Referat Eco-Ceramici

INTRODUCERE

Acest referat prezinta o noua clasa de ceramici numite ecoceramici cat si o metoda de procesare a ceramicilor ce foloseste ca materii prime deseuri industriale. Aceste doua metode aduc avantaje singnifiante in industria mediului, prima dintre ele fiind o metoda ce consuma considerabil mai putina energie, in timp ce cea-a de-a doua este o metoda prin care se elimina deseuri.

ECOCERAMICI

GENERALITATI

Ecoceramicile sunt o clasa de noi materiale ce pot fi produse din precursori regenrabili (lemn, rumegus, hartie). De cele mai multe ori aceste ceramici sunt SiC sau compozite ce includ SiC.

Ceramicile obtinute din astfel de precursori sunt ceramici cu aplicatii avansate, iar proprietatile lor sunt comparabile (in unee cazuri chiar mai bune) cu cele sintetizate cu precursori artificiali. Aceste materiale au inalta rezistenta mecanica, rezistenta la oxidare si coroziune ridicata, conductivitate termica buna si rezistenta buna la soc termic.

Un numar de metode clasice pentru a obtine SiC sunt: presare la cald, presare izostatica la cald, sinterizare, reactie de legare/formare, piroliza polimerica sau depunere din vapori. Presarea si sinterizarea la cald necesita consum de energie ridicat in timp ce depunerea din vapori si piroliza polimerica produce produsi secundari ce trebuiesc tratati si colectati ca atare. Reactia chimica de lipire directa se face de obicei din SiC si C pudra, iar lipirea are loc cu rasini care pirolizate emana produsi chimici toxici.

Pe scurt ecoceramicile se obtin prin infiltrarea de SiO2 si Si lichid intr-o matrice formata din carbon (lemn pirolizat). Materialul de ransforsare se infiltreaza in reteaua poroasa a lemnului si reactioneaza cu o parte din C, formand astfel un material integru.

Fig. 1 – Matrice carbonica a lemnului pirolizat – inainte si dupa infiltrarea Si (lemn de Bubinga)

Ecoceramicile au mai multe avantaje fata de cele obtinute traditional. Intregul proces de obtinere pe aceasta cale foloseste o temperatura maxima de 1450°C, asadar efectul ecologic este impresionant.

Un alt avantaj este varietatea si diversitatea de microstructuri ce poti fi obtinute in functie de tipul de lemn folosit. Folosirea lemnului ca materie prima are avantaje economice, lemnul este un material ieftin si accesibil cu proprietati foarte bune, iar ca microstructura mult mai bune decat alte materiale artificiale (cu forme elementare si simple). Lemul este un material natural cu comportare anizotropa, datorita structurii celulare. La temperatura inalta se descompune pentru a produce carbune in forma amorfa (pirolizeaza la 1000°C), iar celulele capata o configuratie anizotropa si mai pronuntata. Lemnul este impartit in doua cateogorii: de esenta tare si esenta moale, insa nu pe baza rezitentei mecanice cat pe baza structurii celulare. Copacii din amandoua clasele de lemn au celule lungi si tubulare ce cresc in directie transversala, insa cel de esenta tare are in plus o structura poroasa in interiorul acestor celule.

PROCEDEU DE OBTINERE EXPERIMENTAL

Pentru acest studiu s-au folosit un bloc de Jelutong si trei blocuri de pin. Acestea au fost uscate la 100°C si apoi pirolizate in atmosfera de argon. Piroliza se face in atmosfera inerta pentru a ii ofera acestuia o strucutra intact de carbon (structura ce respecta vechile celule ale copacului) dupa tratament, partea organica descompunandu-se in compusi volatili ce sunt eliminati.

Blocul de Jelutong a avut marimea de 15*4.5*4.5 cm3 in timp ce cele ale blocurilor de pin au fost de 14*3.5*3.5 cm3 . Blocurile au fost uscate intr-un cuptor tub Thermcraft si pirolizata la 1000°C. Apoi blocurile au fost taiate in felii de 0.4 cmpentru a fi infiltrate. Feliile au fost apoi infiltrate cu Si la 1460°C in vid, timp de o ora, intr-un cuptor Centorr Furnance. Probele de SiC si C au fost infiltrate si cu soli de ZrO2, si uscate la 85°C pentru mai multe ore. Apoi au fost puse la calcinat la o temperatura de 400°C, repetandu-se acest proces de 5 ori.

Structura poroasa inainte de infiltrare a fost studiata cu un microscop de baleiaj, fiind observata din doua directii: perpendicular si paralele cu directia de crestere a copacului. Directia de crestere este directia longitudinala a copacului. Pentru SEM probele au fost ionizate cu un strat de ZrO2.Probele impregnate cu Si nu s-au diferentiat de probele infiltrate cu SiC asa ca o a doua analiza a fost facut folosind microscopul LOM (Light optical Microscope).

O analiza XRD a fost efectuata pe probe mojarate, iar in acelasi timp probele ne infiltrate au fost analizate pentru a se evalua tipul de carbon continut in matrice. Un aparat de incercari mecanice de tip Knoop cu effort de 500 de g a fost folosit pentur a evalua rezistenta mecanica a SiC format in reactive, Si nereactionat si a interfetei dintre 3 cele trei faze. Un numar total de sase probe a fost testat (jelutong – perpendicular pe directia de crestere, pin - perpendicular si paralele pe directia de crestere, si trei faze poroase de SiC imersate in ZrO2 de 1,3 si 5 ori.

O caracterizarea a proesului de piroliza a fost facuta folosind metoda termogravimetrica si calorimetrica diferentiata.