hrvatski

Kristalizacija ekvimolarne ZrO2-TiO2 smjese pripravljene sol-gel postupkom

Sol-gel postupak atraktivna je alternativa za sintezu keramike i stakla pošto se sinteza vodi pri nižim temperaturama i s jednostavnom opremom, a produkti mogu biti u obliku praška, tankog filma, vlakana, poroznih ili monolitnih tijela. Zbog velike čistoće polaznih tvari (najčešće metalnih alkoksida i soli) jednostavno je regulirati ciljani sastav keramike. S druge strane, sol-gel postupak vrlo je osjetljiv na uvjete priprave koji mogu utjecati na homogenost gela, a time i na njegovu kasniju kristalizaciju. Stoga je istraživan utjecaj postupka priprave na kristalizaciju ekvimolarne ZrO2-TiO2 smjese. U prethodnom istraživanju priprave cirkonijeva titanata sol-gel postupkom ustanovljeno je da sol dobiven iz ekvimolarne smjese cirkonijevog i titanijevog alkoksida nakon geliranja i toplinske obrade izravno prelazi u ZrTiO4. Korištenjem TiO2 nanočestica umjesto titanijevog alkoksida dolazi do smanjene homogenosti sola što utječe na kristalizaciju tako dobivenog praška. Uz taj prašak (oznaka Z1), dobiven sušenjem gela pri 110 °C i kalciniranjem pri 300 °C, pripravljena su još dva praška, miješanjem TiO2 nanočestica s praškom analogno dobivenim (geliranje, sušenje pri 110 °C) iz samog cirkonijevog alkoksida. U prvom slučaju cirkonijev prašak je prvo miješan s TiO2 nanočesticama a zatim kalciniran pri 300 °C (ZT3), dok je u drugom prvo kalciniran a zatim miješan s nanočesticama (Z3T). Prašci su homogenizirani u ahatnom tarioniku uz dodatak 2-propanola. Kristalizacija svih prašaka ispitivana je rendgenskom difrakcijskom analizom (XRD) i kombiniranom razlikovnom pretražnom kalori-metrijom i termogravimetrijskom analizom (DSC TGA). DSC krivulje svih uzoraka pokazuju egzotermni maksimum pri 450 °C koji se može pripisati kristalizaciji ZrO2 iz amorfnog praška povezanoj s raspadom organskog kompleksa kojim je sol stabiliziran. XRD analiza rađena je na prašcima koji su prethodno žareni 2 h u peći pri 700 °C, 1000 °C, 1200 °C i 1400 °C. Uzorci dobiveni miješanjem prethodno pripravljenih prašaka vrlo su slični bez obzira je li ZrO2 prvo kalciniran na 300 °C (Z3T) ili je smjesa kalcinirana nakon miješanja (ZT3). Nešto razlike vidljivo je jedino u prašcima žarenim pri 700 °C, gdje ZT3 ima više anatasa i m-ZrO2 u usporedbi s Z3T. Kod oba praška pri 1000 °C dolazi do transformacije metastabilnih anatasa i t-ZrO2 u rutil i m-ZrO2, pri 1200 °C počinje kristalizacija ZrTiO4, a pri 1400 °C zaostaje primjetno mnogo rutila i m-ZrO2. Ovim se postupkom dakle pri 1000 °C može dobiti gotovo čista smjesa TiO2 u obliku rutila i monoklinskog ZrO2. Utjecaj prethodnog kalciniranja prašaka gubi se povišenjem temperature konačne obrade. Uzorak dobiven iz gela (Z1) kristalizira u ZrTiO4 već pri 1200 °C, dok je pri 1400 °C jedina preostala kristalna faza. To je posljedica veće homogenosti polaznog praška, pošto su TiO2 nanočestice homogeno raspršene u solu prije njegovog geliranja. Pri nižim temperaturama Z1 se ponaša slično Z3T i ZT3, tj. prvo kristaliziraju t-ZrO2 i m-ZrO2 koji zatim reakcijom s TiO2 nanočesticama daju ZrTiO4.

kristalizacija; nanočestice; sol-gel; TiO2; ZrO2

nije evidentirano