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Síntesis y robocasting de YAG xerogel: uno

Dec 27, 2023Dec 27, 2023

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 8454 (2022) Citar este artículo

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Se llevó a cabo un protocolo sol-gel optimizado para producir un xerogel de granate de itrio y aluminio (YAG) a partir de alcóxido de aluminio y una sal de itrio en una escala semipiloto. Este xerogel se utilizó con éxito sin pirólisis previa como carga sólida con ayuda de aditivos en la preparación de pastas. El tratamiento térmico de los cuerpos verdes, obtenidos por robocasting de la pasta, condujo a cerámicas YAG monofásicas cohesivas. La fabricación de piezas cerámicas por métodos aditivos permitirá dar forma a formas complejas, mientras que la conversión/consolidación en un solo paso simplificaría el proceso tecnológico, reduciendo los costes energéticos globales. Dado que YAG posee una alta resistencia y un buen comportamiento de fluencia a altas temperaturas, estas piezas refractarias podrían reemplazar las aleaciones metálicas utilizadas en las palas de las turbinas para la exploración del espacio profundo. Se realizaron caracterizaciones estructurales, térmicas y químicas en polvos de xerogel, pastas y cerámicas YAG.

La Agencia Espacial Francesa (CNES) ha llevado a cabo investigación y desarrollo de cerámicas de óxido con el objetivo de mejorar el diseño de subsistemas cruciales para la propulsión espacial. La temperatura máxima admisible de la turbina, impuesta por la resistencia de las aleaciones metálicas, representa una limitación de rendimiento para los ciclos de motores de cohetes de propulsión líquida. La introducción de cerámicas de óxido para piezas de turbinas de estator/rotor podría ser una solución prometedora para aumentar la temperatura del ciclo y lograr mejoras de rendimiento en consecuencia. Desde el punto de vista de la vida útil, la cerámica resistente a la fluencia sería la tecnología clave para el desarrollo de sistemas de producción de energía a bordo para la exploración del espacio profundo1. El granate de itrio y aluminio (YAG, Y3Al5O12) fue elegido para este propósito. Además de ser conocido como material receptor de ganancia láser2,3,4 para láseres de estado sólido5, también se puede utilizar por sus características mecánicas. De hecho, presenta interesantes propiedades mecánicas a alta temperatura6, debido a su alta resistencia, buen comportamiento de fluencia a altas temperaturas (> 1000 °C), buena estabilidad física y química, baja conductividad térmica y buena resistencia a la corrosión por vapor de agua7. También se usa en ambientes oxidantes para recubrimientos de barrera térmica8 o en aplicaciones que también requieren retención a largo plazo9.

Entre todos los protocolos informados para la preparación de YAG, incluido el de estado sólido10,11, la síntesis basada en sol-gel ha demostrado ser un buen método para preparar YAG monofásico, ya que la mezcla homogénea de precursores en el método sol-gel garantiza la química. uniformidad del producto y menor temperatura de procesamiento12. Por ejemplo, siguiendo este proceso, Gowda13 preparó geles de itria y acetato de tri-sec-butóxido de aluminio, que cristalizaron en YAG cuando se trataron térmicamente entre 800 y 1400 °C. Además, Manalert y Rahaman14 obtuvieron YAG amorfo a partir de una mezcla de tri-sec-butóxido de aluminio e hidrato de acetato de itrio mediante el método sol-gel y secado supercrítico con extracción de CO2. Finalmente, Singlard et al.15 desarrollaron una síntesis sol-gel de YAG monofásico a partir de tri-sec-butóxido de aluminio y cloruro de itrio anhidro y posterior tratamiento térmico.

En cualquier caso, estos polvos deben ser fabricados y conformados manteniendo sus propiedades como cerámica. Actualmente, debido a su bajo costo y facilidad de uso, la extrusión es una de las tecnologías más utilizadas para el conformado directo de cerámica16,17. En el caso de la fabricación de YAG, solo se pueden encontrar algunos ejemplos en la literatura, a saber, la impresión 3D utilizando una suspensión acuosa de polvo mixto18 y la escritura de tinta directa 3D de nanopartículas de YAG19. Sin embargo, la mayoría de estas innovaciones pertenecen al campo de la óptica, donde el YAG se dopa con elementos de metales de tierras raras y las propiedades deseadas están relacionadas con el índice de refracción17, la fotoluminiscencia20, etc. y nada se trata de la extrusión de xerogel.

Desde un punto de vista tecnológico, el proceso de impresión 3D requiere una gran cantidad de carga sólida. Sin embargo, como se menciona a menudo en la literatura, las rutas químicas para los polvos de YAG tienden a estar limitadas a cantidades a escala de laboratorio, y podría ser un desafío producir cantidades mayores. Aumentar la producción de polvo de YAG está lejos de ser sencillo, ya que la ampliación puede conducir a la formación de impurezas, influir en la reproducibilidad del proceso o alterar la microestructura de los productos. Además, el uso directo de xerogel como carga sólida en la pasta puede ofrecer una forma alternativa de simplificar el perfil del tratamiento térmico. De hecho, es posible aprovechar el paso de desaglomeración para promover la conversión del xerogel en YAG cristalino, evitando la pirólisis previa habitual del xerogel.

El objetivo de este estudio fue mejorar y ampliar el proceso para preparar un xerogel YAG. Luego, se estudió la capacidad de impresión de la pasta a base de xerogel para dar forma a piezas de YAG consolidadas en un proceso de un solo paso. Se realizaron caracterizaciones térmicas, estructurales y microestructurales de las muestras.

Los precursores metálicos utilizados para la síntesis sol-gel fueron cloruro de itrio anhidro (99,99 %, Sigma-Aldrich) y tri-sec-butóxido de aluminio (97 %, Sigma-Aldrich), mientras que los disolventes utilizados fueron etanol anhidro (94-96 % , Alfa Aesar) e isopropanol (99,9% Fisher Scientific). Para la hidrólisis se empleó amoníaco (28%, Alfa Aesar). Producimos xerogel de YAG siguiendo el protocolo descrito por Singlard et al.15 pero disminuyendo la temperatura de maduración de 60 °C a temperatura ambiente. Este protocolo se denominó "síntesis a escala de laboratorio" y se anotó como "L". Para aumentar la producción de xerogel, manteniendo las mismas características del xerogel producido por L, se llevó a cabo un segundo protocolo denominado "síntesis a escala semipiloto" y denominado "SP". En este protocolo se disolvieron 0,27 mol de cloruro de itrio en 330 mL de etanol anhidro. Por otra parte, se disolvieron 0,25 mol de tri-sec-butóxido de aluminio en 330 mL de isopropanol. Ambas soluciones se mezclaron, en un reactor de 2L, dentro de una caja de guantes, especialmente para preservar el carácter anhidro del polvo de cloruro de itrio. Luego, se completó la hidrólisis consumiendo 83 mL de amoníaco como catalizador. La solución se envejeció durante 15 h a temperatura ambiente para madurar el sol y se centrifugó a 6 000 rpm. En la Fig. 1 se muestra un protocolo detallado para L y SP. Para ambas síntesis, fueron necesarios tres lavados en agua desionizada. El xerogel centrifugado se secó a 120 °C/15 h a 115 mbar de presión. Para comprobar que la fase YAG se forma a partir de los xerogeles L y SP, se realizó una calcinación posterior. L y SP se calentaron en un primer paso a 300 °C durante 2 h con una velocidad de calentamiento de 2 °C/min seguido de un segundo paso a 1000 °C durante 1 h con una velocidad de calentamiento de 5 °C/min y finalmente refrigeración natural. Después de la calcinación, la muestra correspondiente a L se denominó L1000 y la de SP se denominó SP1000.

Protocolo de preparación de xerogeles L y SP.

La pasta de xerogel YAG diseñada para extrusión está compuesta por una mezcla de xerogel SP como carga sólida y alcohol polivinílico, PVA (Rhodoviol 25/140, VWR Chemicals, Lovaina, Bélgica), en solución acuosa (97 g/L) como carga aditivo único. La pasta se preparó de la siguiente manera: se mezcló vigorosamente un volumen específico de solución de alcohol polivinílico con xerogel SP al 68,75 % en peso, lo que dio como resultado la formación de una suspensión que se agitó hasta obtener una pasta homogénea.

A continuación, la pasta se extruyó para formar estructuras de cuerdas. Antes de cualquier tratamiento térmico, las piezas extruidas se expusieron a una humedad relativa (HR) del 50 % durante al menos 15 h a temperatura ambiente. Luego, las piezas se desligaron a 600 °C durante 2 h con una velocidad de calentamiento de 2 °C/min para eliminar el aditivo de alcohol polivinílico acuoso y los remanentes orgánicos de la síntesis sol-gel.

Finalmente, estas piezas fueron tratadas a 700 °C, 800 °C, 1000 °C, 1400 °C, 1550 °C y 1700 °C. Todos estos tratamientos térmicos se realizaron con un tiempo de permanencia de 1 h siguiendo una velocidad de calentamiento de 5 °C/min en condiciones estáticas, como se muestra en la Fig. 2.

Tratamientos térmicos de las pastas extrusionadas preparadas con YAG xerogel SP.

Los diagramas resultantes del análisis de difracción de rayos X se muestran en la Fig. 3 para los xerogeles L y SP, así como L1000 y SP1000 calcinados, lo que permite comparar los polvos obtenidos siguiendo los dos métodos de síntesis. Como era de esperar, los xerogeles L y SP son amorfos. Al calcinar a 1000 °C (L1000 y SP1000), se eliminaron los residuos orgánicos dando lugar a un polvo cerámico policristalino. Según el archivo PDF 04-007-2667, ambos patrones XRD para los xerogeles calcinados coinciden con una estructura YAG pura, sin ninguna fase extra notable. Si bien el protocolo de síntesis fue ligeramente modificado para L, en comparación con el de Singlard y colaboradores15, observamos las mismas características para el xerogel y el xerogel calcinado.

Patrones XRD de xerogel YAG secos (L, SP) y calcinados (L1000, SP1000). (*) Picos correspondientes a la ficha de referencia ICSD para Y3Al5O12, PDF 04-007-2667.

La Figura 4 muestra la distribución del tamaño de partículas en número para las muestras L, SP, L1000 y SP1000. En todos los casos, estas distribuciones son muy similares; hay una sola población entre 2 y 3 µm de diámetro. Los valores de D50 y D90 se pueden encontrar en la Tabla 1. Con respecto a la distribución de volumen, en el recuadro se evidencia la presencia de pocos aglomerados de mayor tamaño (mayores a 30 µm). Se comprobó la baja probabilidad de presencia de estos aglomerados durante la extrusión de los hilos a base de SP ya que no se obstruyó la boquilla y se realizó una impresión clara de los hilos de xerogel YAG.

Distribución numérica de partículas para polvos de xerogel secos (negros) y calcinados (grises) para los protocolos L (---) y SP (-). El recuadro corresponde a la distribución de volumen de las partículas.

Finalmente, la densidad de los polvos es otro parámetro importante a considerar al escalar la síntesis sol-gel. La Tabla 1 muestra los valores de densidad para los xerogeles y las muestras calcinadas. Las densidades de los xerogeles fueron de aproximadamente 2,20 g/cm3, tanto si se prepararon con protocolos de síntesis de laboratorio como de escala ampliada. Este valor relativamente bajo se debe a la gran cantidad de fase orgánica en las muestras, que parece ser similar para ambos casos. Después de la calcinación a 1000 °C, la densidad de las muestras alcanzó 4,47 g/cm3 y 4,46 g/cm3 para L1000 y SP1000, respectivamente. Este incremento se debe a la conversión térmica del xerogel en una red inorgánica. Una vez eliminados los residuos orgánicos, se dejó cristalizar la fase amorfa en la estructura YAG, lo que no quiere decir que se optimizara la disposición entre los granos. Sin embargo, considerando los errores de medición y el valor de densidad teórica de YAG de 4,55 g/cm3, se puede observar que las diferencias relativas entre las densidades teórica y experimental son de 1,8 % para L1000 y 1,9 % para SP1000, lo que significa que las muestras están cerca de YAG puro.

En conclusión, ambos xerogeles condujeron a la formación de muestras puras de YAG monofásico tras la calcinación a 1000 °C, independientemente de la escala (L o SP) de las síntesis. Además, la distribución del tamaño de partícula y la densidad de los xerogeles y polvos también poseen características similares, lo que confirma similitudes relativamente buenas para los productos después de escalar el procedimiento a escala de laboratorio y permite el uso de una síntesis a escala semipiloto para la posterior preparación de pastas. y cerámica.

En todos los experimentos siguientes, se utilizó el xerogel SP como carga sólida en la formulación de la pasta. Los comportamientos térmicos del polvo y la pasta se estudiaron mediante análisis térmicos, como se muestra en la Fig. 5 (los termogramas completos se proporcionan en la sección de información adicional), que muestra la pérdida de peso del xerogel y de la pasta preparada con SP y alcohol polivinílico acuoso. solución. El polvo, indicado con una línea de puntos, presenta una pérdida de peso global del 38,6 %, que se puede dividir en tres zonas. La primera zona, de 20 a 120 °C, presenta una pérdida del 6,8% asociada a la evaporación de disolventes orgánicos y agua. La segunda zona, entre 120 y 800 °C, presenta una pérdida de peso del 28,5%. Es bien sabido que entre 200 y 500 °C se produce la descomposición y/o combustión de los residuos orgánicos. La zona final, de 800 a 1200 °C, corresponde a una pérdida de peso muy pequeña del 3,3%. Esto puede estar relacionado con la descarbonización residual y la cristalización de la red amorfa en la estructura YAG, como ya se muestra en la Fig. 3. Las diferentes pérdidas de peso concuerdan bien con los resultados informados por Singlard et al.15 en términos del número de zonas definidas y la naturaleza de los eventos térmicos relacionados. Por otro lado, el termograma de la pasta, denotado por una línea continua, muestra las mismas características globales que se observan en el termograma del polvo. Sin embargo, la pérdida de peso total aumenta en gran medida al 61,3%, ya que la muestra contiene alcohol polivinílico acuoso además de los residuos orgánicos emitidos por la síntesis sol-gel. Las tres pérdidas de peso para la primera, segunda y tercera zona son 29,4%, 29,7% y 2,2%, respectivamente. Así, la presencia de alcohol polivinílico acuoso sí modifica esencialmente las zonas de evaporación y descomposición y apenas afecta al último evento de descarbonización/cristalización.

Termogramas para polvo SP (---) y pasta a base de SP (—). Se pueden distinguir tres zonas correspondientes a: ① evaporación, ② descomposición y ③ procesos de descarbonización.

Los patrones XRD para los cordones extruidos calcinados a diferentes temperaturas se muestran en la Fig. 6. A temperatura ambiente, no se observa claramente ningún pico, ya que las muestras exhiben una estructura amorfa característica de los xerogeles. A 600 °C, la fase amorfa sigue siendo predominante. Sin embargo, una vez que la temperatura alcanza los 700 °C, se produce la cristalización. Los mismos reflejos XRD se vuelven más definidos e intensos entre 800 y 1000 °C. Usando la ficha de referencia PDF n°04-007-2667, se encontró que todos los picos se pueden indexar con respecto a la estructura del granate. Desde 1400 hasta 1700 °C, se ven los mismos reflejos, aunque parecen mucho más nítidos. Sin embargo, entre 1550 y 1700 °C, la presencia de impurezas apenas se distingue en los patrones de rayos X. La identificación de esta impureza menor no es posible, ya que en su mayoría está presente como picos en los hombros y firmas de muy baja intensidad. Se debe tener en cuenta que, a pesar de la pureza del precursor de aluminio, el monoclínico de itrio y aluminio, YAM, y la perovskita de itrio y aluminio, YAP, se informó que se formaron fases intermedias durante la síntesis de YAG y que coexistieron después de un calentamiento prolongado en el rango entre 1000 y 1800 °C21,22.

Patrones XRD para los hilos obtenidos a partir de la pasta preparada a partir de YAG xerogel SP tras calcinación en aire a diferentes temperaturas.

Además, se midió el ensanchamiento del pico principal (4 2 0) en los diagramas de 700 a 1700 °C para investigar más a fondo el orden de la estructura YAG en las partículas. Estos resultados se recogen en la Tabla 2, que muestra que el ensanchamiento es bastante estable a 0,4° hasta 1000 °C. Luego, a partir de 1400 hasta 1700 °C, se observa una fuerte disminución en el pico (4 2 0) hasta 0,1°, lo que sugiere una mejor organización del YAG y la presencia de una menor cantidad de defectos microestructurales en estas muestras. En resumen, la formación de granate a partir de una red inorgánica amorfa obtenida después de la combustión completa del residuo orgánico y el contenido de alcohol polivinílico a partir de 700 °C se logra a 1000 °C. Luego, entre 1000 y 1400 °C, se observa un aumento en el tamaño de los dominios coherentes, lo que evidencia una activación de la difusión del material y una disminución en la densidad de defectos. El ensanchamiento entre 1400 y 1700 °C es estable en torno a 0,1° lo que no da más información sobre la organización de dominios coherentes.

Además, se tomaron imágenes de alta resolución de los cordones de fabricación capa por capa calcinados a diferentes temperaturas, Fig. 7 (af). Estas capturas mostraron el apilamiento de la pasta impresa. La definición, forma y consistencia de los cordones impresos (a) se conservan incluso después de los pasos de desaglomerado (b), calcinación (cd) y consolidación (ef). Tenga en cuenta que a 700 °C la presencia de residuos de carbón es visible en el color gris oscuro de la muestra. Para observar mejor la evolución de su microestructura, se analizaron micrografías SEM de cordones fracturados, Fig. 7(gl). Desde temperatura ambiente (g) hasta 700 °C (h), la microestructura es típica de un xerogel con pequeños granos mal dispuestos. A 1000 °C (i), el empaquetamiento de los granos mejora, sin embargo se mantienen bastante pequeños. En el rango de temperatura de 1400 a 1700 °C (jl), la mejor cristalización de los granos, sugerida por el menor ensanchamiento de los picos XRD, es visible a medida que su tamaño aumenta hasta 2 µm a 1700 °C.

Imágenes de alta resolución (af) y micrografías SEM (gl) de cordones fracturados a diferentes temperaturas.

Subrayando que la pasta fresca fue formulada a partir de una solución acuosa de alcohol polivinílico y xerogel, cabe señalar que la cohesión global entre los hilos impresos se logró en las piezas en verde y se mantuvo después de los tratamientos térmicos. También se encontró que la sinterización del material era efectiva entre 1550 y 1700 °C ya que la coalescencia se activó térmicamente sin un crecimiento anormal del grano.

Finalmente, se midió la densidad relativa a diferentes temperaturas considerando 4.55 g/cm3 como densidad teórica de YAG, ver Fig. 8. A 700 °C, la densidad relativa fue de alrededor del 60% debido a la porosidad interna y la conversión incompleta del xerogel en YAG. Con el aumento de la temperatura, las fases orgánicas se eliminan por completo: por ejemplo, a 1000 °C, la densidad relativa aumenta en un 10 %. Este incremento coincide con la cristalización completa del xerogel, sin embargo permanece la porosidad interna. De 1400 a 1700 °C se aprecia una mejora notable en la densificación. A 1400 °C, la densidad relativa es de alrededor del 80%. Luego, a 1550 °C, las cuerdas alcanzaron la densidad relativa más alta observada de alrededor del 90%, lo que indica que se optimizó el empaque de los granos y se eliminó parcialmente la porosidad interna. Finalmente, el calentamiento de las muestras a una temperatura tan alta como 1700 °C no proporcionó una mayor eliminación de la porosidad interna, sino una activación del crecimiento del grano.

Evolución de la densidad relativa de los cordones impresos a base de SP a diferentes temperaturas.

Ampliamos con éxito la producción de xerogel YAG modificando un protocolo diseñado para una síntesis a "escala de laboratorio". Usando xerogel de YAG seco sin pirólisis previa como una carga sólida, se formuló una pasta de xerogel y luego se imprimió mediante robocasting. Las estructuras impresas de los cordones se calcinaron a diferentes temperaturas para monitorear la transformación de la pasta de xerogel en una cerámica YAG cristalina. Hemos demostrado que era posible sinterizar y obtener piezas cohesivas después de tratamientos térmicos en el rango de 1550-1700 °C, a pesar de un remanente parcial de la porosidad interna.

Finalmente, la impresión directa de pasta de xerogel sin la pirólisis previa habitual, que implica mayores partidas orgánicas, no fue perjudicial para el proceso de fabricación. Además, reduce costes y sería apreciado por el sector industrial como un proceso de ahorro energético. La fabricación de piezas de turbinas para la exploración espacial a partir de xerogel YAG parece ser un enfoque prometedor.

Las estructuras de cordones se extruyeron con una impresora cerámica 3D comercial (arcilla Delta WASP 2040) y una extrusora de modelado de depósito líquido con una boquilla de 1,2 mm de diámetro. Para todas las pruebas de extrusión se aplicaron condiciones experimentales de 4 bares de flujo de aire comprimido, velocidad de impresión de 4 mm/s, capas de 1,5 mm de altura y temperatura de 20 °C con 50% de humedad relativa (HR). Los hilos verdes se secaron a temperatura ambiente durante 15 h al aire con 50% de HR.

La distribución del tamaño de partícula de los polvos se midió con un analizador de tamaño de partícula láser LA-950 (Horiba Ltd, Kyoto, Japón), en el que una partícula de la muestra dispersará la luz en un ángulo definido determinado por su tamaño. Un grupo de partículas producirá así un patrón de luz dispersa definida por su intensidad y ángulo, que puede procesarse en un producto de distribución de tamaño de partículas. Las mediciones se llevaron a cabo utilizando el método Fraunhofer-Kernel, que se utiliza para analizar los haces reflejados y difractados de las partículas de alúmina.

Los análisis XRD para los polvos y cordones extruidos se realizaron con un Bruker-D8 Advance con geometría Bragg-Brentano y una fuente de Cu Kα, con un rango de medición angular (2θ) de 15–90°, un tamaño de paso de 0,012° y un tiempo equivalente por paso de 49,92 s. La identificación de las fases cristalinas se refiere a las tarjetas Joint Committee Powder Difraction Standard (JCPDS). Se midió el ensanchamiento del pico más alto (4 2 0) para cuantificar el grado de ordenación de las partículas cristalinas de YAG, con la ayuda de una función de Voigt teniendo en cuenta el doblete Kα1-Kα2 de la fuente, que se utilizó para determinar el pico perfilar y extraer su ensanchamiento integral.

Las microestructuras de las cuerdas se observaron con un microscopio electrónico de barrido (FEI quanta 450 FEG, Thermo Fisher Scientific, Eindhoven, Países Bajos) utilizando un detector de campo grande con un voltaje de haz de 5 kV y una presión de cámara de 10−5 Pa. Para el muestras sin tratamiento térmico, las piezas extruidas se secaron a temperatura ambiente durante 72 h y luego se cortaron para colocarlas dentro del portamuestras. Las muestras no se metalizaron antes de la observación. Las capturas de alta resolución se tomaron utilizando un sistema de lentes de microimagen Optem Fusion (montura de cámara 35-08-70-000) con un tubo de cámara 35-41-10-000 y un aumento fijo de 12,5:1.

Se realizaron análisis termogravimétricos (TGA) para los xerogeles y la pasta con un SDT Q600, TA Instruments, donde las muestras se calentaron a 1200 °C en un crisol de platino a una velocidad de calentamiento de 5 °C/min bajo un flujo de aire seco de 100 mL /min. Cabe señalar que cada muestra tenía una masa inicial de aproximadamente 50 mg.

La densidad de los polvos se midió con un picnómetro de helio (AccuPycII 1340, Micromeritics), en el que las muestras se colocaron en una cámara de 1 cm3. Se admitió gas helio y luego se expandió a otro volumen interno de precisión. Se registró la presión antes y después de la expansión y se utilizó para medir el volumen de la muestra. Esta operación se repitió 10 veces. Por otro lado, las densidades de las estructuras 3D calcinadas fueron evaluadas empleando el principio de Arquímedes, utilizando agua desionizada y una balanza analítica digital, operando con precisión de 0.0001 gm. Las medidas de densidad se replicaron tres veces y se usó el valor promedio para comparar las diferentes muestras. Por lo tanto, las densidades se calcularon utilizando la fórmula (1):

donde ρ es la densidad (g/cm3), m1 es el peso de la muestra, m2 es el peso de la muestra suspendida dentro del recipiente lleno de agua y ρw es la densidad del agua destilada (g/cm3).

Koroteev, AS, Andrianov, DI, Karevskiy, AV, Kiryushin, EN, Popov, AV, Semenkin, AV, Solodukhin, AE, Zakharenkov, LE, Jansen, F., Brandt, T., Maiwald, V., Bauer, W ., Gomez, AM, Jahnke, SS, Hillebrandt, M., Richter, M., Ferraris, S., Tosi, MC, Masson, F., Combettes, J., Oriol, S., Worms, J.-C ., Detsis, E., Muszynski, M., Lassoudière, F., Granjon, R., Tinsley, T., Hodgson, Z., Findlay, JAP, & Guimarães LNF Banco de pruebas para componentes clave de potencia internacional de clase megavatio y demostración en tierra del sistema de propulsión. En la 7ª Conferencia Europea de Aeronáutica y Ciencias Espaciales (EUCASS). Milán, Italia. DOI: https://doi.org/10.13009/EUCASS2017-198 (2017).

Dong, J. et al. Láseres de microchip de picosegundos de cerámica Yb:YAG/Cr4+:YAG compuestos. Optar. Expreso 15, 14516–14523. https://doi.org/10.1364/OE.15.014516 (2007).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Doroshenko, AG et al. Efecto de la temperatura de sinterización sobre la microestructura y propiedades ópticas de cerámicas YAG:Cr, Mg. Optar. Mate. 98, 109505. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.109505 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Mah, T.-I., Parthasarathy, TA & Lee, HD YAG policristalino; estructural o funcional. J. Ceram. Proceso. Res. 5, 369–379 (2004).

Google Académico

Petersen, A. et al. Introducción al problema de enfoque: láseres avanzados de estado sólido 2020. Opt. Mate. Expreso 11, 952–954. https://doi.org/10.1364/OME.423641 (2021).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Xie, Y. et al. Membrana fibrosa YAG ligera, de alta resistencia y flexible para un aislamiento térmico eficiente. J. Aleaciones Compd. 876, 159978. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159978 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Corman, GS Fluencia a alta temperatura de algunos óxidos monocristalinos. Cerámica. Ing. ciencia proc. 12, 1745-1766 (1991).

Artículo CAS Google Académico

Armani, CJ, Ruggles-Wrenn, MB, Hay, RS, Fair, GE & Keller, KA Fluencia de granate policristalino de itrio y aluminio (YAG) a temperatura elevada en aire y vapor. Mate. ciencia Ing. A 589, 125–131. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.09.083 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Lu, Q., Dong, W., Wang, H. y Wang, X. Una forma novedosa de sintetizar granate de itrio y aluminio a partir de precursores inorgánicos metálicos. Mermelada. Cerámica. Soc. 85, 490–492. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2002.tb00119.x (2002).

Artículo CAS Google Académico

Nyman, M., Caruso, J., Hampden-Smith, MJ & Kodas, TT Comparación de la síntesis de polvos de aluminato de itrio en estado sólido y por pirólisis por aspersión. Mermelada. Cerámica. Soc. 80, 1231–1238. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1997.tb02969.x (1997).

Artículo CAS Google Académico

Ivanauskas, F., Kareiva, A. & Lapcun, B. Sobre el modelado de reacciones en estado sólido. Síntesis de YAG. J. Matemáticas. química 37, 365–376. https://doi.org/10.1007/s10910-004-1103-2 (2005).

Artículo MathSciNet CAS MATH Google Académico

Nair, PAK, Vasconcelos, WL, Paine, K. & Calabria-Holley, J. Una revisión de las aplicaciones de la ciencia sol-gel en el cemento. Constr. Construir. Mate. 291, 123065. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123065 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Gowda, G. Síntesis de aluminatos de itrio por el proceso sol-gel. J.Mater. ciencia Letón. 5, 1029–1032. https://doi.org/10.1007/BF01730273 (1986).

Artículo CAS Google Académico

Manalert, R. & Rahaman, MN Procesamiento de sol-gel y sinterización de polvos de granate de itrio y aluminio (YAG). J.Mater. ciencia 31, 3453–3458. https://doi.org/10.1007/BF00360748 (1996).

Artículo ADS CAS Google Académico

Singlard, M. et al. Síntesis sol-gel de granate de itrio y aluminio (YAG): efectos de la naturaleza y concentración del precursor sobre la cristalización. J. Sol-Gel Sci. Tecnología 87, 496–503. https://doi.org/10.1007/s10971-018-4722-y (2018).

Artículo CAS Google Académico

Li, W. et al. Fabricación aditiva basada en extrusión de cerámica funcionalmente graduada. J.Eur. Cerámica. Soc. 41, 2049–2057. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.10.029 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Carloni, D., Zhang, G. y Wu, Y. Cerámica de alúmina transparente fabricada mediante impresión 3D y sinterización al vacío. J.Eur. Cerámica. Soc. 41, 781–791. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.07.051 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Zhang, G., Carloni, D. & Wu, Y. Impresión 3D de cerámicas YAG transparentes usando suspensión asistida por copolímero. Cerámica. En t. 46, 17130–17134. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.03.247 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Seeley, Z. et al. Varillas láser YAG de cerámica transparente impresas en 3D: coincidentes con el índice de refracción del revestimiento del núcleo. Optar. Mate. 107, 110121 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Nseowo Udofia, E. & Zhou, W. Óptica impresa en 3D con un material óptico suave y estirable. Agregar Fabricación 31, 100912. https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.100912 (2020).

Artículo Google Académico

Bhattacharyya, S. & Ghatak, S. Métodos de síntesis de Y3Al5O12 (YAG): una revisión. Trans. Cerámica India. Soc. 66, 77–84 (2007).

Artículo CAS Google Académico

Kupp, ER, Kochawattana, S., Lee, S.-H., Misture, S. y Messing, GL Efectos del tamaño de las partículas en la formación de fases de granate de itrio y aluminio (YAG) mediante una reacción de estado sólido. J.Mater. Res. 29, 2303–2311 (2014).

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Descargar referencias

Los autores desean agradecer a la Agencia Espacial Francesa (CNES), por el apoyo técnico y de proyecto durante toda la actividad.

Centro Nacional de Estudios Espaciales, Departamento de Lanzadores, 52 rue Jacques Hillairet, 75615, París Cedex, Francia

Nancy Flores-Martinez, Giuseppe Fiore & Stephane Oriol

Instituto de Investigación de Cerámica, UMR 7315, 12 rue Atlantis, 87068, Limoges Cedex, Francia

Nancy Flores-Martínez, Lila Ouamara, Fabien Remondiere, Jenny Jouin y Sylvie Rossignol

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NFM: realización de experimentos y redacción del borrador original. JJ, FR, NFM: análisis, discusión de los resultados y edición del manuscrito. LO: trabajo experimental. SO, GF, SR: supervisión de proyectos y edición de manuscritos.

Correspondencia a Sylvie Rossignol.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Flores-Martínez, N., Ouamara, L., Remondiere, F. et al. Síntesis y robocasting de YAG xerogel: conversión de cerámica en un solo paso. Informe científico 12, 8454 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-12204-6

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Recibido: 13 noviembre 2021

Aceptado: 06 mayo 2022

Publicado: 19 mayo 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-12204-6

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