Electrophoretic deposition of kaolin

Abstract

A deposição eletroforética (EPD) é uma técnica interessante do ponto de vista de processamento de materiais permitindo a formação de filmes dos mais variados materiais em diferentes substratos condutores. É uma técnica simples, versátil e de baixo custo associado. No presente trabalho, conduziram-se estudos que permitiram estabelecer as condições apropriadas para a produção de filmes espessos de caulino por EPD. Depositaram-se filmes de caulino em verde, com cerca de 5 mg, em três tipos de substrato: aço inoxidável, folha de platina e silício platinizado. Para a identificação das condições de deposição, contribuiu o estudo sistemático das condições de preparação da suspensão de caulino que incluíram a avaliação do potencial zeta de suspensões com o pH da mesma, do efeito da composição do meio suspensor (água, etanol, ou mistura de ambos), do recurso ao iodo como aditivo, e da variação com o tempo da transmitância da luz UV por parte dos diferentes meios suspensores, com ou sem iodo. Os resultados obtidos permitiram concluir que as melhores condições de deposição são as que combinam a adição de alguma água ao etanol, enquanto meio suspensor, e o uso de iodo como aditivo. Os filmes preparados por EPD foram sinterizados a 1200 e 1300 oC, durante 2 h. A microestrutura dos filmes, antes e após sinterização, observada por microscopia eletrónica de varrimento (SEM) permitiu concluir que as partículas de caulino tendem a depositar de uma forma orientada em que as suas superfícies basais se alinham paralelamente ao substrato. Os filmes de caulino sinterizados foram submetidos a ensaios de nanoindentação e determinou-se a sua dureza Vickers e módulo de Young para os quais se obtiveram, respetivamente, 300 MPa e 40 GPa. Este trabalho contribuiu para identificar condições para obter filmes espessos de caulino de cuja a microestrutura anisotrópica se aponta a possibilidade de aceder a propriedades maximizadas segundo determinadas direções o que do ponto de vista das suas aplicações pode abrir novas oportunidades.

Electrophoretic deposition (EPD) is an interesting technique from the point of view of materials processing. The technique allows the formation of films of many different materials on different conductive substrates. Besides that, EPD is a simple, versatile and low cost technique. The studies conducted, in the present work, allowed the establishment of appropriate conditions to produce kaolin thick films by EPD. Green kaolin films with around 5 mg were deposited on three types of substrate: stainless steel, platinum foil and platinized silicon. A systematic study about the preparation conditions of the kaolin suspension contributed to identify the deposition conditions. This study included the assessment of the pH dependence of zeta potential of the suspension and the effect of the suspension media (water, ethanol or a mixture of both) as well as the use of iodine as additive. Transmittance variation of the UV light with time was also assessed for the different suspension media with and without iodine. The obtained results allowed to conclude that the best deposition conditions are those that combine the use some water in the ethanol based suspension media added also with iodine. The kaolin films produced by EPD were sintered at 1200 and 1300 oC for 2 h. The observation of the films microstructure by scanning electron microscopy (SEM), before and after sintering, allowed to conclude that the kaolin particles tend to deposit in an oriented way in which their basal surfaces align parallel to the substrate. The sintered kaolin films were submitted to nanoindentation tests and their Vickers hardness and Young’s modulus was determined as 300 MPa and 40 GPa, respectively. This work contributed to identify the conditions to obtain kaolin thick films of which the anisotropic microstructure is expected the possibility of assessing maximized properties under certain directions. From the point of view of applications, this can open new possibilities