Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Szkliwa dla praktyka – na przełaj przez naukę i technikę. Część 2. Język tlenków i mapy możliwości

Biczyk Piotr

Szkło i Ceramika

|

2026

|

R. 77, nr 1

56--64

PL

Artykuł stanowi wprowadzenie do zagadnienia systematycznego opisu składu szkliw ceramicznych. Kluczowym opisywanym narzędziem jest jednostkowy wzór molekularny (UMF) - opracowana przez Segera metoda zapisu składu szkliwa polegająca na normalizacji molowego wzoru tlenkowego względem sumy topników. Omówiono trzy grupy tlenków (topniki, szkłotwórcze, stabilizatory) i ich wpływ na właściwości szkliwa, a także wykresy Stulla jako mapy obszarów prawidłowego działania szkliw. Artykuł wskazuje też na ograniczenia metody i podkreśla znaczenie systematycznego testowania.

EN

The article introduces the systematic description of ceramic glaze composition. The key tool discussed is the Unity Molecular Formula (UMF) - a method developed by Seger for expressing glaze composition by normalizing the molar oxide formula relative to the flux content. Three oxide groups are discussed (fluxes, glass-formers, and stabilizers) along with their effect on glaze properties, as well as Stull charts as maps of zones where glazes behave correctly. The article also addresses the limitations of the method and emphasizes the importance of systematic testing.

2

Effect of heating rate on the densification and grain growth of Al2O3 and WC sintered by electroconsolidation

Hevorkian Edvin, Siemiatkowski Zbigniew, Rucki Mirosław, Mamalis Athanasios, Struz Jiri, Chyshkala Volodymyr, Matijosius Jonas, Samociuk Waldemar

Journal of Sustainable Technologies - Problemy Eksploatacji

|

2026

|

Vol. 116, no. 1

83--93

EN

The paper presents results for the densification of Al2O3 and WC powders and their microstructural features subject to electroconsolidation. The essential difference of the consolidation mechanisms is determined by electrical conductivity. Conductive WC powders generate heat inside a batch volume due to the surface contact resistance, while dielectric alumina receive heat mainly from the graphite mould surfaces. The increase of heating rate from 50 up to 500°C/min improves microstructural features, decreasing grain sizes by ca. 50% and reducing residual porosity. Some additional experiments involve a 50 wt%, mixture of Al2O3 with WC which demonstrate good sinterability, high density, and sufficient hardness and toughness of the composite. Some possible mechanisms governing the sintering process are also discussed.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań zagęszczenia proszków Al2O3 i WC oraz zmian ich mikrostruktury podczas elektrokonsolidacji. Stwierdzono, iż zasadnicza różnica w mechanizmach konsolidacji zależy od przewodnictwa elektrycznego. Przewodzące proszki WC generowały ciepło wewnątrz wsadu na skutek oporu styku powierzchni, natomiast dielektryczny tlenek glinu odbierał ciepło głównie z powierzchni formy grafitowej. Zwiększenie szybkości grzania z 50 do 500°C/min poprawiło charakterystyki mikrostrukturalne, zmniejszając rozmiar ziaren o około 50% i redukując porowatość resztkową. Dodatkowe eksperymenty dotyczyły mieszanki tlenku glinu z węglikiem wolframu w proporcji 50% wagowo, która wykazała dobrą spiekalność, wysoką gęstość oraz wystarczającą twardość i wytrzymałość kompozytu. Omówiono również potencjalne mechanizmy rządzące procesem spiekania.

3

Badania adsorpcji N-formylomorfoliny na adsorbentach węglowych i tlenkowych w środowisku ciekłych węglowodorów

Paszkiewicz Patryk, Lewera Adam

Przemysł Chemiczny

|

2025

|

T. 104, nr 6

630--641

PL

Zbadano adsorpcję N-formylomorfoliny (NFM) na materiałach tlenkowych (tlenek glinu(III) oraz tlenek krzemu(IV)) i węglowych (ekstrudowany węgiel i adsorbent węglowy z karbonizowanych skorup orzechów kokosowych). NFM może stanowić zanieczyszczenie frakcji węglowodorowych otrzymywanych w procesie destylacji ekstrakcyjnej. Z tego powodu ważne jest opracowanie nowych sorbentów o lepszych właściwościach sorpcyjnych. Największą pojemność adsorpcyjną względem NFM wykazały tlenek glinu(III) oraz tlenek krzemu( IV). Pojemność adsorpcyjna tych materiałów zwiększyła się po impregnacji za pomocą roztworu kwasu poliakrylowego o stężeniu 0,1 mmol/L i osiągnęła odpowiednio 4,71 i 5,36 mg N całkowitego na 1 g adsorbentu. Impregnacja perfluorowaną żywicą jonowymienną (Nafion) wpłynęła na zmniejszenie pojemności adsorpcyjnej na wychwyt NFM w stosunku do pojemności adsorpcyjnej adsorbentu nieimpregnowanego. Opracowano proces regeneracji adsorbentu i przeprowadzono próby regeneracji adsorbentów na bazie tlenku glinu(III), tlenku krzemu(IV) oraz materiałów węglowych przed i po aktywacji za pomocą roztworu kwasu poliakrylowego. Regeneracja zużytego adsorbentu z wykorzystaniem 10-proc. roztworu HCl umożliwiała przywrócenie pojemności adsorpcyjnej, co może świadczyć o możliwości opracowania adsorbentu regenerowalnego. Perspektywicznymi adsorbentami okazały się adsorbenty na bazie tlenku glinu(III) oraz tlenku krzemu(IV), wykazując pojemność adsorpcyjną po drugim procesie regeneracji, wynoszącą odpowiednio 6,90 i 6,30 mg N na 1 g adsorbentu, podczas gdy adsorbenty węglowe wykazały bardzo małą zdolność do adsorpcji NFM (związku niearomatycznego) w środowisku węglowodorów aromatycznych.

EN

Metal oxides (Al(III) oxide, Si(IV) oxide) and C materials (extruded C and C adsorbent from carbonized coconut shells ) were used to study the adsorption of N-formylmorpholine (NFM) from an aromatic hydrocarbon environment. The materials were impregnated with poly(acrylic acid) or perfluorinated ion exchange resin (Nafion) using their solns. of various concns. The highest adsorption capacity of NFM was obsd. on Al(III) oxide and Si(IV) oxide. The adsorption capacity of these materials increased after impregnation with a 0.1 mmol poly(acrylic acid) soln., to finally achieve 4.71 and 5.36 mg of total N per 1 g of adsorbent, resp. Impregnation with Nafion reduced the adsorption capacity toward NFM as compared to the adsorption capacity of the non-impregnated adsorbent. The process of regeneration of adsorbents before and after impregnation with a poly(acrylic acid) soln. was developed and carried out. Regeneration with 10% HCl restored NFM adsorption capacity. Most promising adsorbents were based on Al(III) oxide and Si(IV) oxide, showing an adsorption capacity after the second regeneration process of 6.90 and 6.30 mg of total N per 1 g of adsorbent, resp., whereas carbon adsorbents showed a very low capacity to NFM.

4

Badania mechanizmu kształtowania się wytrzymałości na ścinanie strefy przejściowej zaczynu z cementu wiertniczego modyfikowanego Al2O3

Gao Yang, Zhao Zihao, Li Ming

Cement Wapno Beton

|

2025

|

R. 30, nr 4

325--337

PL

Jakość cementowania w obszarze kontaktu z otworem wiertniczym ma kluczowe znaczenie dla integralności otworu oraz bezpieczeństwa jego długoterminowej eksploatacji. W niniejszej pracy wykazano, że dodatek Al2O3 modyfikuje skład produktów hydratacji, prowadząc do zwiększenia wytrzymałości wiązania na styku zaczynu cementowego z rurą okładzinową. Wpływ Al2O3 na wytrzymałość wiązania pierwotnego na granicy faz badano z zastosowaniem dyfrakcji rentgenowskiej, analizy termograwimetrycznej, skaningowej mikroskopii elektronowej oraz porozymetrii rtęciowej. Wytrzymałość połączenia międzyfazowego określano przy różnych temperaturach i czasach dojrzewania. Analiza produktów hydratacji, mikrostruktury oraz rozkładu porów w strefie przejściowej na granicy faz wykazała, że dodatek Al2O3 sprzyja powstawaniu uwodnionych glinokrzemianów wapnia [C-A-S-H]. Produkty te tworzą wzajemnie zazębiającą się, zwartą i przestrzennie powiązaną mikrostrukturę z innymi produktami hydratacji, co prowadzi do istotnej optymalizacji mikrogeometrii powierzchni międzyfazowej. Jednocześnie notuje się efektywne wypełnianie porów pierwotnych oraz mikropęknięć w strefie przejściowej, skutkujące zmniejszeniem porowatości oraz uszczegółowieniem rozkładu wielkości porów. Skojarzone oddziaływanie tych czynników prowadzi do wyraźnej poprawy adhezji na styku pierścienia cementowego z formacją skalną. Maksymalną wytrzymałość wiązania międzyfazowego uzyskano przy zawartości Al2O3 wynoszącej 1,8%.

EN

The cementing quality at the wellbore interface is critical to wellbore integrity and long-term safety. In this study, Al2O3 modulates hydration products to enhance interfacial bond strength between cement slurry and casing. The influence of Al2O3 on primary cement interface bonding strength was investigated using characterization techniques including X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy, backscattered electron microscopy, and mercury intrusion porosimetry. Interfacial bond strengths were tested at varying curing temperatures and durations. Analysis of hydration products, microstructure, and pore distribution in the interfacial transition zone revealed that Al2O3 promotes the formation of calcium aluminosilicate hydrate. These hydrates interlock with other hydration products to form a dense, interwoven packing structure, significantly optimizing the interfacial microtopography. Simultaneously, it effectively filled the primary pores and microcracks in the interfacial transition zone, reducing porosity and refining the pore size distribution. These combined effects enhanced the bonding performance at the cement ring-first interface. The optimal interfacial bond strength was achieved when the alumina content was 1.8 %.

5

The use of thermoplastic polyurethane composites to develop a model of the renal pelvicalyceal system by 3D printing

Balawender Krzysztof, Przeszłowski Łukasz

Polimery

|

2024

|

Vol. 69, nr 4

223--228

EN

Composites based on thermoplastic polyurethanes (TPUR) were obtained using the twin-screw extrusion method. Influence of the addition of 6–8 wt% silica and 1–3 wt% aluminum oxide and 1–3 wt% dibutyl phthalate (plasticizer) on Rockwell hardness, Charpy impact strength and tensile me¬chanical properties was assessed. The best properties were obtained for a composite containing 8 wt% silica, 3 wt% aluminum oxide and 3 wt% dibutyl phthalates. For this composite, the renal pelvicalyceal system was obtained using the FFF method.

PL

Metodą dwuślimakowego wytłaczania otrzymano kompozyty na bazie termoplastycznych poliuretanów (TPUR). Zbadano wpływ dodatku 6–8% mas. krzemionki i 1–3% mas. tlenku glinu oraz 1–3% mas. ftalanu dibutylu (plastyfikator) na twardość Rockwella, udarność Charpy’ego i właściwości mechaniczne przy rozciąganiu TPUR. Najlepsze właściwości uzyskano dla kompozytu zawierającego 8% mas. krzemionki, 3% mas. tlenku glinu oraz 3% mas. ftalanu dibutylu. Dla tego kompozytu metodą FFF otrzymano układ kielichowo-miedniczkowy nerek.

6

ATZ composites resistant to subcritical crack propagation

Wojteczko Agnieszka, Grabowy Marek, Wilmański Alan, Komarek Sebastian, Kozień Dawid, Pyda Waldemar, Maria Rosa, Capote Pena, Pędzich Zbigniew

Composites Theory and Practice

|

2024

|

R. 24, nr 3

194--199

EN

ATZ (alumina toughened zirconia) particulate composites are materials which utilize the phenomenon of residual thermal stresses arising during cooling from the sintering temperature to normal conditions. Since the stresses in zirconium dioxide grains are tensile, they increase the susceptibility to transformation of the tetragonal phase into the monoclinic one, a phenomenon which is used to strengthen the material, i.e. to increase its resistance to cracking. The paper presents the results of research on composites that were manufactured by means of special technology using the sintering of a mixture of ZrO2 powderswith various contents of the stabilizing oxide Y2O3. These materials, thanks to a significant reduction in grain size, demonstrate excellent mechanical parameters, strength and resistance to brittle fracture. Moreover, it was found that incorporating alumina grains in the zirconia matrix can cause the distribution of stress to significantly reduce the tendency to subcritical cracking, which is a high risk for oxide ceramics. It was found that for some ATZ composites the phenomenon of subcritical cracking was inhibited in both air and water environments.

7

Study on Preparation Technology and Heat Conduction Mechanism of High-Purity & Ultra-Fine Alumina Powder from Scrap Aluminum Cans

Wang Chengmin, Politov Anatoly, Wang Xiuhui, Yang Jinlong

Archives of Foundry Engineering

|

2024

|

Vol. 24, iss. 1

158--164

EN

In view of the increasing scarcity of bauxite resources in China, the high energy consumption and high pollution of electrolytic aluminum, and the requirements for energy conservation and environmental protection, aluminum recycling and high-value utilization of its derivatives have evolved into a crucial development requirement for the aluminum industry in the future. As an important part of the development of recycled aluminum resources, the high-value application of scrap aluminum cans has always been a hot research topic in various recycled aluminum processing enterprises and scientific research units. The traditional regeneration system of waste cans includes a series of complex technological processes such as pretreatment, paint removal, smelting system and casting system, which is difficult to control in the middle of the process. Most of the recycled scrap aluminum cans are cast and downgraded for later use, except for a part of them used as alloy materials for new cans. In this paper, combined with the research on the preparation of metal aluminum alkoxide, combined with recrystallization heat conduction to further study the effective dissolution or adsorption how to remove impurity elements to obtain high-purity aluminum alcohol salt mechanism research, and thermal effect of alcohols with different carbon chains on the synthesis of high-purity aluminum alkoxide was further investigated. Moreover, the changes in morphology and pore size distribution of hydrolyzed alumina precursor materials under different hydrothermal temperature conditions were discussed by means of the alkoxide hydrolysis-sol-gel process. Eventually, the aluminum alkoxide was obtained by the reaction of waste cans with isopropanol and heavy crystal thermal conductivity, and the high-purity aluminum alkoxide was purified by vacuum distillation. Under the hydrothermal condition of 160°C, the high-purity alumina material with a purity of 99.99% and an original crystal size of 200nm was prepared.

8

Opracowanie i wstępne badania ceramicznych membran filtracyjnych

Pittruff Peter, Młocek Witold, Jurków Dominik

Szkło i Ceramika

|

2023

|

R. 74, nr 4

41--50

PL

Celem pracy jest opracowanie składu i technik osadzania membran filtracyjnych na porowatych podłożach ceramicznych. W trakcie badań przeanalizowano morfologię oraz właściwości mechanicznych i chemicznych prezentowanych membran. Zakres badań obejmował sprawdzenie kompatybilności zarówno membrany, jak i rdzenia (porowatego podłoża) ceramicznego oraz sprawdzenie odporności tego modułu na warunki pracy. Końcowy moduł filtracyjny składał się z co najmniej jednej warstwy mikrofiltracyjnej o wielkości porów nie większej niż 10 µm.

EN

The goal of this paper is the development of a filtration membrane composition and technology together with the technique of membrane deposition onto ceramic substrates. The definition of membrane composition was produced jointly with analysis of its morphology, mechanical and chemical properties. The application scope of investigation was to verify the compatibility of both membrane and ceramic core, and to validate the resistance of this module against working environment. The final filtration module had to consist of at least one microfiltration film with pore size not greater than 10 µm.

9

Mechanical properties of sandwich products obtained by 3D printing from PLA-PLA/Al2O3

Subramaniyan Madheswaran, Karuppan Sivakumar

Polimery

|

2023

|

Vol. 68, nr 11-12

646--651

EN

The mechanical properties of samples made by 3D printing from poly(lactic acid) (PLA) and PLA filled with 20, 40, 60 and 80 wt% PLA/Al2O3 (85/15) was evaluated. Addition of PLA/Al2O3 improved mechanical properties of PLA. Tensile strength increased by approx. 19%, tensile modulus by 27%, com¬pression modulus by approx. 42%, flexural modulus by 70%, impact strength by 20% and hardness by approx. 14% compared with pure PLA.

PL

Zbadano właściwości mechaniczne kształtek wykonanych metodą druku 3D z poli(kwasu mlekowego) (PLA) napełnionego 20, 40, 60 i 80% mas. PLA/Al2O3 (85/15). Wytrzymałość na rozciąganie zwiększyła się o ok. 19%, moduł sprężystości przy rozciąganiu o 27%, moduł przy ściskaniu o ok. 42%, moduł sprężystości przy zginaniu o 70%, udarność o 20%, a twardość o ok. 14% w porównaniu z czystym PLA.

10

Wpływ piasku korundowego na właściwości betonu cementowego

Horszczaruk Elżbieta, Kiernożycki Włodzimierz

Materiały Budowlane

|

2023

|

nr 9

9--12

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu odpadowego piasku korundowego używanego do piaskowania konstrukcji metalowych na właściwości betonu. Piasek korundowy zastosowano jako zamiennik 25, 50 i 75% objętości kruszywa drobnego. Przeprowadzone zostały badania konsystencji mieszanek betonowych i gęstości objętościowej betonów. Badano wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie przy rozłupywaniu betonów po 7 i 28 dniach dojrzewania. Określono również nasiąkliwość betonów i głębokość penetracji wody pod ciśnieniem. Badania potwierdziły możliwość zastosowania piasku korundowego jako zamiennika kruszywa drobnego w betonach cementowych.

EN

The paper presents the results of research on the influence of waste corundum sand used for sandblasting metal structures on the properties concrete. Corundum sand was used as a substitute for sand in the amount of 25%, 50 and 75% of the fine aggregate volume. Tests were carried out on the consistency of concrete mixes and the bulk density of concretes. The compressive strength and tensile splitting strength were measured at the age of the concrete of 7 and 28 days. The water absorption of concretes and the depth of water penetration under pressure were also determined. The tests confirmed the possibility of using corundum sand as a substitute for fine aggregate in cement concrete.

11

Aluminium oxide (Al22O3)-few layer graphene (FLG) reinforced aluminium hybrid composites

Kaykılarlı Cantekin, Altınışık Zehra, Kılıç E. Can, Uzunsoy Deniz, Yeprem H. Aygül

Composites Theory and Practice

|

2022

|

R. 22, nr 2

72--78

EN

The present study investigates the microstructural and mechanical properties of few layer graphene (FLG, 0.1 to 5 wt.%) and aluminium oxide (Al22O3, 4 to 20 wt.%) reinforced Al6061 matrix composites prepared via mechanical alloying (MA), uniaxial pressing and pressureless sintering. The effects of the amounts of Al22O3 and FLG were studied. MA was carried out at 300 rpm for 3 h in a planetary ball mill in argon atmosphere. The mechanically alloyed (MAed) powders were compacted via uniaxial pressing (400 MPa) and sintering (620°C, 2 h). The microstructural and mechanical properties of the Al-xAl22O3-yFLG powders and bulk samples were investigated via X-ray diffraction (XRD), light microscopy (LM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), the Archimedes’ method and a hardness test. In the XRD analysis, the aluminium carbide (Al4C3) phase was not detected. The SEM, LM micrographs and EDS results show that the produced composites have a homogeneous structure. Based on the Archimedes’ method, the densification rates of the reinforced samples were higher than the unreinforced sample. The Al22O3-3FLG sample exhibited the highest relative density, 99.25%. According to the hardness measurements, the highest hardness value was 87.28 HV for the Al22O3-1FLG composite and increased twofold compared to Al6061.

12

The Use of Phosphate Binder for Ablation Casting of AlSi7Mg Modified TiB Alloy

Puzio Sabina, Kamińska J., Major-Gabryś K., Angrecki M.

Archives of Foundry Engineering

|

2022

|

Vol. 22, iss. 1

62--68

EN

The possibilities of using an inorganic phosphate binder for the ablation casting technology are discussed in this paper. This kind of binder was selected for the process due to its inorganic character and water-solubility. Test castings were made in the sand mixture containing this binder. Each time during the pouring liquid alloy into the molds and solidification process of castings, the temperature in the mold was examined. Then the properties of the obtained castings were compared to the properties of the castings solidifying at ambient temperature in similar sand and metal molds. Post-process materials were also examined - quartz matrix and water. It has been demonstrated that ablation casting technology promotes refining of the microstructure, and thus upgrades the mechanical properties of castings (Rm was raised about approx. 20%). Properties of these castings are comparable to the castings poured in metal moulds. However, the post-process water does not meet the requirements of ecology, which significantly reduces the possibility of its cheap disposal.

13

Analiza stereologiczna gęstych spieków kompozytowych w układzie ATZ

Grabowy Marek, Dzidek Wiktoria, Wilk Agnieszka, Wojteczko Kamil, Wojteczko Agnieszka, Łuszcz Maciej, Delikhovskyi Yurii, Pędzich Zbigniew

Materiały Ceramiczne

|

2021

|

T. 73, nr 2

82--91

PL

Kompozyty ATZ (Alumina Toughened Zirconia), składające się z matrycy tetragonalnego ZrO2 modyfikowanej dodatkiem Al2O3, zyskują coraz większą popularność i poszerzają obszar zastosowań wśród ceramicznych materiałów konstrukcyjnych i biologicznych. Wykorzystując mechanizmy poprawy właściwości mechanicznych w kompozytach, udało się znacznie podnieść w nich odporność na kruche pękanie czy wytrzymałość na zginanie. Doskonałe parametry mechaniczne tego typu tworzyw zależą w głównej mierze od ich składu fazowego oraz uzyskanej mikrostruktury. Celem niniejszej pracy było otrzymanie spieków kompozytów ATZ, określenie podstawowych właściwości mechanicznych oraz kompleksowa charakterystyka mikrostruktury nowatorskich kompozytów ATZ. Materiał bazowy wykorzystany do ich przygotowania stanowiła mieszanina proszku ZrO2 otrzymanego za pomocą metod chemii mokrej oraz niewielkiego dodatku nanometrycznego, komercyjnie dostępnego proszku korundu. Właściwe kompozyty ATZ-10 oraz ATZ-20 uzyskano poprzez wprowadzenie do materiału bazowego większych ilości fazy Al2O3 (odpowiednio 10% i 20% obj.). Jako materiał odniesienia do celów porównawczych wykorzystano komercyjnie dostępne proszki nanometrycznego ZrO2 z dodatkiem 3% mol. Y2O3 (typowy materiał TZP). Po należytym przygotowaniu zgładów, wykorzystując mikroskopię skaningową, wykonano szereg zdjęć, które następnie zbinaryzowano i poddano szczegółowej analizie stereologicznej. Uzyskane kompozyty ATZ charakteryzowała wysoka gęstość przekraczająca 99% gęstości teoretycznej, wytrzymałość na zginanie dochodząca do wartości 1 GPa oraz znakomita odporność na kruche pękanie o KIc powyżej 10 MPa•m1/2. Specyficzna metoda wytwarzania, skutkująca intensyfikacją dyfuzji w trakcie spiekania, doprowadziła do uzyskania homogenicznych mikrostruktur o drobnych ziarnach. Analiza stereologiczna pozwoliła na szczegółową charakterystykę mikrostruktury; wyznaczono średni liniowy rozmiar ziaren, średnią powierzchnię ziaren oraz udział poszczególnych faz, odpowiadający realnej zawartości tlenków w zaprojektowanych kompozytach. Znajomość wartości parametrów opisujących postać mikrostruktury stanowi ważny element interpretacji znakomitych właściwości mechanicznych badanych kompozytów ATZ.

XX

ATZ composites (Alumina Toughened Zirconia), consisting of a tetragonal ZrO2 matrix modified with the addition of Al2O3, are gaining more and more popularity and expand the area of application among ceramic construction and biological materials. By using synergistic factors for improving mechanical properties in composites, it was possible to significantly increase their fracture toughness and bending strength. The excellent mechanical properties of this type of materials depend mainly on their phase composition and obtained microstructure. The aim of this study was to obtain novel ATZ composites, determine the basic mechanical properties and conduct a comprehensive characterization of the microstructure of innovative ATZ composites. The base material used for their preparation was a mixture of ZrO2 powder synthesized by wet chemistry methods and a small addition of commercially available corundum nano-powder. The ATZ-10 and ATZ-20 composites were obtained by adding larger amounts of Al2O3 phase into the base material (respectively 10 and 20 vol.%). Commercially available nanometric ZrO2 powders containing 3 mol.% of Y2O3 (typical TZP material) were used as reference material for comparative purposes. After proper preparation of the specimens’ surfaces, a series of images were taken using scanning electron microscopy, which were then binarized and subjected to detailed stereological analysis. The obtained ATZ composites were characterized by high density exceeding 99% of the theoretical density, flexural strength reaching 1 GPa and excellent fracture toughness with KIc above 10 MPa•m1/2. The specific method of fabrication, resulting in diffusion intensification during sintering, led to homogeneous microstructures with fine grains. Stereological analysis allowed for a detailed characterization of the microstructure - the average linear grain size, average grain area and the fraction of individual phases, corresponding to the real content of oxides in the designed composites, were determined. The knowledge of the parameters describing the form of the microstructure is an important element in the discussion about the excellent mechanical properties of the investigated ATZ composites.

14

Direct and In-Direct Strength Evaluation of Refractory Structural Elements Subjected to Temperature Cycles

Awchat Ganesh D.

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2021

|

Vol. 15, no. 4

160--173

EN

Refractory structural elements used in the lining work of refractory are exposed to a more complex stress-strain behavior due to the temperature variation cycle. To investigate the performance of refractory structural elements, an attempt was made in this research to cast Aluminium Oxide, i.e., 80% Al2O3 castable in the form of cubes of 150 mm x 150 mm x 150 mm size and heated to different temperatures of 100°C to 800°C. Rebound Hammer Test, Ultrasonic Pulse Velocity (UPV) test performed to evaluate compressive strength refractory structural elements qualitatively and quantitatively. Direct compressive strength of identical heated cube specimens investigated using a compression testing machine. The relationship between direct and indirect test results of compressive strength was established and compared. Four different grade bricks B-1, B-2, B-3, and B-4 heated to 800°C to study the formation of microcracks at high temperatures. The bricks were fired for 0, 2, 4, 6, 8, and 10 cycles up to 800°C and same used for UPV testing, Modulus of Rupture (MoR) tests. The study aimed to correlate direct and indirect strength results helpful in selecting suitable refractory materials in practice. UPV test values plotted with cube specimen heated at 100°C to 800°C revealed that UPV values decrease as temperature increases. The compressive strength of cubes increased with temperature due to the evaporation of water vapor in the matrix and the ceramic bonding effect, which increased cube compressive strength after heating. The graph of the relationship between MoR and UPV for all grade bricks at five heating cycles up to 800°C revealed thermal cracks observed in all B-2 bricks only after third loading cycles. For other specimens, the proportionality relationship between them is linear. The experimental outcome of research provides technical support for the selection of structural elements material in refractory.

15

The abrasive wear susceptibility of innovative ATZ type composites produced by sintering mix of zirconia powders with different chemical composition

Grabowy Marek, Wojteczko Kamil, Wojteczko Agnieszka, Dębiński Piotr, Almansour Sana Ahmad, Minh Le Huy, Bućko Mirosław M., Pędzich Zbigniew

Composites Theory and Practice

|

2020

|

R. 20, nr 1

11--16

EN

Composites based on tetragonal zirconia polycrystals modified with corundum inclusions ATZ (alumina toughened zirconia), are one of the basic and more commonly used ceramic structural materials. They are used especially willingly as parts of devices and machinery working in both dry and wet wear conditions in the presence of hard abrasive particles intensifying wear processes. The mechanical properties of such composites, strength and fracture toughness mainly, strongly depend on their chemical and phase compositions as well as microstructure. The aim of the present work was to investigate an innovative type of ATZ material composed of a mixture of two ZrO2 powders with different chemical composition and a small addition (2.3 vol.%) of nanometric corundum powder. The proper composite materials additionally contained 10 or 20 vol.% commercially available corundum particles. Tests were carried out on the mentioned materials for abrasive wear susceptibility according to the ASTM Dry Sand Test and ASTM Miller Test, using silicon carbide particles as the abrasive medium. As a reference materials, typical TZP (tetragonal zirconia polycrystals) material prepared using commercial powder and ZTA (zirconia toughened alumina) material containing 5 vol.% zirconia dispersed in an alumina matrix were used. The obtained results allowed the usability of the individual composite materials to be verified under various operating conditions.

PL

Kompozyty na osnowie tetragonalnego dwutlenku cyrkonu, modyfikowane wtrąceniami korundowymi (alumina toughened zirconia, ATZ), są jednym z podstawowych i częściej stosowanych ceramicznych tworzyw konstrukcyjnych. Szczególnie chętnie są stosowane jako elementy maszyn i urządzeń pracujące w warunkach tarcia suchego lub w obecności wody, często w obecności twardych cząstek intensyfikujących procesy zużycia. Właściwości mechaniczne tego typu kompozytów, głównie wytrzymałość i odporność na kruche pękanie, silnie zależą od ich składu chemicznego, fazowego i mikrostruktury. Celem niniejszej pracy było zbadanie innowacyjnego typu kompozytów ATZ, w którym jako osnowę zastosowano mieszaninę dwóch proszków ZrO2 o różnym składzie chemicznym z niewielkim (2,3% obj.) dodatkiem nanometrycznego proszku korundu. Właściwe materiały kompozytowe zawierały ponadto komercyjnie dostępne ziarna korundu w ilości 10 lub 20% obj. Wykonano dla tych materiałów testy podatności na zużycie ścierne luźnym ścierniwem węglika krzemu według norm ASTM - Dry Sand Test i Miller Test. Jako materiałów odniesienia użyto typowego materiału TZP (tetragonal zirconia polycrystals) uzyskanego z komercyjnego proszku oraz materiału typu ZTA (zirconia toughened alumina). Otrzymane wyniki pozwoliły zweryfikować użyteczność poszczególnych typów kompozytu w różnych warunkach pracy.

16

Optimization of wire EDM process parameters on Al6061/Al₂O₃ composite and its surface integrity studies

Mythili T., Thanigaivelan R.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2020

|

Vol. 68, nr 6

1403--1412

EN

Metal matrix composites (MMC) are finding application in many fields such as aerospace and automobile industries. This is due to their advantages such as light weight and low cost. Among all the available non-traditional machining processes, wire electric discharge machining (WEDM) is found to be a suitable method for producing complex or intricate shapes in composite materials. In this study, an aluminum metal matrix composite (AMMC) with 6% and 8% weight (wt) fraction of Al2O3 is prepared through the stir casting process. The fabricated AMMC specimen is machined using WEDM, considering various process parameters such as wt % of reinforcement, gap voltage (Vg), peak current (IP) wire tension (WT) and dielectric pressure (Pd). Output responses such as the machining rate (MR) and surface roughness (Ra) of the slots are analyzed by conducting L18 mixed orthogonal array (OA) experiments. The experiments are analyzed using techniques for order preference by similarity to ideal solution (TOPSIS) and analysis of variance (ANOVA). Based on the analyses, the optimum combination of process parameters for better MR and Ra is as follows: wt % = 6 gm, Vg = 53 V, Ip = 8 A, WT = 11 g, Pd = 13 bar. The optimum level of process parameters for MR and Ra are 1.5 mm/min and 3.648 µm, respectively. Based on ANOVA, the peak current is found to have a significant influence on MR and Ra. Moreover, based on a scanning electron microscope (SEM) image, the presence of micro-ridges, reinforcement, micro-craters, micro-cracks, recast layers and oxide formation are all analyzed on the surface being machined.

17

Tribological Properties of Al2O3/ZrO2 Sintered Ceramics

Wiązania Grzegorz, Kot Marcin, Wojteczko Agnieszka, Pędzich Zbigniew

Tribologia

|

2019

|

nr 1

67--72

EN

The paper presents mechanical and tribological properties of Al2O3/ZrO2 composite sinters with different proportions of Al2O3 and ZrO2 phases. These materials are commonly used in dry friction contact due to relatively low manufacturing costs of even complex shapes of products and the possibility of working at elevated temperatures. The tests were carried out by the ball-on-disc method at temperatures of 20, 150, 300, and 500°C. A ball made of Al2O3 was used as a counterpart. The results were compared with the following sintered mono-phase materials: Al2O3 (alumina) and tetragonal yttria-stabilized ZrO2 polycrystallines (Y-TZP). The tests showed the significantly better properties of composite materials.

PL

W pracy przedstawiono właściwości mechaniczne i tribologiczne spieków kompozytowych Al2O3/ZrO2 o różnej proporcji faz Al2O3 i ZrO2. Są to materiały chętnie stosowane w węzłach tarcia suchego ze względu na relatywnie niskie koszty wytwarzania nawet skomplikowanych kształtów wyrobów i możliwość pracy w podwyższonych temperaturach. Testy przeprowadzono na stanowisku z węzłem tarcia ball-on-disc w temperaturach 20, 150, 300 i 500°C, jako przeciwpróbkę zastosowano kulkę wykonaną z Al2O3. Wyniki badań porównywano z wynikami badań spieków wytwarzanych z materiałów jednofazowych: α- Al2O3 (korund) i tetragonalnych polikryształów ZrO2 stabilizowanych tlenkiem itru (tzw. Y-TZP). Badania wykazały znacząco lepsze własności materiałów kompozytowych.

18

Właściwości mechaniczne kompozytów typu ATZ otrzymanych w procesie spiekania mieszaniny proszków dwutlenku cyrkonu o różnym składzie chemicznym

Grabowy Marek, Maciewicz Karolina, Łuszcz Maciej, Pędzich Zbigniew, Bućko Mirosław M.

Materiały Ceramiczne

|

2019

|

T. 71, nr 3

286--294

PL

Kompozyty na osnowie tetragonalnego dwutlenku cyrkonu, zawierające wtrącenia korundowe (alumina toughened zirconia, ATZ), są jednym z podstawowych i częściej stosowanych ceramicznych tworzyw konstrukcyjnych. Właściwości mechaniczne tego typu kompozytów, głównie wytrzymałość i odporność na kruche pękanie, silnie zależą od ich składu chemicznego, fazowego i mikrostruktury. Celem niniejszej pracy było otrzymanie kompozytów ATZ w procesie spiekania mieszaniny dwóch proszków ZrO2 o różnym składzie chemicznym z niewielkim (1.5 % mas.) dodatkiem nanometrycznego proszku korundu, a także określenie ich mikrostruktury i podstawowych właściwości mechanicznych. Użyto nanometrycznego proszku czystego dwutlenku cyrkonu i proszku zawierającego 4% mol. tlenku itru, a ich ilości w mieszaninie z nanokorundem dobrano tak, aby końcowy produkt miał nominalnie 3% mol. Y2O3. 1,5% mas. nanometrycznego tlenku glinu Do takiej mieszaniny proszków dodano 10% lub 20% obj. proszku submikronowego korundu po czym wypraski spiekano w 1450 °C przez 2 h. Tak otrzymany materiał cechował się wyższą wartością współczynnika krytycznej intensywności naprężeń, lecz niższą wytrzymałością na zginanie w stosunku do spieku otrzymanego w tych samych warunkach z jednofazowego proszku. Obecność ziaren tlenku glinu w każdym przypadku podnosiła zarówno odporność na kruche pękanie, jak i wytrzymałość.

EN

Composites based on tetragonal zirconia, containing corundum inclusions (alumina toughened zirconia, ATZ), are one of the basic and more commonly used ceramic structural materials. The mechanical properties of this type of composites, mainly strength and fracture toughness, strongly depend on their chemical and phase composition as well as their microstructure. The purpose of this work was to obtain ATZ composites in the sintering process of two ZrO2 powders with different chemical composition with a small (1.5 wt%) addition of nanometric corundum powder, as well as to determine their microstructure and basic mechanical properties. Nanometric powders of pure zirconia and zirconia containing 4 mol% yttrium oxide were used, and their amounts in the mixture with nanocorundum were selected so that the final product had a nominal 3 mol% Y2O3. To this powder mixture, 10% or 20% by volume of submicron corundum powder was added, after which the compacts were sintered at 1450 °C for 2 h. The material obtained in this way was characterized by a higher value of the critical stress intensity factor, but a lower bending strength in relation to the sintered body obtained under the same conditions from a single-phase powder. The presence of alumina grains in each case increased both fracture toughness and strength.

19

Al2O3-Cu-Mo hybrid composites : fabrication, microstructure, properties

Zygmuntowicz Justyna, Łukasiak Agata, Piotrkiewicz Paulina, Kaszuwara Waldemar

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 2

43--49

EN

The work investigated the influence of the share of metallic components on the microstructure and selected properties of Al2O3-Cu-Mo composites. Commercial powders were used to produce the composite samples. The composites were obtained by the slip casting method. Three series of composites with a different volumetric composition of metals in the total content of the metallic phase were obtained: Series I - contained 7.5 vol.% Cu - 7.5 vol.% Mo, Series II - contained 10 vol.% Mo - 5 vol.% Cu and Series III - contained 12 vol.% Mo - 3 vol.% Cu. All the series contained 15 vol.% metal particles with respect to the total solid phases. Rheological analysis showed that the slurries used to make the composites were shear thinning fluids. The X-ray analysis showed that regardless of the volume content of copper in the suspensions used to form the composite, all the composites after sintering were characterized by the presence of three phases: Al2O3, Cu and Mo. It was found that the microstructure in all the series is characterized by homogeneous distribution of the metal particles. All the samples were characterized by high porosity, which resulted in their low relative density. The volume fractions of molybdenum and copper in the composite slightly do affect the hardness and fracture toughness of the composite. The obtained hardness results indicate that increasing the molybdenum content in the composites causes an insignificant increase in the hardness of the samples.

PL

W pracy zbadano wpływ udziału komponentów metalicznych na mikrostrukturę i wybrane właściwości kompozytów Al2O3-Cu-Mo. Do wykonania próbek użyto komercyjnie dostępnych proszków: Al2O3, Cu i Mo. Kompozyty otrzymano metodą odlewania z gęstwy. Wytworzono trzy serie kompozytów o różnym składzie objętościowym metali w całkowitej zawartości fazy metalicznej: Seria I zawierała 7,5% obj. Cu - 7,5% obj. Mo, Seria II zawierała 10% obj. Mo - 5% obj. Cu i Seria III - zawierała 12% obj. Mo - 3% obj. Cu. Wszystkie serie zawierały 15% obj. cząstek metalu w odniesieniu do całkowitej fazy stałej. Badania reologiczne wykazały, że masy lejne użyte do wytwarzania kompozytów były cieczami newtonowskimi rozrzedzanymi ścinaniem. Badanie składu fazowego wykazało, iż niezależnie od zawartości objętościowej miedzi w masie lejnej użytej do wytworzenia kompozytu wszystkie kompozyty po spiekaniu cechowała obecność trzech faz: Al2O3, Cu i Mo. Stwierdzono, że mikrostruktura we wszystkich seriach charakteryzuje się jednorodnym rozkładem cząstek metalu. Wszystkie próbki charakteryzowała wysoka porowatość, co skutkowało ich niskim zagęszczeniem. Udział objętościowy molibdenu i miedzi w kompozycie wpłynął na jego twardość i odporność na kruche pękanie. Uzyskane wyniki twardości wskazują, że zwiększenie zawartości molibdenu powoduje niewielki wzrost twardości próbek.

20

Application of Nanoparticles in the Process of Phase Change Paraffin in a Chamber

Alizadeh As’ad

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2019

|

Vol. 13, no. 3

113--119

EN

In this study, melting of a phase changing material enriched with nanoparticles in a circular ring-rectangular enclosure was investigated and the results were analyzed. At the beginning of the melting process in the absence of a natural displacement, the mechanism of conduction heat transfer around the hot cylinder is the dominant mechanism. Over time, natural displacement gradually appears and deforms the melting boundary above the cylinder. Over time, when the thickness of the liquid phase grows, the thermal resistance increases, this can be verified by reviewing the Nusselt chart. So this phenomenon reduces the rate of melting and temperature changes. The results show that increasing the nanoparticle volume fraction due to increased conductivity and decreasing latent heat causes an increase in the melting rate and the amount of energy absorbed. From the study of various volume fractions, it can be concluded that the use of a higher volume fraction of 3% is more appropriate both in terms of energy and in terms of the melting rate. However, it should be taken into account that if the melting rate exceeds this value, it may cause agglomeration and deposition of nanoparticles and reducing system efficiency.