Catégorie : Applications & Solutions

Les composites à matrice céramique Ox/Ox (CMC Ox/Ox) combinent une excellente solidité, une résistance chimique et une stabilité thermique. Ces qualités les rendent appropriés pour les composants exposés à des environnements difficiles et oxydants, tels que les moteurs de turbines à gaz et les systèmes de protection thermique.

Toutefois, le maintien de ces propriétés à des températures élevées constitue un défi en raison du grossissement des grains et de la dégradation au-delà de 1 000 °C. Une étude récente, intitulée « Enhancing Thermal Stability of Oxide Ceramic Matrix Composites via Matrix Doping, » (Amélioration de la stabilité thermique des CMC Ox/Ox via le dopage de la matrice), a exploré des moyens de surmonter ce problème.

Baikowski® a contribué à l’étude avec sa poudre d’alumine BA15 de haute pureté, sélectionnée pour sa distribution granulométrique (d₅₀ = 120 nm) et sa pureté chimique exceptionnelle. Ces caractéristiques ont permis d’obtenir un matériau fiable, essentiel pour évaluer les effets du dopage. Pour cela, des suspensions contenant 50 % de matière solide ont été préparées.

Pour plus d’information sur notre poudre BA15 ou encore notre dernière innovation SLAZ, une suspension d’alumine de haute pureté dopée à la nano-zircone zilight® de Mathym®, visitez notre offre pour CMCs.

Matériels et méthodes

Des composites renforcés par les fibres Nextel 610 et des matrices d’alumine ont été produits en deux variantes : l’une utilisant de l’alumine non dopée et l’autre dopée avec 480 ppm de MgO.

Le MgO a été choisi en raison de sa capacité reconnue à inhiber la mobilité du liant et à réduire la croissance des grains, ce qui en fait un agent dopant efficace pour améliorer la stabilité thermique.

Fabriqués par une technique de gélification ionotropique, les composites ont été frittés à 1200°C, puis soumis à des traitements thermiques à 1300°C et 1400°C. Des tests SEM, WDX et de résistance à la traction ont été réalisés pour évaluer les impacts microstructuraux et mécaniques du dopage.

Performance de la CMC avec l’alumine dopée de Baikowski

Résultats microstructuraux :

• Les composites dopés et non dopés présentaient des microstructures initiales similaires avec des grains équiaxes uniformes.
• L’exposition thermique a induit une croissance des grains dans les deux échantillons, mais les composites dopés au MgO présentaient des grains plus petits et beaucoup moins de grains anormaux, en particulier près des régions des fibres.

Interactions :

• L’analyse WDX a montré que le silicium (Si), qui fait partie des fibres Nextel 610, se diffuse vers l’extérieur en direction de la matrice après l’exposition à la chaleur, tandis que le magnésium (Mg) de la matrice se diffuse légèrement dans les fibres. Cette interaction a contribué à supprimer le grossissement excessif des grains dans les composites dopés au MgO, conduisant à des grains plus petits par rapport aux échantillons non dopés, ainsi qu’ à une distribution de taille des grains plus étroite, ce qui a contribué à limiter  la perte de résistance après les traitements thermiques.

Performances mécaniques :

• Les deux types de composites avaient une résistance à la traction comparable (~135 MPa) à l’état brut.
• Après traitement thermique, les composites dopés au MgO ont conservé une résistance à la traction plus élevée, avec des réductions de 8% à 1300°C et de 41% à 1400°C, par rapport à des réductions de 27% et 62% pour les échantillons non dopés.

Cette étude a bien mis en évidence les avantages du dopage de la matrice pour l’amélioration de la stabilité thermique des CMCs Ox/Ox, en particulier avec l’alumine de haute pureté de Baikowski® dopée au MgO. Cette matrice sur mesure a permis de réduire efficacement la croissance des grains et de préserver les propriétés mécaniques même à haute température.

Grâce à sa capacité R&D et une collaboration avec l’industrie, Baikowski® fournit des solutions d’alumine sur mesure qui répondent parfaitement aux exigences de vos applications. Baikowski® est votre partenaire pour développer des matériaux hautement performant, comme dans cette étude, pour le secteur aérospatial ou d’autres applications à haute température.

Pour en savoir plus, téléchargez notre livre blanc dédié👇.

Avec plus de 120 ans d’expertise, Baikowski® est un fournisseur innovant qui proposent des matériaux à la pointe de la technologie. A ses début, la société produisait des saphirs synthétiques avant de se recentrer sur les poudres, et notamment les solutions de polissage pour les besoins de l’horlogerie, l’optique, l’électronique ou encore les semi-conducteurs.

Grâce à notre expérience, nos solutions d’alumine et de silice colloïdale sur-mesure, dont la morphologie, la distribution granulométrique (PSD) et la composition sont optimisées, satisfont des applications nécessitant une grande qualité de finition et une efficacité accrue.

Dans l’électronique et l’optique notamment, où la qualité du polissage du saphir est cruciale pour obtenir des dispositifs de haute performance, l’utilisation des suspensions Baikowski® offrent des finitions de surface exemptes de défauts,  garantissant notamment une transmission de la lumière et une clarté de l’image maximum.

Les Défis du Polissage du Saphir

Le polissage du saphir, l’un des matériaux les plus durs  après le diamant, exige un traitement méticuleux et de haute précision pour obtenir un surface impeccable. Les principaux défis sont les défauts de surface, les micro-rayures ou encore l’élimination incomplète des marques de meulage, qui affectent la clarté optique et la finition de surface.

Trois étapes sont nécessaires pour un résultat optimum : un meulage grossier du matériau initial, un polissage intermédiaire qui affine les irrégularités de surface et un polissage final pour une « surface miroir ». Chaque étape nécessite un maîtrise parfaite afin d’éviter d’introduire de nouvelles imperfections.

Axe C et Axe A : L’impact de l’orientation cristalline

L’orientation cristalline du saphir et la difficulté de polissage sont étroitement liées. L’axe C (plan 0001) est l’orientation la plus difficile à polir, présentant jusqu’à 20 % de résistance supplémentaire et nécessitant des suspensions spécialement formulées pour obtenir une finition impeccable.

L’axe A (plan 11-20) est en principe plus facile à polir, même si ce travail reste rigoureux. Dans tous les cas, les suspensions doivent offrir une distribution granulométrique des particules abrasives appropriée, un pH adapté aux variations de dureté, et l’obtention de résultats uniformes sur ces orientations.

Les Suspensions SPH à base de silice et d’alumine : Une Productivité Optimisée du Polissage Saphir

Baikowski® a développé une série CMP spécifique pour les substrats aussi durs que le saphir, dans laquelle la chimie joue un rôle majeur dans l’obtention de surfaces impeccablement lisses avec des niveaux de précision très élevés. Cette gamme unique de suspensions brevetées à base d’alumine ou de silice SPH permet d’améliorer la productivité, en particulier sur les plans cristallins difficiles comme l’axe C.

Elle offre en effet des taux d’élimination des matériaux 3 à 4 fois plus rapides que les suspensions traditionnelles de silice colloïdale. De plus, elle permet une élimination uniforme des matériaux grâce à :

• La morphologie contrôlée et la PSD étroite de ce produit de polissage broyé de Baikowski®. De telles suspensions minimisent le risque d’introduire de nouvelles rayures tout en obtenant une élimination efficace de la matière, en particulier lors des étapes de polissage intermédiaire et final.
• La stabilité de la suspension. Elle assure une élimination uniforme et maintient une bonne dispersion des particules tout au long du processus de polissage. La viscosité et le pH sont soigneusement équilibrés pour permettre une meilleure activité chimique de la suspension sur la surface du saphir et un processus de polissage plus rapide, faisant de la série SPH une gamme idéale pour les applications où la facilité d’utilisation et la haute précision sont indispensables.

La série SPH est disponible à la fois en solutions abrasives de silice et d’alumine.

• SPH-51 est une solution de silice, dont les spécifications du D50 sont 100 nm et le pH de 10-11. Elle obtient des taux d’élimination élevés sur les plans C et A du saphir, avec des finitions de surface quasi parfaites, en particulier lorsqu’elle est combinée avec le pad polyuréthane de Baikowski®.

Performance de la solution de silice SPH-51 (Plan A)
Conditions de polissage

Machine	φ 610 mm single side
Rotation de la plaque (tr/min)	50
Force d’appui (g/cm²)	280
Débit de suspension (ml/min)	100
Pièces	Saphir Plan A

 

Il en résulte une surface impeccable, prête à recevoir des couches épitaxiales, ce qui garantira un rendement lumineux et une efficacité énergétique optimum dans les applications LED par exemple.

•  SPH-53 est également une solution optimisée à base de silice avec un taux d’élimination intermédiaire et des performances prouvées par rapport à la silice traditionnelle. Ses spécifications du D50 sont de 70 nm et son pH est compris entre 8 et 9.

Comparaison des solutions de silice SPH-51 et SPH-53 (Plan C 4″)
Mêmes conditions de polissage que décrites ci-dessus

Produits	Silice traditionnelle	SPH-51	SPH-53
Temperature (°C)	36	47	35
Couples (%)	100	139	94

 

• SPH-9D est une suspension à base d’alumine dont le taux d’élimination est très élevé, idéal pour l’axe C. Elle élimine efficacement les irrégularités de surface et offre un produit final de qualité supérieure. Ses spécifications pour D50 sont de 0,30 µm et elle a un pH compris ente  12,5 et 13,5. Cette suspension peut également être utilisée dans des opérations de polissage double face.

 

COMPARAISON DES SUSPENSIONS À BASE D’ALUMINE
Rugosité de surface 0,2 nm – 0,35 nm

L’obtention de résultats de polissage optimaux nécessite une bonne combinaison entre la vitesse de polissage, la pression exercée, la qualité du pad et la formulation de la suspension. Une pression plus élevées augmentent le taux d’élimination du matériel mais peut produire des rayures, tandis que des vitesses plus lentes réduisent en principe la formation de rayures mais  prolongent le temps de traitement.

En savoir plus sur  les suspensions SPH

En résumé, nos suspensions SPH à base de silice et d’alumine offrent une alternative supérieure en fournissant de meilleurs taux d’élimination, une réduction des défauts, une meilleure finition de surface et un contrôle accru du processus par rapport aux produits traditionnels à base de silice. Cette gamme, combinée aux pad de Baikowski®, est idéale pour les applications de haute précision dans les industries de l’optique, de l’électronique et des semi-conducteurs où la qualité de surface et la productivité sont toutes deux cruciales.

Vous souhaitez en savoir plus sur l’offre de solutions de polissage de Baikowski® ?
Découvrez notre livre blanc dédié, uniquement en anglais, intitulé Superior Intermediate & Final Polishing, Alumina, Silica, Ceria  & Diamond Solutions.

Les composites à matrice céramique (CMC) représentent une avancée en science des matériaux, répondant à une demande croissante de matériaux haute performance dans des environnements extrêmes. Ces composites offrent stabilité thermique, résistance à la corrosion et  résistance mécanique aux céramiques tout en surmontant leur fragilité inhérente grâce à l’ingénierie des composites.

Les CMC sont de plus en plus utilisés dans les secteurs de l’aérospatiale, de l’énergie, de la médecine et de l’électronique, où des structures légères, une résistance aux températures élevées et une durabilité mécanique sont essentielles.

Pour bénéficier pleinement de leur potentiel, un contrôle précis de la composition de la matrice est crucial. En effet, elle doit assurer :

✔ Une excellente dispersion des particules céramiques dans la suspension
✔ Une charge solide élevée avec une faible viscosité pour une meilleure infiltration
✔ Une compatibilité avec les additifs pour de bonnes performances
✔ Une haute réactivité pour une consolidation efficace
✔ Une porosité contrôlée pour améliorer les propriétés mécaniques

1. CMCs Ox/Ox : Performances et Défis

Les CMCs Ox/Ox sont généralement composés de fibres d’alumine ou de mullite intégrées dans une matrice d’oxyde. Les fibres améliorent la résistance, la dureté et la résistance thermique, tandis que la matrice joue un rôle clé dans le transfert de charge, la protection des fibres et l’arrêt des fissures. Les études montrent qu’une porosité optimale de la matrice est d’environ 30 % pour équilibrer résistance mécanique et performance thermique.

Plusieurs défis doivent être cependant relevés pour atteindre une telle performance, notamment :

✔ La dégradation mécanique des fibres céramiques à haute température
✔ La croissance des grains qui entraînent une réduction de la résistance mécanique
✔ Un frittage à basse température pour préserver l’intégrité des fibres

Pour y parvenir, il est nécessaire de contrôler précisément la distribution de la taille des particules, les niveaux de dopage et la viscosité. C’est là que la suspension SLAz de Baikowski® entre en jeu, offrant une solution avancée d’alumine haute pureté et de nano-zircone qui répond à ces paramètres critiques.

2. SLAz: La Clé des Composites à Matrice Céramique de Nouvelle Génération

SLAz est notre suspension d’alumine α de haute pureté qui a été dopée avec un ratio personnalisé de zilight®, la plus petite nano-zircone du marché, laquelle a été développé par Mathym®, une société du groupe Baikowski®.  Cette gamme SLAz comprend un niveau de dopage en nano-zircone allant jusqu’à 28 wt%, une charge solide des suspensions allant jusqu’à 60 wt%, une faible viscosité et une large plage de pH, permettant :

1- Contrôle de la croissance des grains et stabilité de la microstructure
La nano-zircone de Mathym® limite efficacement la croissance excessive des grains d’alumine, aidant à préserver l’intégrité mécanique de la matrice. De plus, sa dispersion uniforme garantit des performances microstructurales constantes dans tout le composite, conduisant à une fiabilité et une durabilité accrues.

2- Processabilité et stabilité améliorées
SLAz reste stable sur une large plage de pH (4-10), assurant une stabilité à long terme de la suspension pendant toute la mise en œuvre et facilitant sa fabrication. Grâce à sa réactivité au frittage, SLAz se consolide à basse température, évitant ainsi d’endommager les fibres.

3- Protection des fibres et propriétés mécaniques améliorées
SLAz devrait renforcer la matrice d’alumine, faisant d’elle une solution idéale pour les applications haute performance dans des environnements extrêmes.

3. Caractérisation de la Suspension SLAz

Baikowski® a rigoureusement conçu SLAz pour répondre à des normes de haute performance telles que :

✔ Une faible viscosité – Facilite la processabilité et l’infiltration des fibres.
✔ L’optimisation du potentiel zêta – Fournit une suspension stable avec une large plage de pH.
✔ Différents niveaux de dopage – Jusqu’à 28 % de nano-zircone, garantissant un contrôle fin de la microstructure.
✔ Une charge solide adaptée – Jusqu’à 60 wt% pour la formation d’une matrice haute densité.
✔ Une dispersion homogène – Garantit des propriétés uniformes après frittage.

Viscosité

 

• La viscosité reste faible (inférieure à 0,3 Pa.s)

 

 

 

 

Courbes du potentiel zêta

Les courbes du potentiel zêta de SLAz et de la dispersion pure de zilight®  sont similaires :

• Surface Spécifique élevée
• Quantité plus élevée de dispersant dans la dispersion de zilight®
• zilight® tend à former une couche sur la surface des grains d’alumine

3. Caractérisation des céramiques SLAz

La densification se produit à une température plus élevée avec le dopage en zilight® et une dispersion homogène limite la croissance des grains.

Pour plus d’informations sur les solutions CMC de Baikowski®, téléchargez notre dépliant et n’hésitez pas à contacter notre équipe.

Si Baikowski® innove avec cette solution pour CMC Ox/Ox, nos équipes R&D ne s’arrêtent pas là.

Reconnaissant la demande croissante pour les CMCs à base de mullite, Baikowski® a également développé SLMz, une suspension de mullite sur mesure dopée avec  la nano-zircone zilight®. Les premiers résultats montrent des effets prometteurs similaires à ceux de SLAz, y compris un impact comparable sur le potentiel zêta, un décalage de l’IEP dépendant de la charge en zilight®, et une diminution significative de la viscosité.

La recherche de matériaux de restauration dentaire alliant résistance, sécurité et esthétique est depuis longtemps une priorité en dentisterie. La suspension innovante de nano-zircone à indice de réfraction élevé de Mathym®, zilight®, est un produit avant-gardiste en passe de relever ce défi.

Des matériaux Dentaires qui Combinent Esthétique et Résistance

Les patients sont en quête de restaurations dentaires qui soient à la fois durables et visuellement naturelles. Les matériaux traditionnels tels que la porcelaine sur armature métallique ne répondent pas à cette demande, en particulier dans les zones visibles telles que les dents de devant, en raison de leur opacité et de leur teinte parfois grisâtre. Bien que les restaurations céramiques offrent certaines améliorations, elles restent confrontées à des problèmes d’écaillage, de fragilité et en particulier de translucidité limitée.

Les céramiques de zircone stabilisée à l’yttrium (YSZ), en particulier celles dopées à 3 % d’yttrium (3YSZ), ont gagné en popularité en raison de leur résistance élevée, de leur biocompatibilité et de leur compatibilité avec les technologies CAD-CAM. Cependant, la 3YSZ conventionnelle n’offre pas une translucidité suffisante pour des restaurations dentaires parfaitement esthétiques.

zilight® offre des Propriétés Optiques et Mécaniques Supérieures

Le contrôle de la taille des grains de zircone de Mathym à moins de 100 nm permet de produire des céramiques à haute translucidité sans compromettre la solidité. En outre, l’ajustement du dopage à l’yttrium dans la plage des 8 % mol permet également d’améliorer la transparence optique. Les céramiques obtenues présentent une opalescence similaire à celle de l’émail naturel, créant un aspect bleuté et orangé sous différentes conditions d’éclairage.

Ces propriétés liées à la miniaturisation des pores résiduels, à l’affinement de la taille des grains, à la concentration de dopage appropriée et à la capacité de frittage à seulement 900°C font de zilight® une alternative supérieure aux options commerciales existantes pour les applications dentaires.

La faible température de frittage est un avantage concurrentiel remarquable qui permet également de réduire la consommation d’énergie, de raccourcir les temps de traitement et de minimiser les dommages thermiques potentiels sur d’autres composants.

Compatible avec l’impression 3D céramique, notre solution innovante est conçue pour répondre aux besoins des techniques de restauration avancées.

Comment Améliorer les Restaurations Dentaires grâce aux Innovations de Mathym®

L’engagement de Mathym en matière d’innovation va au-delà de la suspension de nano-zircone zilight®.

Notre offre comprend également des nano-charges dentaires innovantes telles que filyxio®, le fluorure d’ytterbium,  ainsi que le fluoride de cérium, conçues pour améliorer ou ajouter des propriétés spécifiques aux matériaux dentaires telles que la radiopacité, la résistance à l’usure et la stabilité de la couleur.

En outre, la fonctionnalisation des nanoparticules garantit la compatibilité avec divers monomères dentaires, même à des concentrations élevées.

Toutes ces avancées permettent d’obtenir des résultats supérieurs dans un grand nombre de restauration, tout en prévenant les caries secondaires, en inhibant la croissance bactérienne et en favorisant la reminéralisation de l’émail.

Pour des solutions sur mesure, contactez nos équipes et téléchargez notre livre blanc (uniquement en anglais) pour en savoir plus sur notre offre dentaire !

Dévoiler la microstructure des métaux pour l’analyse microscopique nécessite une préparation minutieuse de la surface. Le polissage, comme ici dans la métallographie, un processus critique de la science et l’ingénierie des matériaux, vise à produire une surface plane et sans rayures.

Traditionnellement, divers matériaux abrasifs et techniques de polissage ont été utilisés, tels que la silice colloïdale pour sa capacité de dispersion.
De nos jours, les matériaux à base d’alumine sont préférés pour le polissage des métaux mous, offrant des résultats et une processabilité améliorés.

Les performances supérieures de l’alumine Baikalox® pour les alliages d’aluminium et de cuivre

Les résultats ici sont basés sur les performances comparatives de notre alumine fine Baikalox® par rapport à la silice colloïdale traditionnelle dans le polissage de finition des alliages d’aluminium et des échantillons de cuivre. Nos produits en alumine fine offrent une alternative intéressante en termes de :

1. Qualité de l’Etat de Surface

Des images SEM haute résolution ont permis une observation détaillée de la topographie de la surface, révélant l’absence de rayures, de piqûres et d’effets de peau d’orange avec l’utilisation de l’alumine Baikalox®.

• Sans rayures : sa taille uniforme de particules et sa surface spécifique élevée ont contribué à un enlèvement de matière plus régulier et mieux contrôlé que la silice colloïdale, préservant l’intégrité de la microstructure pour une analyse précise.
• L’effet  peau d’orange : Ce problème couramment rencontré avec la silice colloïdale, où un polissage inégal crée une surface ondulée rappelant la peau d’orange, est éliminé, permettent d’obtenir une planéité et une finition de surface supérieures.

2. Temps de Polissage Réduit

L’utilisation d’alumine fine réduit significativement le temps de polissage global grâce à une action abrasive plus importante, ce qui permet un enlèvement de matière plus rapide sans compromettre la qualité de la surface.

3. Facilité de Nettoyage

Les suspensions de silice colloïdale peuvent être difficiles à nettoyer. En revanche, les particules d’alumine ont moins tendance à s’incruster au niveau de la surface de l’échantillon, ce qui facilite le process de nettoyage, accélère la rapidité de rotation des échantillons et minimise le risque de contamination résiduelle.

Voir nos solutions de polissages

Techniques de Polissage

Le processus de polissage des métaux comporte plusieurs étapes : le découpage, le montage, le meulage et le polissage. Le polissage proprement dit s’effectue généralement en deux étapes : un polissage grossier qui est suivi d’un polissage plus fin, appelé aussi polissage de finition. Ce dernier vise à éliminer les dommages induits par le premier et à obtenir un état de surface adapté à un examen microscopique (de type miroir).

Ces évaluations ont été menées sur des métaux mous en utilisant un polissage mécanique. Ce processus implique généralement l’utilisation d’abrasifs de plus en plus fins après une première étape généralement réalisée avec une solution à base de diamant.

Polissage des Métaux & Métallographie

Les besoins de caractérisation et l’analyse précise des matériaux sont nécessaires dans de nombreuses industries qui polissent les métaux, ainsi que dans le domaine de la recherche, comme dans:

• Les secteurs de l’aérospatiale et de l’automobile pour garantir l’intégrité et la performance des composants critiques.
• L’électronique et la fabrication de semi-conducteurs afin de développer des matériaux avancés et procéder à l’évaluation de leurs propriétés microstructurales.
• Le domaine biomédical, en particulier pour le développement et le contrôle de la qualité des implants et des dispositifs métalliques.
• L’industrie horlogère pour garantir la qualité des composants métalliques des montres,  leur durabilité et leur attrait visuel.

Vous avez besoin de conseils personnalisés sur le choix d’un produit Baikalox®? Contactez-nous!
Nos équipes R&D vous aiderons à obtenir la qualité et la précision des préparations métallographiques dont vous avez besoin. Ensemble, nous contribuerons à l’innovation de ce domaine d’application!

N’hésitez pas à jeter un oeil sur notre livre blanc sur nos solutions pour un polissage intermédiaire et final de haute qualité (uniquement en anglais)

 

Baikowski est à la pointe de l’innovation dans le domaine de la science des matériaux. Nos produits font partie intégrante de la recherche et des avancées technologiques. Parmi les applications, on trouve le développement de membranes composites d’oxyde de graphène (GO) ancrées sur des substrats d’α-alumine dans la publication scientifique suivante : « Composite GO/Ceramic Membranes Prepared via Chemical Attachment: Characterisation and Gas Permeance Properties. »

En fournissant une plate-forme stable et inerte pour le dépôt de GO, les substrats ont permis dans cette étude la création de membranes avec des structures de pores finement ajustées et des capacités de séparation améliorées, essentielles dans de nombreuses applications industrielles.

Ces substrats céramiques poreux fabriqués avec notre poudre CR6 offrent une capacité de résistance dans des environnements corrosifs et à haute température où les membranes polymères généralement échouent.

Les Applications Potentielles des membranes composites GO/céramique

Ces membranes qui présentent une stabilité et perméance améliorées, ainsi que des propriétés de surface adaptées, peuvent être utilisées dans diverses applications pour relever des défis critiques en matière de séparation et de filtration telles que :

• 🌟 La séparation des gaz : Les membranes composites peuvent être utilisées dans les processus de séparation des gaz industriels, la purification du gaz naturel et les technologies de capture du carbone grâce à leur capacité à perméabiliser sélectivement certains gaz tout en en retenant d’autres.
• 🌟 Le traitement de l’eau : Les modifications hydrophiles et hydrophobes permises par les liants chimiques tels que le PDA, le GPTMS et l’APTMS permettent aux membranes de séparer efficacement les contaminants de l’eau. Cette application est particulièrement pertinente pour le traitement des eaux usées, le dessalement et l’élimination des polluants organiques et inorganiques des sources d’eau.
• 🌟 Les traitements chimiques: La résistance des membranes composites aux produits chimiques et leur stabilité thermique permettent par exemple la séparation de solvants organiques, la récupération de produits chimiques précieux et la purification de produits de réaction.
• 🌟 Le secteur de l’énergie : leurs propriétés de perméation sélective peuvent être exploitées pour séparer l’hydrogène des autres gaz, ce qui constitue une étape critique dans la production d’hydrogène de haute pureté pour les piles à combustible et d’autres applications énergétiques.
• 🌟La protection de l’environnement : En permettant la séparation efficace des gaz nocifs et des polluants, ces membranes peuvent contribuer à réduire les émissions et à traiter les effluents industriels, favorisant ainsi des processus plus propres et durables.

Avantages de l’alumine ultra pure CR6

CR6 est une poudre d’alumine alpha de haute pureté de notre gamme Baikalox®. Elle est connue pour la finesse de ses particules et ses excellentes propriétés de frittage, qui en font un excellent matériau pour créer des supports céramiques denses et robustes, essentiels pour les membranes composites de haute performance.

Les propriétés mise en avant pour cette application sont :

• 🌟 La haute pureté : La poudre CR6 garantit en effet une contamination minimale, ce qui est crucial pour maintenir l’intégrité des substrats céramiques et de la couche de GO qui y est déposée.
• 🌟 La distribution contrôlée de la taille des particules : elle contribue à la création de structures macroporeuses uniformes. Cette uniformité est essentielle pour assurer une performance constante de la membrane, car elle influence à la fois la perméance au gaz et à l’eau.
• 🌟 La compatibilité chimique : Sa compatibilité avec divers liants chimiques, tels que la polydopamine (PDA), le 3-Glycidoxypropyltriméthoxysilane (GPTMS) et le 3-Aminopropyltriméthoxysilane (APTMS), facilite l’ancrage efficace des couches de GO sur les substrats céramiques.
• 🌟 L’excellent comportement au frittage : elle permet de créer des supports mécaniquement solides et thermiquement stables.

Dans l’étude citée, le processus de préparation a consisté à utiliser comme substrats des disques d’alumine alpha d’une épaisseur d’environ 2 mm et d’un diamètre de 22 mm. Les disques ont été fabriqués en pressant la poudre d’alumine CR6 dans un moule sur mesure et en les frittant à 800°C pendant 30 heures, puis à 1180°C pendant 2 heures. Une face du disque a été polie jusqu’à ce qu’aucune rayure évidente ne soit observée lors d’une inspection visuelle au microscope optique.

Comment l’alumine CR6 contribue à la performance des membranes composites?

L’un des principaux défis de la technologie des membranes composites est d’assurer une adhésion forte et stable des couches de GO aux substrats céramiques.

Le succès ici en partie dû à :

• 🌟 Une stabilité accrue : Les substrats ont fait preuve d’une stabilité remarquable, conservant leur intégrité structurelle et leurs performances dans diverses conditions.
• 🌟 Une surface lisse et polie : ces caractéristiques ont assuré une interaction optimale avec les agents modificateurs (PDA, APTES, GLYMO) et les nanocomposites à base de graphène.
• 🌟 L’épaisseur : Les substrats ont permis la formation de membranes composites avec un contrôle précis de l’épaisseur, ouvrant la voie à différentes applications.

Notre poudre d’alumine de haute pureté CR6 s’est donc révélée être un composant essentiel dans l’avancement des technologies de membranes composites. Ses propriétés supérieures facilitent la création de supports de membrane fiables et performants, permettant l’intégration réussie de nanocomposites à base de graphène.
Cette synergie entre l’alumine de haute pureté et les nanomatériaux avancés ouvre de nouvelles possibilités d’applications dans la séparation des gaz, la purification de l’eau et d’autres domaines nécessitant des solutions membranaires durables et efficaces.

Pour en savoir plus sur notre alumine CR6 pour l’application des membranes composites, consultez aussi la publication : A Combined Gas and Water Permeances Method for Revealing the Deposition Morphology of GO Grafting on Ceramic Membranes

 

La qualité et les performances de nos poudres sont largement reconnues dans diverses applications céramiques. Une thèse de doctorat complète intitulée  » Imprimabilité de pâtes céramiques par robocasting : Applications aux matériaux denses et multimatériaux » a été achevée par Mathilde Maillard en 2022.

L’objectif du projet était de développer des pièces céramiques mono et multi-matériaux (zircone et alumine) en consommant le moins possible de matériaux et d’énergie. Pour cette raison, la fabrication additive mais aussi le frittage par chauffage micro-ondes pour la consolidation et le post-séchage ont été choisis.

Cette recherche a ainsi permis de révéler les progrès significatifs du robocasting et de démontrer comment les poudres Baikowski® contribuent à la production de géométries complexes et de structures céramiques robustes.

Plus d’information sur les matériaux avancés pour impression 3D dans notre livre blanc dédié (uniquement en anglais)

Caractéristiques du robocasting

Le robocasting a été choisi parmi d’autres méthodes d’impression 3D pour sa capacité à produire des multi-matériaux à gradient. Cette technique fait appel à la fabrication additive par extrusion, ce qui permet de superposer avec précision des couches de matières et de créer des formes complexes et personnalisées.

Le projet visait à optimiser la composition et les paramètres de traitement des pâtes céramiques afin d’obtenir une qualité d’impression et des propriétés mécaniques supérieures.

Les poudres de Haute Pureté d’Alumine et de Zircone utilisées

Les poudres sont livrées sous forme atomisée sans liant et une petite taille de particules, ce qui permet la production d’encres homogènes avec des caractéristiques rhéologiques adaptées à l’extrusion.

Baikalox® Alumine Haute Pureté WA15

1. • Surface spécifique : 23,6 m²/g
   • Distribution de la taille des particules (après désagglomération) :
     • D10 = 0,07 µm
     • D50 = 0,09 µm
     • D90 = 0,12 µm

     Pureté : Très faibles niveaux d’impuretés, allant de 0,005 % à 0,084 %.

Baikalox® Zirconie Yttria 3 mol% BSZ3Y

1. 1. • Distribution de la taille des particules (après désagglomération) :
        • D10 = 0,09 µm
        • D50 = 0,15 µm
        • D90 = 0,28 µm

Avantages de nos poudres de haute pureté sur le procédé robocasting

Imprimabilité et propriétés rhéologiques : Les poudres ont démontré une excellente dispersion et stabilité dans les pâtes céramiques. Leurs propriétés rhéologiques ont été méticuleusement ajustées pour faciliter l’extrusion en continu pendant le processus de robocasting.
L’étude a montré qu’en optimisant la charge solide et la teneur en liant, les pâtes ont atteint la viscosité et la thixotropie souhaitées, permettant ainsi de réaliser des structures imprimées conformes.

Intégrité structurelle et propriétés mécaniques : La fabrication de pièces céramiques denses et mécaniquement robustes est l’un des résultats les plus importants de cette étude. Les structures céramiques ont présenté une résistance élevée à la compression et un retrait minimal lors du frittage.

Géométries complexes et finition de surface : La capacité à produire des géométries complexes avec des détails précis est un point critique dans la fabrication additive. L’étude a mis en évidence cette capacité des poudres Baikowski®.
Grâce à la distribution optimisée de la taille des particules et à la morphologie sphérique des poudres, la finition des pièces imprimées était particulièrement lisse et les différentes couches imprimées faiblement perceptibles.
Cette caractéristique est particulièrement intéressante pour les applications à faibles tolérances dimensionnelles et nécessitant une qualité de surface supérieure.

Les Applications possibles des Poudres Baikowski® en impression 3D

La qualité des céramiques obtenues dans ce projet par robocasting ouvre de nouvelles voies pour les produits de haute pureté Baikowski®, notamment lorsque la précision et la performance sont essentielles :

L’aérospatiale et la défense : Grâce leur résistance et stabilité thermique, les pièces céramiques fabriquées avec nos poudres peuvent résister à des conditions difficiles et conserver leur intégrité structurelle dans des environnements soumis à de fortes contraintes, y compris dans des applications structurelles critiques.

Les dispositifs biomédicaux : La biocompatibilité et les excellentes propriétés mécaniques des céramiques obtenues ouvrent de nouvelles voies dans le domaine biomédical. Il est possible de produire des implants et des ingénieries tissulaires sur mesure avec des géométries complexes par exemple. Un état de surface lisse et la haute précision sont particulièrement avantageux pour réduire l’usure et améliorer la longévité des implants.

L’électronique et l’énergie : Nos poudres permettent de fabriquer des pièces céramiques de formes et dimensions précises, dotées de propriétés isolantes et d’une grande stabilité thermique, qui sont cruciales pour les appareils électroniques et les systèmes de stockage d’énergie.

Cette étude souligne les avancées significatives en impression 3D par robocasting grâce à nos poudres. L’imprimabilité, l’intégrité structurelle et la capacité à créer des géométries complexes font de ces dernières une ressource précieuse pour diverses applications high-tech.

Alors que la fabrication additive continue d’évoluer, Baikowski® reste à l’avant-garde et continue à innover pour élargir les possibilités de fabrication des céramiques.

Pour en savoir plus, voir la thèse de doctorat dans son intégralité

 

ADB (Adaptive Driving Beam) est un système intelligent capable d’ajuster automatiquement la la lumière des phares en fonction des conditions de circulation, comme par exemple la présence de véhicules ou de piétons venant en sens inverse. En créant une zone non éblouissante autour des véhicules, l’ADB peut fournir au conducteur un éclairage optimal sur de longues distances sans éblouir les autres usagers de la route, améliorant ainsi la sécurité et le confort nocturnes.
Cette technologie repose sur un système qui recueillent des données, des commandes logicielles qui déclenchent une réponse appropriée et des optiques de phare innovants incorporant des convertisseurs à base de YAG pour exécuter la commande.

Rôle des luminophores convertisseurs de lumière dans les dispositifs à semi-conducteurs et la technologie ADB ?

La source lumineuse est un élément clé de l’ABD. Elle est généralement basée sur la technologie des LEDs (diodes électroluminescentes) et les changements de lumière sont principalement contrôlés par une conception matricielle LED.

Si les LED présentent des avantages en termes d’efficacité, de durée de vie, de faible consommation d’énergie et de rapidité de réponse par rapport aux lampes halogènes ou au xénon conventionnelles, le rendu de la couleur et la stabilité thermique représentent un défi. Dans le cas d’applications à haute puissance telles que l’ADB, la stabilité thermique et l’efficacité luminescente des luminophores aident à les surmonter.

En effet, les luminophores de conversion de lumière ont la capacité d’absorber la lumière d’une certaine longueur d’onde (généralement bleue ou proche de l’ultraviolet) et de réémettre une longueur d’onde différente (généralement jaune ou rouge). En combinant la lumière d’origine avec la lumière convertie, on obtient une lumière blanche avec la température de couleur et l’indice de rendu de couleurs souhaités. La température de couleur idéale pour les phares doit être proche de la lumière du soleil (environ 5000K-6000K) afin d’assurer une visibilité optimale pour les yeux humains.

L’un des luminophores de conversion de la lumière les plus utilisés pour les LED blanches est le YAG:Ce3+ (grenat d’yttrium et d’aluminium dopé aux ions de cérium) qui convertit efficacement la lumière bleue en lumière jaune, et produit ainsi une lumière blanche chaude. Cette luminosité au contraste élevé contribue à créer une image claire et nette sur la route.

La poudre submicronique YAG:Ce de Baikowski présente d’excellentes caractéristiques phasiques, de cristallinité et de pureté chimique, ainsi qu’une taille de particule et une distribution optimisées, qui lui permettent de produire des convertisseurs YAG aux performances exceptionnelles telles que :

• 🌟 un rendement élevé avec un minimum d’énergie perdue en termes de chaleur et de rendu lumineux à partir de la source d’entrée
• 🌟 Une réponse rapide et précise au signal d’entrée pour des ajustements précis.
• 🌟 Une stabilité exceptionnelle de la couleur et de la luminosité.Entièrement compatibles avec les diodes bleues nanostructurées et divers modèles de puces LED, nos nanoluminophores YAG permettent la miniaturisation des dispositifs.

En savoir plus sur les poudres YAG submichroniques

Des YAG customisés pour des convertisseurs offrant un éclairage ADB ultra performant

Le dopage permet d’améliorer les performances du YAG:Ce3+. Voici quelques exemples qui pourraient répondre à vos besoins en matière d’éclairage ADB :

• 🌟 Rendu des couleurs : Le dopage de YAG:Ce3+ avec des Tb3+ (ions terbium) permet d’obtenir un spectre d’émission plus large qui améliore l’indice de rendu des couleurs de la lumière blanche.
• 🌟 Propriétés émissives et stabilité : l’ajout d’ions gadolinium (Gd3+) en tant que codopant garantit une couleur et une luminosité constantes.
• 🌟 Efficacité quantique : Le codopage à l’europium peut augmenter l’efficacité quantique du luminophore YAG:Ce, améliorant ainsi le rendement lumineux.

N’hésitez pas à contacter nos équipes commerciales et R&D pour votre besoin sur mesure de YAG.

 

Technologie LED : une solution d’éclairage et d’affichage durable

Les diodes électroluminescentes (LEDs) ont révolutionné divers secteurs en offrant des solutions à haut rendement énergétique avec un impact sur l’environnement moindre que l’éclairage traditionnel et ceci pour un large éventail d’applications comme les écrans d’affichage, les phares ou tableaux de bord de voitures,  ou encore l’électronique.

Grâce à la conversion directe du courant électrique en lumière (rayonnement optique) à l’intérieur du  semi-conducteur, les LEDs atteignent ce niveau d’efficacité remarquable. Toutefois, une part importante de l’énergie électrique est également transformée en chaleur au cours du processus.

Le rôle de l’alumine de Haute Pureté, du YAG et des nanomatériaux dans la technologie LED

L’alumine de haute pureté  joue un rôle essentiel dans la production du substrat, qui sert de base à la puce LED, en influant sur ses performances globales, sa gestion thermique et son efficacité. Grâce à sa capacité exceptionnelle à résister aux températures élevées, à conduire efficacement la chaleur et à isoler la conductivité électrique, les lampes LEDs peuvent fonctionner au maximum de leur potentiel.

En tant que composant dissipateur de chaleur très efficace, l’alumine de haute pureté (HPA) contribue à la durabilité des LEDs. En effet, en les maintenant à des températures optimales, elles maximisent leurs performances et prolongent leur durée de vie opérationnelle, d’environ 30 000 heures, ce qui équivaut à 6 heures d’éclairage quotidien pendant 12 ans.

L’alumine de haute pureté a également un impact sur les performances optiques des lampes LED, en particulier dans les applications exigeant une pureté et une précision de couleur. Sa structure cristalline uniforme améliore la diffraction de la lumière et la cohérence des couleurs dans certaines applications comme les écrans d’affichage et les éclairages spécialisés.

Baikowski® fabrique également des luminophores, utilisés entre autres pour générer un spectre de couleurs plus large, comme notre YAG submicronique qui offre une lumière blanche d’apparence naturelle. Il est par exemple utilisé dans les LED blanches et les panneaux d’affichage plasma, ainsi que dans les phares adaptatifs afin de produire  différentes couleurs et intensités de lumière en fonction de la situation de conduite et de l’environnement.

💡 Avec une technologie en constante évolution, les solutions d’oxydes sur-mesure de Baikowski® et les nanomatériaux innovants de Mathym®, qui offrent une cristallinité élevée et une surface spécifique contrôlée, auront aussi un rôle à jouer dans le progrès des applications optiques émergentes telles que les écrans mini-LED et micro-LED.💡

L’intégration des performances supérieures des nanoparticules telles que zilight® de Mathym® dans des structures ou des coatings à l’échelle nanométrique par exemple, permettent non seulement la miniaturisation des dispositifs optiques, mais facilite également l’intégration avec d’autres technologies, ouvrant ainsi la voie au développement de solutions d’éclairage LED compactes et multifonctionnelles.

🌟 Qu’il s’agisse d’éclairage LED ou d’écrans d’affichage de pointe, le groupe Baikowski® est là pour répondre à vos besoins spécifiques.

Voir les produits liés à l’optique et à la photonique

Une nano-dispersion aux applications variées

Depuis que zilight® est disponible sur le marché, il a été un succès croissant pour notre start-up Mathym. En effet, zilight® répond à des applications haut de gamme où la petite taille des particules est essentielle et où il n’existe pas de véritables produits concurrents. Grâce à son indice de réfraction élevé, ce produit s’adresse principalement aux marchés de l’optique et de la photonique. Toutefois, les marchés de l’énergie et de l’environnement devraient bénéficier de ses propriétés pour des applications techniques exigeantes et émergentes telles que les piles à combustible. Dopé à l’yttrium (YSZ), zilight® peut également être un nanomatériau de choix pour les applications de restauration dentaire.

Une Nano-Zircone customisable

zilight® est disponible dopé (avec de l’yttrium (YSZ), CeO2, GdO2) ou non dopé (ZrO2). Le savoir-faire de Mathym mène non seulement à des nanoparticules de zircone haut-de-gamme, mais aussi à des nano-dispersions à la pointe de l’innovation. zilight® est disponible dispersé dans une large variété de solvants et résines:

• Eau, alcool, polyol, acétone, MEK
• Solvants organiques triés sur le volet
• Huiles siliconées, mélange monomère adapté au besoin du client, e.g.: époxy et fluorène (en développement)

Le taux de charge peut aller jusqu’à 70% en fonction du milieu de dispersion.

zilight® présente un très haut indice de réfraction, idéal dans la conception de matériaux optiques de pointe. De plus, zilight® conserve un haut niveau de transparence dans les nanocomposites. Cette nanocharge sera parfaitement adaptée aux matériaux d’encapsulage, qui améliorent l’efficacité des dispositifs LED. Il peut aussi jouer le rôle d’additif pour les céramiques techniques (aide au frittage), les technologies d’affichage (augmente l’indice de réfraction), ou pour le « coating » (revêtement pour la résistance aux rayures).

Voir la documentation produit

La conception de solutions faciles à mettre en œuvre, qui répondent aux besoins, process et applications de nos clients, fait partie de notre savoir-faire et ADN. En effet, Baikowski® propose divers oxydes prêts à l’emploi tels que :

les poudres atomisées et les suspensions.

Les poudres désagglomérées

Plusieurs procédés de désagglomération sont utilisés selon la distribution et la taille de particules souhaitées

• Le broyage par jet d’air est la manière la plus simple d’obtenir des particules de taille moyenne et une large distribution granulométrique, qui peut se composer d’une ou de deux populations.
• Le broyage à billes permet une réduction de la taille des particules plus importante que le broyage jet d’air grâce à la force mécanique, ainsi qu’une distribution granulométrique plus faible.
• Le broyage humide est celui qui donne les plus petites tailles de particules et la distribution la plus étroite parmi l’ensemble de ces procédés.

La maîtrise de ces différentes techniques a non seulement permis à Baikowski® d’étoffer son portfolio en proposant des produits avec des propriétés physico-chimiques spécifiques et une réactivité au frittage accrue, mais aussi de contrôler la dispersion, la morphologie, la composition et l’homogénéité de ses poudres.

Les avantages des oxydes prêts à l’emploi et prêt à presser (RTP)

Le broyage humide permet la conception et la production de suspensions prêtes à l’emploi, de poudres atomisées avec ou sans liant et de solutions lyophilisées.

Parmi les avantages considérables que procurent ces produits, on trouve
la coulabilité, une bonne aptitude au pressage et des produits finaux d’une grande constance.
D’une manière générale, ils ont ouvert de nouveaux débouchés dans des secteurs de pointe comme l’énergie, les batteries, la santé ou encore l’impression 3D, grâce à la conception de matériaux innovants.

À titre d’exemple :

• Les poudres atomisées ont largement amélioré le moulage par injection des céramiques en facilitant la production de feed stocks.
• Les suspensions prêtes à l’emploi sont à l’origine d’une avancée majeure dans l’industrie des semi-conducteurs en garantissant l’absence de grosses particules dans le processus de planarisation chimico-mécanique (CMP).
• Les nano-dispersions d’YbF3, déjà dispersées dans les formulations dentaires, ont contribué à l’obtention de performances exceptionnelles en matière de restauration et de reconstitution. La société Mathym®, qui développe des nano-dispersions au sein du groupe Baikowski ®, est un acteur clé de ce marché.

Notre offre de produits prêts à l’emploi et prêt à presser

Au vu de leurs nombreux atouts, Baikowski® propose commercialement ses alumines de haute pureté BA15 et GEA6, ainsi que ses ZTA/ATZ et spinelles sous différentes mises en forme (suspensions, poudres atomisées et RTP) .

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Comment caractérisons-nous et concevons-nous des poudres et des suspensions grâce à nos capacités analytiques ?

En savoir plus sur les suspensions et leur customisation

Retrouvez l’enregistrement de la présentation qui s’est tenue lors des Journées de la Formulation 2022 de la Société Chimique de France. L’adaptation de la formulation des charges minérales afin de préserver, valoriser et recycler les ressources était au centre des sujets abordés cette année là. Dans le cadre des conférences sur la thématique ‘formulation et cyle de vie’, notre chef de projet R&D Livia Marra  a présenté :

La suspension d’alumine comme variable d’ajustement pour les composites ox-ox

Les CMCs (composites à matrice céramique) sont essentiellement utilisés dans les secteurs de l’industrie spatiale et de l’aéronautique militaire. Ceux-ci sont résistants à la température, notamment par rapport au PMC plus classiques et chimiquement très stables. L’utilisation de CMC permet d’envisager l’allègement des structures et permet l’augmentation des températures limites d’utilisations; améliorant ainsi les performances tout en diminuant la consommation énergétique.

Le composite Ox-Ox est constitué d’un tissu composé de fibres de diamètre moyen 10μm dont la composition peut-être en silice, en alumine, ou en mullite et d’une matrice céramique en alumine, mullite ou autres compositions céramiques réfractaires.

La matrice représente généralement 50% du volume du composite. Les paramètres clés pour constituer une matrice de qualité sont :
• Des grains très fins (<1 μm)
• Une température de densification la plus faible possible
• Une porosité contrôlée pour une avoir de bonnes performances mécaniques

Pour répondre aux besoins de cette application Baikowski développe des poudres et des suspensions.
L’intérêt d’utiliser une suspension est d’avoir un produit prêt à l’emploi et optimisé pour son utilisation.
La composition des suspensions peut être ajustée avec différents oxydes tels que des alumines de haute pureté, des spinelles, du grenats (YAG), de la mullite ou bien encore de la zircone. La qualité des suspensions développées est aussi adaptée en fonction des besoins et des applications des clients en ajustant notamment la taille des particules, le taux de charge, le pH.
Une présentation de quelques suspensions et des applications qui en découlent permet de mettre en avant des exemples concrets.

Découvrir les produits CMC oxyde-oxyde

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A quoi sert une nanocharge céramique ?

Les nanocharges céramiques sont des nanoparticules minérales intégrées dans une matrice aux matériaux divers (polymères, résines, métaux…). Les nanocharges dites « classiques » servent à baisser le coût d’un matériau en remplaçant une matière à valeur élevée, mais pas seulement. En effet, les nanocharges céramiques présentent l’avantage considérable de renforcer les propriétés physiques de la matrice, et notamment ses propriétés mécaniques, optiques et thermiques.

Par ailleurs, il existe un nouveau type de nanocharges, conçu pour des produits à haute performance. Ce sont les dispersions de nanoparticules non-agglomérées.

Propriétés des nanocharges céramiques innovantes

Les nanoparticules non-agglomérées dispersées dans différents milieux apportent des propriétés critiques :

• Un taux de charge élevé
• Une haute transmittance
• Une faible viscosité.

Mathym® et Baikowski® produisent différentes nanoparticules céramiques, qui peuvent être utilisées en tant que nanocharges. Voici quelques exemples parmi lesquels les nano-dispersions d’alumine de haute pureté (Al2O3), de cérine (CeO2) et de zircone (ZrO2), le produit zilight® de chez Mathym :

Les nanoparticules sont non-agglomérées et fournies sous forme de suspensions. On les retrouve souvent sous le nom de nano-dispersions. Bien dispersées, ces nanoparticules utilisées en tant que charges permettent de résoudre des paradoxes :

• Radio-opacité / Haute transmittance, notamment pour le produit YbF3 de Mathym, alias filyxio®.
• Basse température de frittage / Haute densité de la céramique
• Haut indice de réfraction / Faible diffusion de la lumière

Ainsi, ces propriétés trouvent leurs applications dans les secteurs du médical, des céramiques techniques, de l’électronique, de l’optronique…

Vous souhaitez plus d’informations sur nos nano-charges céramiques innovantes ?

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