Laboratorium Nanostruktur
Instytut Wysokich Ciśnień PAN
EN - Laboratory of Nanostructures
Institute of High Pressure Physics PAS  

Projekt Sonata

 

 

Nanomateriałom inżynierskim, w tym nano-ceramikom, poświęca się coraz więcej badań naukowych, co jest wynikiem posiadania przez nie niezwykłych, często nowych właściwości w porównaniu z materiałami o budowie mikrokrystalicznej. Każda innowacja technologiczna, czy materiałowa pociąga za sobą konieczność gruntownego poznania zjawisk z nią powiązanych i mechanizmów, którym ulega.

Dwutlenek cyrkonu (ZrO2) jest znanymi i ważnym materiałem, wykorzystywanym w wielu gałęziach przemysłu głównie ze względu na posiadaną wysoką twardość i temperaturę topnienia. Materiał ten jest związkiem polimorficznym, który występuje w trzech postaciach alotropowych. Odmiana jednoskośna (m-ZrO2) stabilna do temperatury 1170°C następnie przekształca się w odmianę tetragonalną (t-ZrO2), a w temperaturze 2370°C w odmianę regularną (c), która istnieje do temperatury topnienia ZrO2 (2680°C).

Szczególnie ważną pod kątem aplikacji odmianą alotropową ZrO2 jest faza tetragonalna, której stabilizacja umożliwia spiekanie ZrO2 w szerokim zakresie temperatury bez występowania przemian fazowych. Zwykle tetragonalną fazę ZrO2 otrzymuje się w wysokiej temperaturze poprzez domieszkę jonów ziem rzadkich, lub poprzez uzyskanie cząstek ZrO2 o rozmiarach poniżej 30 nm.

 
 

 

Tytuł projektu: Wpływ wielkości ziaren na zakres temperatury tworzenia faz w układzie równowagi ZrO2-Al2O3

Numer projektu: UMO-2013/11/D/ST8/03429

Narodowe Centrum Nauki, Konkurs Sonata 6

Kwota dofinansowania badań: 707 820 zł

Czas trwania: 2014-2018

Zagraniczny partner naukowy projektu: Ben-Gurion University of the Negev, Beer Sheva, 8410501, Israel

 

Cele projektu

Głównym celem projektu jest opracowanie nowej klasy materiałów: roztworu stałego na bazie dwutlenku cyrkonu (ZrO2) i trójtlenku glinu (Al2O3) w szerokim zakresie kompozycji. Celem projektu jest również sprawdzenie czy wykorzystując metody stosowane w dziedzinie Nanotechnologii możliwe będzie wytworzenie nanoproszków ZrO2-Al2O3, wynikające z niskiej wzajemnej rozpuszczalności poniżej temperatury 1130°C.

Utworzenie roztworu stałego na bazie ZrO2-Al2O3 jest możliwe tylko wtedy, gdy ZrO2 istnieje w fazie tetragonalnej, dlatego też wskazane jest wytwarzanie materiałów z układu ZrO2-Al2O3 w zakresie temperatury, w której cząstki wciąż posiadają rozmiar nanometryczny. Zastosowanie jonów Al3+  jako stabilizatora fazy tetragonalnej jest znacznie mniej kosztowne, niż powszechnie stosowane jony metali ziem rzadkich. Ponadto, Al2O3 jest jednym z najtwardszych materiałów na ziemi. W praktyce, układ Al2O3-ZrO2 jest zdecydowanie jednym z najbardziej przydatnych nanokompozytów ceramicznych.

Opanowanie technologii wytwarzania roztworu stałego ZrO2-Al2O3 będzie możliwe wówczas, gdy poznany zostanie zakres ułamków molowych Zr:Al, w których istnieje roztwór stały oraz zależność pomiędzy strukturą krystalograficzną a ułamkiem molowym Zr:Al i wpływ wielkości ziaren na jego stabilność. Dlatego też uzasadnionym jest skonstruowanie trójwymiarowego diagramu fazowego układu ZrO2-Al2O3 z dodatkową zmienną, którą stanowi wielkość ziaren t-ZrO2.

 

 

Publikacje, które dotychczas się ukazały w ramach projektu Sonata:

 

Wystąpienia:

  • 2015

    • ANM2015
      6th International Conference on Advanced Nanomaterials, 20-22 lipca Aveiro, Portugalia
      “The Influence of Al2O3 Content on ZrO2-Al2O3 Nanocomposite Formation” (oral presentation), Iwona E. Koltsov

    • PTCer2015
      10th Conference of The Polish Ceramic Society Zakopane, 17-20 września,
      “Zirconia-alumina nanopowders synthesized via hydrothermal microwave-assisted process and precipitation method” (oral presentation), A. Danelska

  • 2017

 

Kontakt: dr inż. Iwona Koltsov - tel. +48 22 888 0036, formularz kontaktowy