Тема: ПОРИСТЫЕ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНИЯ И АЛЮМИНИЯ И ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Уникальное сочетание различных физико-химических свойств керамических материалов обуславливает их широкое распространение во многих областях промышленности. Однако, тенденции последних десятилетий, а именно развитие нано и аддитивных технологий, подталкивают многих исследователей на изучение и изменение свойств керамических материалов не только на макро- и микроуровнях, но и на наноуровне. В зарубежной и отечественной литературе можно встретить множество работ, посвященных созданию микро- и наноструктурных материалов. [1,2]
Исследования показывают, что на свойства всего материала сильно влияют свойства его поверхности, а также её обработка [4-10]. В работах [11,13] было показано, что благодаря лазерной обработке удалось в три раза увеличить смачиваемость и улучшить адгезионные свойства поверхности. По мнению авторов[12] эти изменения связаны с модификацией поверхности, а именно с повышением поверхностной энергии. Однако, ввиду большой удельной поверхности микро- и нанопорошков для их модификации больше подходит плазменная обработка, поскольку это позволяет обработать большую поверхность за меньшее время и при этом оказывает существенное влияние на получаемые параметры материалов. Например, в работе [14] показано, что обработка высокочастотным разрядом порошка оксида алюминия перед спеканием приводит к существенному увеличению микротвердости и росту плотности керамических образцов.
Благодаря плазменной обработке изменяется химическая активность порошка из-за формирования на его поверхности активные центров. Это может быть легко зафиксировано в ходе их взаимодействия с молекулами воды, когда выделяются продукты реакции Н+ или ОН-, которые изменяют уровень кислотности водно-порошковой суспензии. При этом в [15] показано, что увеличение уровня кислотности свидетельствует об улучшении смачиваемости порошков, т.е. увеличении их гидрофильных свойств. Таким образом, рН- метрия водно-порошковых суспензий может быть эффективным методом изучения влияния плазменной обработки порошков на изменения их смачиваемости.
Результаты авторов исследований показали, что холодная плазменная обработка способна влиять на химическую стойкость и биологическую активность, что может сказаться на эксплуатационных свойствах материалов.
Помимо изменений химических свойств, обработка поверхности влияет на управление электрическим состоянием покрытия путем введения заряженных наночастиц. Электрический потенциал (Z-потенциал) представляет информацию о поверхностном заряде и дает представление о взаимодействии биоматериалов с окружающей средой. Z- потенциал является индикатором заряда твердой поверхности, он визуализирует взаимодействие биологических соединений с поверхностями биоматериалов.
Ключевые слова: плазменная обработка, атмосферная плазма, диэлектрический барьерный разряд, оксидная керамика, уровень кислотности, кислотные свойства.
Купить

1) Результаты проведенных исследований показывают, что кислотность порошков стабилизированного иттрием диоксида циркония и оксида алюминия значительно снижается после обработки низкотемпературной плазмой. рН раствора керамических образцов YSZ значительно увеличился в начальных условиях обработки с 5,7 до 7,63, а в конечных условиях обработки снизился с 5,4 до 4,79. Обработка раствора керамических образцов AI2O3 изменяет рН от 8,42 до 5,81 и от 5,87 до 6,56 после 15-ти минутной длительности для начального и конечного измерений соответственно. Сделан вывод, что кислотность понижается в зависимости от длительности обработки материалов в плазменной установке и меняет характер изменения во время измерений в зависимости от длительности обработки с понижения на повышение.
2) Исследование кислотно-основного взаимодействия в системе «твердое тело - вода» методом pH-метрии позволяет получить сведения о скорости массопереноса, механизм набора и спада которой определяет влагопоглощающую способность твердого тела (гидрофобность или гидрофильность). Использование результатов pH-метрии упрощает и ускоряет процесс оценки гидрофилизации поверхности.
3) Результаты измерения £-потенциала позволяют учитывать контроль способности частиц находиться в растворе, для определения равномерности. Поскольку в коллоидных дисперсных растворах стабильность определяется силами взаимодействиями между частницами, то при отсутствии сил отталкивания между частицами будут образовываться агрегаты.
4) Исследования измерений дзета-потенциала от pH показали, что низкотемпературная плазменная обработка приводит к уменьшению значений дзета- потенциала в сравнении с исходным значением дзета-потенциала суспензии при равных значениях pH, что говорит о более стабильной коллоидной системе для YSZ 15% и 50%, для pH~11, эти значения равны -41 и -43 мВ. В то время как обработанные суспензии AI2O3 менее стабильны. Значение дзета-потенциала обработанных плазмой суспензий AI2O3 с 15% пористостью составляет-25 мВ, а при 50% пористости - 29 мВ для pH~11. Определение ИЭТ дисперсии может быть полезным для прогнозирования стабильности / нестабильности и для идентификации преобладающих химических соединений на поверхности сконструированной частицы.
Полученные результаты принципиально важны для создания материалов биомедицинского назначения.
Купить