Sol–gel synthesis, structure, sintering and properties of bioactive and inert nano-apatite–zirconia glass–ceramics

Melt and quench technique was used for the preparation of glassy samples of the composition x Bi2O3-(1-x) B2O3 where x= .05 to .040. XCOM computer program is used for the evaluation of gamma-ray shielding parameters of the prepared glass samples. Further the values of mass attenuation coefficients, effective atomic number and half value layer for the glassy samples have been calculated in the energy range from 1KeV to 100GeV. Rigidity of the glass samples have been analyzed by molar volume of the prepared glass samples.

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Comparative Study of Radiation Shielding Parameters for Bismuth Borate Glasses

Ce travail est consacre a la synthese, par voie sol-gel, de materiaux composites nanostructures. Nous nous sommes plus particulierement interesses au systeme binaire precurseur de silice et de zircone. Les evolutions microstructurales de ces materiaux, en fonction de la temperature de traitement thermique, ont ete etudiees par diffusion centrale des rayons X, diffraction des rayons X et microscopie electronique en transmission. Une separation de phase a l’echelle nanometrique, prealable a la cristallisation et constituee de zones interconnectees respectivement riches en silicium et en zirconium, a ete mise en evidence apres des traitements thermiques a 600°C. Ces zones servent de matrice a partir de laquelle la cristallisation apparait, ainsi durant un traitement thermique a 1000°C des cristaux nanometriques de zircone apparaissent dans la zone precedemment enrichie en zirconium. Il est ainsi possible d’obtenir un materiaux composite nanostructure dont la microstructure est controlee par le choix de la temperature et de la duree de traitement thermique. Dans la continuite de cette etude, nous nous sommes ensuite attaches a appliquer ces resultats au cas des couches minces de silice – zircone et a des materiaux potentiellement luminescents dans les systemes ZrO2 – Eu2O3 – SiO2 et ZnO – SiO2.

Matériaux composites nanostructurés par séparation de phases dans le système silice - zircone

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Synthese keramischer SiOC- und SiCN-Nanokomposite mit homogen dispergiertem Hafniumdioxid uber die Polymerpyrolyse beschrieben. Die 
Untersuchung der Polymer-Keramik-Umwandlung als auch die Charakterisierung der keramischen Nanokomposite ist ebenso ein Schwerpunkt dieser Arbeit. Der erste Abschnitt dieser Arbeit handelt von dem Reaktionsmechanismus von Hafniumalkoxiden mit (Poly-)silazanen. Die Reaktivitat der Hf-Spezies gegenuber dem Si-Precursor hat einen entscheidenden Einfluss auf die Mikrostrukturentwicklung der Keramik. Durch die Bildung von Si-O-Hf-Gruppierungen kommt es letztendlich nach der Pyrolyse zu einer homogenen Verteilung von Hafniumdioxid in der amorphen SiCN-Matrix, was dessen thermische Stabilitat erhoht. Die Architektur des Si-Precursor beeinflusst gleichermasen die Mikrostruktur und Verteilung des Hafniumdioxids in der Matrix. Durch lokale Anreicherungen der nanopartikularen Phase wird die thermische Stabilitat nicht im gleichen Umfang erhoht wie es bei einer homogenen Verteilung der Fall ist.

Analog verhalt es sich bei der Hf-Modifizierung von Siliciumoxycarbiden. Aufnahmen mittels TEM zeigen eine homogene Verteilung von Hafniumdioxid Nanopartikel im Bulkmaterial, was zu einer Verbesserung der thermischen Stabilitat im Vergleich zum reinen Siliciumoxycarbid fuhrt. Insbesondere die ab 1400°C ablaufende Festkorperreaktion des Hafniumdioxids mit amorphem Silica der Matrix unter Bildung von Hafnon fuhrt zu einer Verbesserung der thermischen Stabilitat. Die Zersetzung der keramischen Matrix verringert sich, da die Bildung des Silicats parallel zur carbothermischen Reaktion des amorphen Silica zu Siliciumcarbid ablauft. 

Keramische Nanokomposite, die druckassistiert ausgelagert werden, zeigen eine deutlich geringere offene Porositat als die drucklos ausgelagerten Proben. Das Heispressen ermoglicht die Herstellung von rissfreien Monolithen rechtwinkliger Geometrie mit bis zu 6 cm Kantenlange. Aufgrund der besseren Verdichtung ist HP-SiHfOC noch formstabiler als die drucklos ausgelagerten keramischen Nanokomposite. Durch die kurzzeitige Auslagerung oberhalb der Glastemperatur werden die Poren durch viskoses Fliesen der Matrix eliminiert und eine hohe Verdichtung erreicht, ohne dass merkliche Zersetzung des amorphen SiOC eintritt. 
MAS-NMR Spektren zeigen aufgrund der hoheren Prozessierungstemperatur im Gegensatz zu drucklos pyrolysierten SiOC ein vollkommen phasensepariertes Material.

Neben der Herstellung der keramischen Nanokomposite und der Charakterisierung ihrer Mikrostruktur mittels spektroskopischer und mikroskopischer Methoden, werden zusatzlich weitere Parameter wie der thermische Ausdehnungskoeffizient oder die Kriechbestandigkeit 
bestimmt. Die bis zu 1400 °C durchgefuhrten Druckkriechexperimente zeigen, dass mit der 
Hf-Modifizierung die Glasubergangstemperatur verringert wird. Zudem ist in dieser Arbeit erstmals ein numerischer Ansatz zur Beschreibung des Viskositatsverlaufs in Abhangigkeit der Temperatur auf Basis der Domanengrose und dem Volumenanteil zusatzlich dispergierter Phasen beschrieben.

Keramische Nanokomposite auf Basis von SiOC/HfO2 und SiCN/HfO2: Herstellung und Untersuchungen zum Hochtemperaturverhalten

Abstract The paper evaluates extent of corrosion damage to composite glass-fibre fabric reinforcement in environment simulating concrete pore solutions (pH 12.6, 13.0, 13.5) and carbonated concrete contaminated with chlorides (pH 8.1 + Cl-) using the FT-IR and SEM/EDS techniques. Also, the effect of corrosion damage on tensile strength of segmented glass fibre as well as the presence of specific protective organic coating on glass fibre were studied. The results demonstrate local corrosion damage of samples at pH 13.5 and on the other hand high stability in environment simulating carbonated concrete and carbonated concrete contaminated with chlorides. The study also suggests unevenness of organic coating with occurrence of localized porosity which is related to aforementioned corrosion damage. Corrosion damage in FT-IR spectra manifests by changes in peaks signalling hydrolysis of protective organic coating and occurrence of peaks suggesting presence of Ca2+ rich corrosion products.

Study of damage extent to glass fibre in glass-fibre fabric reinforcement during exposure simulating concrete pore solution

Dehydration of gels and glasses in the systems boron oxide-silicon dioxide and zirconium oxide-silicon dioxide prepared by the sol-gel process from metal alkoxides

M. Nogami

Papers

Dehydration of gels and glasses in the systems boron oxide-silicon dioxide and zirconium oxide-silicon dioxide prepared by the sol-gel process from metal alkoxides