Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Конструкционные материалы: Конструкционные материалы: Микроструктура биокерамики

Рис. 1. Микрофотографии порошков ПФК, полученных из водных растворов нитрата кальция и гидрофосфата аммония с концентрацией 0,5 М (а) и с концентрацией 2,0 М (б, в) при скорости нагрева 5°С/мин до 600оС (а, б) и выдержкой при конечной температуре в течение 3 часов, а также внесением в печь при температуре 600оС и выдержкой при этой температуре в течение 15 минут (в).
Рис. 2. Микрофотографии ПФК-керамики после обжига при 1100оС в течение 6 часов на основе порошков ПФК, полученных из водных растворов нитрата кальция и гидрофосфата аммония
(СPP1) с концентрацией 0,5 М после термообработки при скорости нагрева 5°С/мин выдержке 3 часа при температуре 600оС (а) и
(СPP2) с концентрацией 2,0 М после термообработки внесением в печь при температуре 600оС на 15 мин (б)
Рис.3. Зависимость массы от температуры для порошка брушита, содержащего нитрат аммония.
Рис 4. Распределение частиц ПФК по размерам, полученных различными методами
Рис. 5. Зависимость линейной усадки образцов от температуры. Выдержка при каждой температуре 6 часов.
Рис. 6.

Основными стадиями при получении керамики являются: подготовка исходного порошкового материала, формование, обжиг. В соответствии с принципом наследования микроструктурой керамики микроструктуры исходного порошка, стадия подготовки исходного порошкового материала является важнейшей. Именно поэтому при подготовке порошка особое внимание уделяется достижению оптимальных характеристик порошка, таких как однородность химического и фазового состава, а также распределение частиц по размерам. Очевидно, что чем меньше размер частиц исходного порошка, тем меньше будет размер зерен в керамике. Известным способом снижения размера частиц является помол или дезагрегация порошка. Оригинальным способом снижения размера частиц является использование микро-взрывного диспергирования при включении в стадию подготовки порошка дополнительной термообработки, при которой происходит бурное выделение значительного количества газообразных продуктов, в том числе и при разложении соединений аммония, если они дополнительно введены в состав порошка [1].

Керамику на основе пирофосфата кальция (ПФК) можно получать из различных порошков фосфатов кальция. Это порошки брушита СаHPO4*2H2O, монетита СаHPO4 или ПФК например в виде γ-Ca2P2O7. Данные соединения связаны между собой следующей цепочкой химических превращений: (таблица 1)

Порошковые заготовки, содержавшие данные фосфаты до обжига, после обжига при высокой температуре (например, 1100оС) имеют одинаковый фазовый состав – β-Ca2P2O7. При этом максимальная плотность β-Ca2P2O7 - керамики (плотность - 84 %) наблюдается при использовании в качестве исходного порошка γ-Ca2P2O7. Более низкие значения плотности при использовании брушита (плотность - 65%) и монетита (плотность - 80%) связаны с выделением газообразной воды при нагревании. Размер зерен в β-ПФК-керамике во всех этих случаях достаточно велик и достигает 30 мкм.
Для снижения размера частиц в исходном порошке был использован метод микро-взрывного диспергирования на стадии подготовки порошка. В данном случае нитрат аммония вводили в порошок брушита на стадии синтеза, используя в качестве исходных солей при соосаждении из водных растворов нитрат кальция и гидрофосфат аммония. Высокую скорость выделения газообразных продуктов достигали, внося на 15 мин высушенный после синтеза порошок брушита в предварительно разогретую до 600оС печь.
На рисунке 1 представлены микрофотографии* порошков γ-ПФК, синтезированных из 0,5 М и 2 М растворов после термообработки по различным режимам. На рисунке 2 представлена микроструктура* β-ПФК-керамики после обжига при 1100оС в течение 6 часов. На рисунке 3 представлена зависимость массы от температуры для порошка брушита, синтезированного из растворов нитрата кальция и гидрофосфата аммония с концентрацией 0,5 М. Насыпная плотность порошков брушита составляла 0,2-0,3 г/см3; плотность порошковой заготовки после прессования составляла 40-45%. На рисунке 4 представлено распределение частиц по размерам для порошков γ-ПФК. На рисунке 5 представлена зависимость плотности образцов от температуры, полученная методом изотермических выдержек. На рисунке 6 – схема получения керамики.

Схема получения керамики представленна на Рис. 6

Напишите уравнение реакции, протекающей при синтезе, и поясните, почему Вы выбрали именно этот вариант. (1 балл).

Какой объем газа, выделяется при нагревании из 10 г порошка брушита, синтезированного из 0,5 М и 2 М растворов, если в первом случае порошок содержит 8 масс % адсорбированного на поверхности частиц сопутствующего продукта реакции, а во втором – 35%? (2 балла).

Повлияли ли условия подготовки порошка (концентрации исходных растворов и режимы термообработки) на спекание порошковых заготовок, а также на микроструктуру керамики после обжига? (3 балла)

[1] United States Patent 4,764,357 Process for producing finely divided powdery metal oxide compositions.

* Автор задачи выражает благодарность Шехиреву М.А. за предоставленные микрофотографии.

 

Прикрепленные файлы:
cm7.doc (1.68 Мб.)

 



Фуллеритовый цветок
Фуллеритовый цветок

Дистанционный лекторий ФНМ МГУ
Опубликованы приглашения на 4 интересные лекции онлайн лектория проекта дистанционного образования факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова на ближайшую неделю.

Евгений Кац: Перовскит, загадка названия и история открытия
28 мая 2020 г. в 18:00 мск. в рамках развития дистанционного образования ФНМ МГУ имени М.В.Ломоносова состоялась онлайн лекция известного ученого, профессора Евгения Каца (Ben-Gurion University of the Negev) "Перовскит, загадка названия и история открытия", который известен не только своими выдающимися научными достижениями в области химии твердого тела, углеродных наноматериалов, перовскитной фотовольтаики, но и большим вкладом в популяризацию науки.

М.Гретцель "The stunning rise of perovskite solar cells"
28 мая 2020 г. в 19:00 мск. в рамках развития дистанционного образования ФНМ МГУ имени М.В.Ломоносова состоялась онлайн лекция всемирно известного ученого, профессора М.Гретцеля (Федеральная политехническая школа Лозанны) "The stunning rise of perovskite solar cells".

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2020
Коллектив авторов
Защиты выпускных квалификационных работ (квалификация – бакалавр материаловедения) по направлению 04.03.02 - «химия, физика и механика материалов» на Факультете наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова состоятся 16, 17, 18 и 19 июня 2020 г.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2020 году
коллектив авторов
2 - 5 июня пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии
Гудилин Е.А., Горбунова Ю.Г., Калмыков С.Н.
Отделение химии и наук о материалах РАН, а также химический факультет и факультет наук о материалах МГУ инициируют реализацию открытого образовательного проекта «Академия – университетам: химия и науки о материалах в эпоху пандемии». В рамках проекта ведущие ученые, члены Российской и международных Академий, видные представители вузовской науки прочитают тематические образовательные лекции по химии, науках о материалах, современным подходам в биологии и медицине. Видеозаписи лекций будут размещены в открытом доступе и могут быть использованы ВУЗами в основной и дополнительной образовательных программах, а также для самоподготовки и мотивации студентов и аспирантов на будущие научные достижения.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.