجود در سطح نانوذرات در کارایی پوشش الکترولس نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش تحقیق
به عنوان ذرات سرامیکی اولیه از نانوپودر زیرکونیای پایدار شده با متوسط اندازه ذرات 50 نانومتر - سطح ویژه بیشتر از - 17 m2/g در این پژوهش استفاده شدفرایند. پوشش الکترولس معمولاً در سه مرحله اصلی انجام می شود: ابتدا حساس سازیسپس، فعالسازی و نهایتاً ایجاد پوششمعمولاً. بعد از هر مرحله یک مرتبه نیز شستشو با آب مقطر انجام میشود.
در این پروسه برای جدا کردن نانوذرات از سوسپانسیون ها در هر مرحله زمان زیادی صرف خواهد شد؛ لذا دو روش برای بهبود مرحله آماده سازی سطح مورد بررسی قرار گرفت. در روش اول از حمام حاوی PdCl2 و سدیم هیپوفسفیت در pH برابر با 1/5 برای فعالسازی سطح استفاده شد. به منظور تنظیم pH و انحلال PdCl2 از HCl استفاده شد. نانوذرات به مدت یک ساعت در این حمام به صورت با همزن مغناطیسی همزده و سپس با ته نشینی از محلول جدا شدند. پس از اطمینان از موفقیت در فعالسازی سطح با این روش، تاثیر میزان کاتالیست پالادیوم رسوب کننده بر سطح نانوذرات سرامیک اکسیدی بر عملکرد حمام پوشش الکترولس مورد مطالعه قرار گرفت. به این منظور 5 حمام با غلظتهای مختلف کلرید پالادیوم و سدیم هیپوفسفیت استفاده شد که مشخصات آن در جدول 1 ارائه شده است.
جدول.1 ترکیب حمام فعالسازی نانوذرات به روش اول
در روش دوم ابتدا PdCl2 در محلول حاوی HCl در pH برابر 1/5 حل می شود. سپس ذرات سرامیکی به آرامی به محلول در حال هم زده شدن اضافه میشوند. سپس pH محلول با افزایش تدریجی NaOH یک مولار به مقدار مورد نظر افزایش مییابد
