О влиянии хрома на стереолитографическую печать суспензиями на основе оксида алюминия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние небольших добавок Cr2O3 и иона Cr3+ на оптические свойства порошков и фотоотверждаемых суспензий для трехмерной печати на основе высокочистого оксида алюминия. Показана сильная зависимость глубины полимеризации суспензий от количества окрашивающей добавки в порошках Al2O3. Методом DLP 3D-печати с последующим высокотемпературным спеканием были изготовлены тонкостенные планарные образцы высокоплотной керамики периодической структуры. Изучены микроструктура и люминесцентные свойства полученной керамики. На спектре фотолюминесценции присутствует красное излучение в виде узкой интенсивной линии при 294 нм (характеристическая линия рубина). Кривые затухания люминесценции имели одноэкспоненциальный характер с временем затухания ~3.7 мс.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. В. Ермакова

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Автор, ответственный за переписку.
Email: ermakova.lydiav@yandex.ru
Россия, Москва

В. В. Дубов

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: ermakova.lydiav@yandex.ru
Россия, Москва

Р. Р. Сайфутяров

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: ermakova.lydiav@yandex.ru
Россия, Москва

Д. Е. Лелекова

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: ermakova.lydiav@yandex.ru
Россия, Москва

С. К. Белусь

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: ermakova.lydiav@yandex.ru
Россия, Москва

В. Г. Смыслова

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: ermakova.lydiav@yandex.ru
Россия, Москва

П. В. Карпюк

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: ermakova.lydiav@yandex.ru
Россия, Москва

П. С. Соколов

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: sokolov-petr@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Опарина И.Б., Колмаков А.Г. Методы получения прозрачной поликристаллической керамики из оксида алюминия (Обзорная статья) // Новые огнеупоры. 2021. № 4. С. 20–26. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2021-4-20-26
  2. Абызов А.М. Оксид алюминия и алюмооксидная керамика (Обзор). Часть 1. Свойства Al2O3 и промышленное производство дисперсного Al2O3 // Новые огнеупоры. 2019. № 1. С. 16–23. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2019-1-16-23
  3. Ratzker B., Wagner A., Kalabukhov S., Frage N. Improved Alumina Transparency Achieved by High-pressure Spark Plasma Sintering of Commercial Powder // Ceram. Int. 2021. V. 46. № 13. P. 21794–21799. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.05.198
  4. Ratzker B., Wagner A., Favelukis B., Goldring S., Kalabukhov S., Frage N. Optical Properties of Transparent Polycrystalline Ruby (Cr:Al2O3) Fabricated by High-Рressure Spark Plasma Sintering // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. № 6. P. 3520–3526. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.01.022
  5. Ratzker B., Wagner A., Favelukis B., Ayalon I., Shrem R., Kalabukhov S., Frage N. Effect of Synthesis Route on Optical Properties of Cr:Al2O3 Transparent Ceramics Sintered Under High Pressure // J. Alloys Compd. 2022. V. 913. № 8. P. 165186. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165186
  6. Drdlikova K., Klement R., Drdlik D., Galusek D., Maca K. Processing and Properties of Luminescent Cr3+ Doped Transparent Alumina Ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. № 7. P. 2573–2580. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.11.010
  7. Santiago M., De Barros V. S., Khoury H. J., Molina P., Elihimas D. R. Radioluminescence of Rare-earth Doped Aluminum Oxide // Appl. Radiat. Isot. 2012. V. 71. P. 15–17. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2012.02.009
  8. Li H., Yang H., Yuan R., Sun Z., Yang Y., Zhao J., Zhang Z. Ultrahigh Spatial Resolution, Fast Decay, and Stable X‐ray Scintillation Screen through Assembling CsPbBr3 Nanocrystals Arrays in Anodized Aluminum Oxide // Adv. Opt. Mater. 2021. V. 9. № 24. P. 2101297. https://doi.org/10.1002/adom.202101297
  9. Zhao X., Jin T., Gao W., Niu G., Zhu J., Song B., Tang J. Embedding Cs3Cu2I5 Scintillators into Anodic Aluminum Oxide Matrix for High‐resolution X‐ray Imaging // Adv. Opt. Mater. 2021. V. 9. № 24. P. 2101194. https://doi.org/10.1002/adom.202101194
  10. Jimenez-Rey D., Zurro B., McCarthy K. J., Garcia G., Baciero A. The Response of a Radiation Resistant Ceramic Scintillator (Al2O3:Cr) to Low Energy Ions (0–60 keV) // Rev. Sci. Instrum. 2008. V. 79. № 10. P. 10E516. https://doi.org/10.1063/1.2953595
  11. Carloni D., Zhang G., Wu Y. Transparent Alumina Ceramics Fabricated by 3D Printing and Vacuum Sintering // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. № 1. P. 781–791. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.07.051
  12. Cooperstein I., Indukuri S.R.K.C., Bouketov A., Levy U., Magdassi S. 3D Printing of Micrometer-sized Transparent Ceramics with On-demand Optical-gain Properties // Adv. Mater. 2020. V. 32. № 28. P. 2001675. https://doi.org/10.1002/adma.202001675
  13. Sun Y., Li M., Jiang Y., Xing B., Shen M., Cao C., Wang C., Zhao Z. High-quality Translucent Alumina Ceramic Through Digital Light Processing Stereolithography Method // Adv. Eng. Mater. 2021. V. 23. № 7. P. 2001475. https://doi.org/10.1002/adem.202001475
  14. Ievlev V.M., Putlyaev V.I., Safronova T.V., Evdokimov P.V. Additive Technologies for Making Highly Permeable Inorganic Materials with Tailored Morphological Architectonics for Medicine // Inorg. Mater. 2015. V. 51. № 13. P. 1297–1315. https://doi.org/10.1134/S0020168515130038
  15. Тихонова С.А., Евдокимов П.В., Путляев В.И., Голубчиков Д.О., Мурашко А.М., Леонтьев Н.В., Филипов Я.Ю., Щербаков И.М. Формирование композитов с гидрогелевой матрицей, наполненных магнитоэлектрическими элементами феррит кобальта/пьезоэлектрик, методом стереолитографической 3D-печати // Перспективные материалы. 2022. Т. 51. № 8. С. 36–47. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2022-8-36-47
  16. Goldberg M., Obolkina T., Smirnov S., Protsenko P., Titov D., Antonova O., Konovalov A., Kudryavtev E., Sviridova I., Kirsanova V., Sergeeva N., Komlev V., Barinov S. The Influence of Co Additive on the Sintering, Mechanical Properties, Cytocompatibility, and Digital Light Processing Based Stereolithography of 3Y-TZP-5Al2O3 Ceramics // Materials. 2020. V. 13. № 12. P. 2789. https://doi.org/10.3390/ma13122789
  17. Смирнов С.В., Малютин К.В., Проценко П.В., Оболкина Т.О., Антонова О.С., Гольдберг М.А., Кочанов Г.П., Хайрутдинова Д.Р., Баринов С.М. Технология получения керамических изделий сложной формы из ZrO2 посредством DLP 3D-печати // Тр. КНЦ РАН. Химия и материаловедение. 2021. Т. 11. № 2. С. 239–242. https://doi.org/10.37614/2307-5252.2021.2.5.048
  18. Li Y., Wang M., Wu H., Wang M., Wu H., He F., Chen Y., Wu S. Cure Behavior of Colorful ZrO2 Suspensions During Digital Light Processing (DLP) Based Stereolithography Process // J. Eur. Ceram. Soc. 2019. V. 39. № 15. P. 4921–4927. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.07.035
  19. Liu Y., Zhan L., Wen L., Cheng L., He Y., Xu B., Liu S. Effects of Particle Size and Color on Photocuring Performance of Si3N4 Ceramic Slurry by Stereolithography // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. № 4. P. 2386–2394. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.11.032
  20. Ding G., He R., Zhang K., Xie C., Wang M., Yang Y., Fang D. Stereolithography‐based Additive Manufacturing of Gray‐colored SiC Ceramic Green body // J. Am. Ceram. Soc. 2019. V. 102. № 12. P. 7198–7209. https://doi.org/10.1111/jace.16648
  21. Zhao H., Xing H., Lai Q., Zhao Y., Chen Q., Zou B. Additive Manufacturing of Graphene Oxide/hydroxyapatite Bioceramic Scaffolds with Reinforced Osteoinductivity Based on Digital Light Processing Technology // Mater. Des. 2022. V. 223. P. 111231. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111231
  22. Quanchao G.U., Sun L., Xiaoyu J.I., Wang H., Jinshan Y.U., Zhou X. High-performance and High-precision Al2O3 Architectures Enabled by High-solid-loading, Graphene-containing Slurries for Top-down DLP 3D Printing // J. Eur. Ceram. Soc. 2023. V. 43. № 1. P. 130–142. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.09.048
  23. Tayoda T., Obikawa T., Shigenari T. Photoluminescence Spectroscopy of Cr3+ in Ceramic Al2O3 // Mater. Sci. Eng. B. 1998. V. 54. № 1-2. P. 33–37. https://doi.org/10.1016/S0921-5107(98)00122-6
  24. Ермакова Л.В., Кузнецова Д.Е., Поплевин Д.С., Смыслова В.Г., Карпюк П.В., Соколов П.С., Досовицкий Г.А., Чижевская С.В. Влияние акрилатного мономера на характеристики фотополимеризуемых суспензий для получения керамики из стабилизированного ZrO2 // Стекло и керамика. 2022. Т. 95. № 10. С. 3–10. https://doi.org/10.14489/glc.2022.10.pp.003-010
  25. Ермакова Л.В., Кузнецова Д.Е., Смыслова В.Г., Соколов П.С., Досовицкий Г.А., Чижевская С.В. Влияние диспергирующих добавок на свойства фотоотверждаемых суспензий на основе стабилизированного диоксида циркония // Новые огнеупоры. 2022. № 10. С. 45–50. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2022-10-45-50
  26. Tikhonov A., Evdokimov P., Klimashina E., Tikhonova S., Karpushkin E., Scherbakov I., Dubrov V., Putlayev V. Stereolithographic Fabrication of Three-dimensional Permeable Scaffolds from CaP/PEGDA Hydrogel Biocomposites for Use as Bone Grafts // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2020. V. 110. P. 103922. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2020.103922
  27. Ermakova L.V., Dubov V.V., Saifutyarov R.R., Kuznetsova D.E., Malozovskaya M.S., Karpyuk P.V., Dosovitskiy G.A., Sokolov P.S. Influence of Luminescent Properties of Powders on the Fabrication of Scintillation Ceramics by Stereolithography 3D Printing // Ceramics. 2023. V. 6. № 1. P. 43–57. https://doi.org/10.3390/ceramics6010004
  28. Baronskiy M.G., Tsybulya S.V., Kostyukov A.I., Zhuzhgov A.V., Snytnikov V.N. Structural Properties Investigation of Different Alumina Polymorphs (η-, γ-, χ-, θ-, α-Al2O3) Using Cr3+ as a Luminescent Probe // J. Lumin. 2022. V. 242. P. 118554. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118554
  29. Johansson E., Lidstrom O., Johansson J., Lyckfeldt O., Adolfsson E. Influence of Resin Composition on the Defect Formation in Alumina Manufactured by Stereolithography // Materials. 2017. V. 10. № 2. P. 138. https://doi.org/10.3390/ma10020138
  30. Zheng T., Wang W., Sun J., Liu J., Bai J. Development and Evaluation of Al2O3–ZrO2 Composite Processed by Digital Light 3D Printing // Ceram. Int. 2020. V. 46. № 7. P. 8682–8688. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.12.102
  31. Sokolov P.S., Komissarenko D.A., Shmeleva I.A., Slyusar I.V., Dosovitskiy G.A., Evdokimov P.V., Putlyaev V.I., Dosovitskiy A.E. Suspensions on the Basis of Stabilised Zirconium Oxide for Three-dimensional Printing // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018. V. 347. P. 012012. https://doi.org/10.1088/1757-899X/347/1/012012
  32. Choe G.B., Kim G.N., Lee H., Koh Y.H., Kim H.E. Novel Camphene/Photopolymer Solution as Pore-forming Agent for Photocuring-assisted Additive Manufacturing of Porous Ceramics // J. Eur. Ceram. Soc. 2021. V. 41. № 1. P. 655–662. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.08.012
  33. Conti L., Bienenstein D., Borlaf M., Graule T. Effects of the Layer Height and Exposure Energy on the Lateral Resolution of Zirconia Parts Printed by Lithography-Based Additive Manufacturing // Materials. 2020. V. 13. № 6. P. 1317. https://doi.org/10.3390/ma13061317
  34. Moshkovitz M.Y., Paz D., Magdassi S. 3D Printing Transparent γ-Alumina Porous Structures Based on Photopolymerizable Sol–Gel Inks // Adv. Mater. Technol. 2023. P. 2300123. https://doi.org/10.1002/admt.202300123
  35. McCarthy K.J., Baciero A., Zurro B., Arp U., Tarrio C., Lucatorto T.B., Morono A., Martin P., Hoidgson E.R. Characterization of the Response of Chromium-doped Alumina Screens in the Vacuum Ultraviolet Using Synchrotron Radiation // J. Appl. Phys. 2002. V. 92. № 11. P. 6541–6545. https://doi.org/10.1063/1.1518133
  36. Lin Z., Lv S., Yang Z., Qiu J., Zhou S. Structured Scintillators for Efficient Radiation Detection // Adv. Sci. 2022. V. 9. № 2. P. 2102439. https://doi.org/10.1002/advs.202102439
  37. Korzhik M., Fedorov A., Komendo I., Amelina A., Gordienko E., Gurinovich V., Guzov V., Dosovitskiy G., Kozhemyakin V., Kozlov D., Lopatik A., Mechinsky V., Retivov V., Smyslova V., Zharova A. GYAGG/6LiF Composite Scintillation Screen For Neutron Detection // Nucl. Eng. Technol. 2021. V. 54. № 3. P. 1024–1029. https://doi.org/10.1016/j.net.2021.09.024
  38. Shevelev V.S., Ishchenko A.V., Vanetsev A.S., Nagirnyi V., Omelkov S.I. Ultrafast Hybrid Nanocomposite Scintillators: A Review // J. Lumin. 2022. V. 242. P. 118534. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2021.118534

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. РЭМ-изображения исходных порошков α-Al2O3 BMA-15 (а) и Cr2O3 (б)

Скачать (393KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Спектры диффузного отражения порошков Al2O3 (1), смесей Al2O3 + 0.13 мас. % Cr2O3 (2) и Al2O3 + 0.28 мас. % Cr2O3 (3), BK94-1 (4) и Cr2O3 (вертикальной штриховой линией при 405 нм обозначен максимум светимости УФ-источника, используемого в 3D-принтере Ember)

Скачать (86KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости глубины полимеризации от дозы энергии для суспензий HDDA/w9010/TPO-L на основе высокодисперсных порошков Al2O3 (1), смесей Al2O3 + 0.13 мас. % Cr2O3 (2) и Al2O3 + 0.28 мас. % Cr2O3 (3), BK94-1 (4), Al1.998Cr0.002O3 (5) и Al1.996Cr0.004O3 (6) с наполнением 35 об.%; штриховые линии — аппроксимация методом наименьших квадратов согласно уравнению Джейкобса (см. табл. 1)

Скачать (89KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Репрезентативные оптические фотографии: композит Al2O3/Cr2O3/HDDA после DLP 3D-печати (a) и керамика Al2O3:Cr3+ после высокотемпературного спекания при 1600 °С 2 ч (б) (размер отверстий в композите 760(20) мкм, расстояние между отверстиями 490(10) мкм; размер отверстий в керамике 580(20) мкм, расстояние между отверстиями 380(10) мкм)

Скачать (198KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры ФЛ (λвозб = 403 нм) керамики Al2O3:Cr3+ и спектры возбуждения (λрег = 694 нм) керамики Al2O3:Cr3+: сплошные линии – спектры возбуждения ФЛ, штрихпунктирные линии – спектры ФЛ; черная и красная линии – образцы 2 и 3 соответственно (см. табл. 1)

Скачать (111KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Кинетика затухания ФЛ керамики Al2O3:Cr3+ при λрег = 694 нм и λвозб = 403 нм: черные круги и красные треугольники – экспериментальные данные для образцов 2 и 3 соответственно, штрихпунктирные линии – их одноэкспоненциальное описание

Скачать (101KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024