Wyroby na bazie węglika krzemu formowane techniką odlewania

• Autorzy: Wierzba W. , Gubernat A. , Zych Ł.

Warianty tytułu

EN

SiC-based materials obtained by the slip casting method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca przedstawia wyniki badań nad wytwarzaniem gęstych spieków z węglika krzemu metodą odlewania z zawiesin wodnych. Jako aktywatorów spiekania użyto mieszaniny tlenku glinu i tlenku itru w stosunku wagowym 3:2 w ilości 10% masowych w odniesieniu do suchej masy SiC. Zawiesinę stabilizowano elektrostatycznie poprzez zmianę pH. Wykonane badania potencjału dzeta w funkcji pH oraz badania lepkości w funkcji pH i udziału objętościowego fazy stałej w zawiesinie umożliwiły dobór parametrów zawiesiny, tj. udziału objętościowego cząstek faz stałych, który wyniósł 30% oraz pH zawiesiny bliskiego 8,5. Wyniki badań potwierdziły, że możliwe jest wytworzenie zawiesin rozrzedzanych ścinaniem, nadających się do odlewania wylewnego. Wzrost wytrzymałości formowanych wyrobów w stanie surowym, umożliwiający ich wstępną obróbkę, uzyskano poprzez zastosowanie komercyjnego spoiwa akrylowego (Duramax™ B – 1000). Przygotowane w ten sposób wyroby spiekano swobodnie w temperaturze 2050 ºC. Otrzymane spieki charakteryzowały się wysokim stopniem zagęszczenia oraz jednorodną mikrostrukturą. Badania odporności na kruche pękanie wykazały pozytywny wpływ aktywatorów tlenkowych na wzrost KIc do wartości ~ 5 MPa•m0,5, w stosunku do spieków jednofazowych.

EN

The paper presents results of a research designed to obtain dense material of silicon carbide formed into shapes by slip casting, using aqueous suspensions. Alumina oxide and yttrium oxide were used as sintering additives in a weight ratio of 3:2 in an amount of 10% by mass relative to the dry weight. The slurry was electrostatically stabilized by changing pH. Determination of the zeta potential as a function of pH, and viscosity tests performed as a function of pH and volume concentration of solid phase allowed selecting proper parameters of the suspension such as a solid volume loading of 30% and a pH value of ~ 8,5. The results of these investigations confirmed that it is possible to produce pseudoplastic slurries suitable for slip casting. The increase in strength of green bodies, allowing for their preliminary processing, was obtained by addition of a commercial acrylic binder (Duramax™ B – 1000). SiC casts were pressureless sintered at 2050 ºC, which led to high densities and fine, homogeneous microstructures. A fracture toughness test revealed positive effects of the sintering additives on fracture toughness of the material, increasing a KIc value to ca 5 MPa•m1/2.

Słowa kluczowe

PL

SiC; odlewanie z gęstw; mikrostruktura finalna; właściwości mechaniczne; aktywator tlenkowy spiekania

EN

SiC; slip casting; microstructure final; mechanical properties; oxide sintering activator

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 66, nr 3
• Strony: 259--265
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Wierzba W.

• AGH Akademia Górniczo–Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, al. A. Mickiewicza 30; 30-059 Kraków

autor

Gubernat A.

• AGH Akademia Górniczo–Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, al. A. Mickiewicza 30; 30-059 Kraków

autor

Zych Ł.

• AGH Akademia Górniczo–Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, al. A. Mickiewicza 30; 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Zhang. T., Zhang. Z., Zhang. J., Jiang. D., Lin. Q.: Preparation of SiC ceramics by aqueous gelcasting and pressureless sintering, Mater. Sci. Eng. A, 443, (2007), 257-261.
• [2] Zhang, J., Iwasa, M.: Dispersion of SiC in aqueous media with Al2O3 and Y2O3 as sintering additives, J. Am. Ceram. Soc., 88, 4, (2005), 1013-1016,
• [3] Balbo, A., Sciti, D., Costa, A. L., Bellosi, A.: Effects of powder processing on colloidal and microstructural characteristics of β-SiC powders, Mater. Chem. Phys., 103, (2007), 70-77.
• [4] Wang, X. H., Hirata, Y.: Colloidal processing and mechanical properties of SiC with Al2O3 and Y2O3, J. Ceram. Soc. Jpn., 112, 1, (2004), 22-28.
• [5] Nojiri, M., Hasegawa, H., Ono, T., Kakui, T., Tsukada, M., Kamiya, H.: Influence of molecular structure of anionic polymer dispersants on dense silicon carbide suspension behavior and microstructures of green bodies prepared by slip casting, J. Ceram. Soc. Jpn., 111, 5, (2003), 327-332.
• [6] Zhang, Y., Binner, J.: Effect of dispersants on the rheology of aqueous silicon carbide suspensions, Ceram. Int., 34, (2008), 1381-1386.
• [7] Zgłoszenie patentowe nr P-406 467 z dnia 11.12.2013, pt. Sposób wytwarzania wyrobów metodą odlewania z gęstwy lejnej na bazie węglika krzemu; twórcy: A. Gubernat, Ł. Zych, W. Wierzba.
• [8] Stobierski, L., Gubernat, A.: Sintering of silicon carbide I. Effect of carbon, Ceram. Int., 29, (2003), 287-292.
• [9] Stobierski, L., Gubernat, A., Sintering of silicon carbide II. Effect of boron, Ceram. Int., 29, (2003), 355-361.
• [10] Prohazka, S.: The role of boron and carbon in the sintering of silicon carbide, in Special Ceramics, Vol. 6, Propper P. (Ed.), British Ceramics Research Association, Stoke-on Trent, England, (1975), 171-182.
• [11] Alliegro, R. A., Coffin, L. B., Tinklepaugh, J. R.: Pressure-sintered silicon carbide, J. Am. Ceram. Soc., 39, 11, (1956), 386-389.
• [12] Lange, F.F.: Hot-pressing behaviour of silicon carbide powders with additions of aluminium oxide, J. Mater. Sci., 10, (1975), 314-320.
• [13] Foster, D., Thompson, D. P.: The use of MgO as a densification aid for –SiC, J. Eur. Ceram. Soc., 19, (1999), 2823-2831.
• [14] Zawrah, M. F., Shaw, L.: Liquid-phase sintering of SiC in presence of CaO, Ceram. Int., 30, (2004), 721-725.
• [15] Negita, K.: Effective sintering aids for silicon carbide ceramics: reactivities of silicon carbide with various additives, J. Am. Ceram. Soc. Communications, 69, 12, (1986), C-308-C-310.
• [16] Omori, M., Takei, H.: Pressureless sintering of SiC, J. Am. Ceram. Soc. Communications, 66, (1982), C-92.
• [17] Lidén, E., Carlström, E., Eklund, L., Nyberg, B., Carlsson, R.: Homogeneous distribution of sintering additives in liquid-phase sintered silicon carbide, J. Am. Ceram. Soc., 78, 7, (1995), 1761-1768.
• [18] Kostić, E.: Sintering of silicon carbide in the presence of oxide additives, Powder Metall. Int., 20, 6, (1998), 28.
• [19] She, J. H, Ueno, K.: Effect of additive content of liquid-phase sintering on silicon carbide ceramics, Mater. Res. Bull., 34, 10/11, (1999), 1629.
• [20] Cutler, R. A., Jackson, T. B.: Liquid phase sintered silicon carbide, in Ceramic Materials and Component of Engines, Proceedings of the Third International Symposium, V.J. Tennery (Ed.), The American Ceramic Society, Westerville, OH, (1989), 309–318.
• [21] Sciti, D., Bellosi, A.: Effects of additives on densification, microstructure and properties of liquid-phase sintered silicon carbide, J. Mater. Sci., 35, (2000), 3849-3855.
• [22] Larsson, M., Hill, A., Duffy, J.: Suspension Stability; Why Particle Size, Zeta Potential and Rheology are Important, Annual Transactions of the Nordic Society, 20, (2012), 209-214.
• [23] Pampuch, R., Haberko, K., Kordek, M., Nauka o procesach ceramicznych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1992, 294.
• [24] Stobierski, L.: Węglik krzemu. Budowa, właściwości, otrzymywanie, Ceramika 48, wyd. Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków, 1996
• [25] Gubernat, A., Stobierski, L., Rudnik, T.: Kompozyty SiC-C, Kompozyty (Composites), 1, (2001), 100-105.