A surface study on adsorption of lignosulphonate on mixed Si3N4Y2O3 powder dispersions

https://doi.org/10.1016/0955-2219(94)90078-7Get rights and content

Abstract

In the colloidal processing of high performance ceramics, knowledge of the interfacial properties is of crucial importance. Studies have accordingly been made of the surface composition and the dispersion behavior of a silicon nitride-yttrium oxide-lignosulphonate system, prior to sintering. The effect of pH on the adsorption of yttria (Y2O3) and lignosulphonate (LS) on the silicon nitride (Si3N4) powder surface is reported.

The samples were studied by particle size measurements, SEM, X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA) and carbon analyses. The ESCA analyzing techniques used were (1) relative surface atomic concentrations (ACs) and (2) evaluation of the substrate coverage derived from the Tougaard background analysis.

It was found that the particle size distribution of the Si3N4-Y2O3 system to be strongly dependent on the pH and concentration of the lignosulphonate added in the dispersion. The ESCA results confirmed that lignosulphonate adsorbed both on the silicon nitride and yttrium oxide particles. It was also found that at pH 7 the relative amount of yttria was increased at the surface with increasing amount of lignosulphonate added in the dispersion.

Zusammenfassung

Bei der kolloidalen Herstellung von Hochleistungs-keramiken sind die Grenzflächen von besonderer Bedeutung. Die Grenzflächenchemie und das Dispersions-verhalten eines Siliziumnitrid-Yttriumoxid-Lignosulphonat-Systems wurde vor dem Sintern untersucht. Der Einfluß des pH-Werts auf die Adsorption von Yttriumoxid (Y2O3) und Lignosulphonat (LS) an der Oberfläche der Siliziumnitridpulver (Si3N4) wurde bestimmt.

Die Untersuchung der Proben erfolgte durch die Bestimmung der Teilchengröße, SEM, Röntgenphotoelektronenspektroskopie (ESCA) und Kohlenstoffanalyse. Bei den ESCA-Techniken handelte es sich um (1) die Bestimmung der relativen atomaren Konzentration an der Oberfläche (ACs) und (2) die Ermittlung der Substratbedeckung abgeleitet aus der Tougaard Hintergrundanalyse.

Es zeigte sich, daß die Teilchengrößenverteilung des Si3N4-Y2O3-Systems stark vom pH-Wert und der zur Dispersion zugegebenen Menge an Lignosulphonat abhängt. Die ESCA-Untersuchungen bestätigen, daß Lignosulphonat sowohl von Siliziumnitrid- als auch von Yttriumoxidteilchen adsorbiert wird. Weiterhin ergab sich, daß bei einem pH-Wert von 7 und bei Erhöhung des Lignosulphonatanteils an der Dispersion die relative Menge an Yttrium an der Oberfläche zunahm.

Résumé

Dans le processus colloïdal de fabrication de céramiques hautement performantes, la connaissance des propriétés interfaciales est d'une importance cruciale. C'est pourquoi des études ont été realisées, avant frittage, sur la composition de la surface et sur le comportement à la dispersion de systèmes nitrure de silicium-oxyde d'yttrium-lignosulfonates. L'effet du pH sur l'adsorption de l'oxyde d'yttrium (Y2O3) et du lignosulfonate (LS) sur la surface d'une poudre de nitrure de silicium (Si3N4) est décrite.

Les échantillons ont été étudiés par sédimentométrie, MEB, spectroscopie ESCA et analyses de carbone. Les techniques d'analyse ESCA employées ont été relatives (1) aux concentrations atomiques de la surface (ACs) et (2) a l'évaluation du recouvrement de la surface à partir de l'analyse de Tougaard.

Nous avons trouvé que la distribution de la taille des particules du systéme Si3N4-Y2O3 est fortement dépendante du pH et de la concentration en lignosulfonate ajouté lors de la dispersion. Les résultats ESCA confirment que le lignosulfonate s'est adsorbé sur les particules de nitrure de silicium et d'oxyde d'yttrium. Il a été aussi démontré qu'à pH 7 la quantité relative d'oxyde d'yttrium a été augmentée sur la surface avec des quantités croissantes de lignosulfonates ajoutées à la dispersion.

References (11)

  • S. Tougaard

    Surf. Sci.

    (1985)
  • J.C. Le Bell

    Colloids Surfaces

    (1982)
  • M.P. Seah

    Surf. Int. Anal.

    (1980)
  • J.C. Le Bell

    The Influence of Lignosulphonate on the Colloidal Stability of Particulate Dispersions

There are more references available in the full text version of this article.

Cited by (15)

  • Novel colloidal forming of ceramics

    2020, Novel Colloidal Forming of Ceramics
View all citing articles on Scopus
View full text