The effect of porosity on thermal properties of TiB2-based Cu cermets obtained by ball milling and containerless HIP

• Autorzy: Litwa P. , Perkowski K. , Kobus I. , Ziemnicka-Sylwester M. , Czujko T. , Varin R. A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2016.3.3

Warianty tytułu

PL

Wpływ porowatości na właściwości cieplne cermetali na osnowie TiB2 z Cu otrzymanych przez mielenie mechaniczne i HIP

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of porosity on microstructure and thermal properties of titanium diboride (TiB2) based cermets with Cu binder was investigated. It has been demonstrated a good wettability of the TiB2–Cu interfaces which allows for heat flow through it easily but formed microporosity (25÷32 %) and related structural defects in the sintered cermets affects the thermal conductivity. The specific heat changes exponentially with temperature and amounts to 0.37 J∙g–1K–1 at 298 K for the TiB2–Cu (20 vol. %) cermet with the lowest porosity. The X-ray diffraction (XRD) analysis confirmed that TiB2–Cu is the stable system and there was no reaction between TiB2 and Cu. The dependence of microstructure and composition on thermal properties of sintered the TiB2–Cu cermet alloys was discussed.

PL

Porowatość ma zasadniczy wpływ na przewodnictwo cieplne spieków, powodując zwiększenie przewodności w zależności od porowatości otwartej oraz składu kompozytu. Pory mogą także pełnić rolę sorbentów gazów, przede wszystkim helu i trytu wydzielanych pod wpływem promieniowania w reakcji absorpcji neutronów w materiałach o dużym przekroju czynnym z fazą TiB2, B4C lub ZrB2, co może zminimalizować stopień pęcznienia i w efekcie ryzyko fragmentacji materiału absorbującego. Badanie kompozytów z dodatkiem miedzi umożliwia zwiększenie współczynnika przewodzenia ciepła, co wspomaga także transfer ciepła wytworzonego przez reakcje jądrowe w materiałach absorbujących do chłodziwa oraz zapewnia utrzymanie temperatury poniżej ich temperatury topnienia. Celem pracy było przede wszystkim określenie wpływu zmian porowatości na mikrostrukturę i właściwości cieplne spieków TiB2– Cu wytworzonych w procesie mielenia mechanicznego i zagęszczania proszków. W celu obniżenia temperatury konsolidacji proszku TiB2 wytworzono cermetale o zawartości Cu od 10÷30% obj. Ze względu na słabe właściwości zwilżające Cu (Θ = 140°) w celu intensyfikacji procesów transportu masy przeprowadzono prasowanie izostatyczne na gorąco pod wysokim ciśnieniem (200 MPa) po wstępnym zagęszczaniu proszków na zimno.

Słowa kluczowe

EN

titanium diboride; TiB2–Cu cermets; ceramic matrix composites (CMCs); hot isostatic pressing; HIP; thermal properties

PL

TiB2–Cu; cermetal; porowatość; właściwości cieplne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 37, nr 3
• Strony: 109--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Litwa P.

• Department of Advanced Materials and Technologies, Military University of Technology, Warsaw, Poland

autor

Perkowski K.

• Department of Nanotechnology, Institute of Ceramics and Building Materials, Warsaw, Poland

autor

Kobus I.

• Department of Nanotechnology, Institute of Ceramics and Building Materials, Warsaw, Poland

autor

Ziemnicka-Sylwester M.

• Faculty of Engineering, Hokkaido University, Sapporo, Japan

autor

Czujko T.

• Department of Advanced Materials and Technologies, Military University of Technology, Warsaw, Poland

autor

Varin R. A.

• Department of Mechanical and Mechatronics Engineering, University of Waterloo, Waterloo, Canada

Bibliografia

• [1] Munro R. G.: Material properties of titanium diboride. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology 105 (2000) 709÷720.
• [2] Subramanian C., Murthy T. S. R. Ch., Suri A. K.: Synthesis and consolidation of titanium diboride. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials 25 (2007) 345÷350.
• [3] Chao S., Goldsmith J., Banerjee D.: Titanium diboride composite with improved sintering characteristics. International Journal of Refractory Metalsand Hard Materials 49 (2015) 314÷319.
• [4] Wang W., Fu Z., Wang H., Yuan R.: Influence of hot pressing sintering temperature and time on microstructure and mechanical properties of TiB2 ceramics. Journal of the European Ceramic Society 22 (2002) 1045÷1049.
• [5] Landwehr S. E., Yeckley R. L.: Readily-densified titanium diboride and process for making same. US 20100122903 A1 (2010).
• [6] Luo X., Wang Z., Hu X., Shi Z., Gao B., Wang Ch., Chen G., Tu G.: Influence of metallic additives on densification behaviour of hot-pressed TiB2.The Minerals, Metals and Materials Society (2009) 1151÷1155.
• [7] Ziemnicka-Sylwester M.: Superhard TiB2-based composites with different matrix fabricated from elemental powders by SHS-p-HIP. Advances in Science and Technology 77 (2012) 146÷152.
• [8] Zhang X., Han J., He X., Yan C., Wang B., Xu Q.: Ablation-resistance of combustion synthesized TiB2-Cu cermet. Journal of the American Ceramic Society 88 (2005) 89÷94.
• [9] Zhang J., Fu Z., Wang W.: Fabrication of titanium diboride-Cu composite by self-high temperature synthesis plus quick press. Journal of Materials Science and Technology 21 (2005) 841÷844.
• [10] Zhang X., Hong Ch., Han J., Zhang H.: Microstructure and mechanical properties of TiB2/(Cu, Ni) interpenetrating phase composites. Scripta Materialia55 (2006) 565÷568.
• [11] Aizenshstein M., Froumin N., Frage N.: The nature of TiB2 wetting by Cu and Au. Journal of Materials Engineering and Performance 21 (2012) 655÷656.
• [12] ISO 1183-1:2012(E): Plastics — methods for determining the density of non-cellular plastics. Part 1: immersion method, liquid pyknometer method and titration method. Geneva, Switzerland, 1÷17.
• [13] Parker W. J., Jenkins R. J., Butler C. P., Abbott G. L.: Flash method of determining thermal diffusivity, heat capacity and thermal conductivity. Journal Applied Physic 32 (1961) 1679.
• [14] Ziemnicka-Sylwester M.: Vaporization and poor wettability as the main challenges in fabrication of TiB2–Cu cermets studied by SPS. Metals 4(2014) 623÷638.
• [15] Aizenshtein M., Froumin N., Barth P., Shapiro-Tsoref E., Dariel M. P., Frage N.: How does the composition of quasi-stoichiometric titanium diboride affect its wetting by molten Cu and Au? Journal of Alloys and Compounds 442 (2007) 375÷378.
• [16] Zhou X. B., De Hosson J. Th. M.: Reactive wetting of liquid metals on ceramic substrates. Acta Materialia 44 (1996) 421÷426.
• [17] Chen G., Xiu Z., Meng S., Wu G., Zhu D.: Fabrication and thermo-physical properties of TiB2p/Cu composites for electronic packaging applications. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 19 (2009) 448÷452.
• [18] Yih P., Chung D. D. L.: Titanium diboride copper-matrix composites. Journal of Materials Science 32 (1997) 1703÷1709.
• [19] Jensen J. E., Tuttle W. A., Stewart R. B., Brechna H., Prodell A. G.: Specific heat of solid. Cryogenic Data Handbook. Brookhaven National LaboratoryVIII-B-1 (1980).

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.