Processing, Microstructure and Properties of Different Method Obtained Cu-Al2O3 Composites

• Autorzy: Strojny-Nędza A. , Pietrzak K.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0222

Warianty tytułu

PL

Wytwarzanie, mikrostruktura i waściwości kompozytów Cu-Al2O3 otrzymywanych różnymi technikami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Alumina/copper composites are used where high thermal conductivity, high absorption and dissipation of heat, high resistance to thermal fatigue and good frictional wear resistance are required. The properties of these composites depend on a number of factors including the content, shape and distribution of the ceramic phase, the method of their obtaining, as well as the conditions under which they are obtained. All these variables have influence on mentioned properties and, in consequence, on the future applications of the final material. The aim of this paper was to develop Cu /Al₂ O₃ composites, processed using two techniques, namely sintering (of Cu /Al₂ O₃ high-energy mixed powders) and tape casting (of slurry of the following composition: 1, 3 and 5 vol.% of Al₂ O₃ phase; the remaining part: Cu). The compositions were determined taking into consideration the planned applications. The paper presents newly developed technologies, the results of both microstructure investigations as well as of the measurements of selected physical and mechanical properties (microhardness, wear resistance, thermal conductivity etc.) and contains the analysis of the influence of selected techniques and processing conditions on the properties and the interface morphology between ceramic and copper.

PL

Kompozyty na bazie miedzi znajdują zastosowanie tam, gdzie jest wymagane: wysokie przewodnictwo cieplne, wysoka absorpcja i rozpraszanie ciepła, wysoka odporność na zmęczenie cieplne i dobra odporność na zużycie ścierne. Właściwości tych kompozytów zależą od wielu czynników tj. zawartości, kształtu i rozkładu fazy ceramicznej w metalowej osnowie jak również od samego sposobu (warunków) ich wytwarzania. Celem niniejszej pracy było otrzymanie kompozytów Cu-Al₂ O₃ stosując dwie techniki: spiekania mieszaniny proszków pod ciśnieniem oraz odlewanie folii kompozytowych (tape casting), laminowanie oraz końcowe spiekanie otrzymanych materiałów. Ze względu na przyszłe zastosowania tych kompozytów (m.in. elementy w układach turbin w samolotach) wytypowane zostały następujące składy: 99%ob j:Cu-1%ob j:Al₂ O₃ , 97%ob j:Cu-3%ob j: Al₂ O₃ , 95%ob j:Cu-5%ob j: Al₂ O₃ : W prezentowanej pracy przedstawiono dwie technologie otrzymania kompozytów na bazie miedzi. Przeprowadzone zostały badania mikrostruktury otrzymanych kompozytów ze szczególnym zwróceniem uwagi na możliwość pojawienia się warstwy przejściowej ceramika/metal. Przeprowadzone zostały również badania właściwości fizycznych (twardość, gęstość), badania właściwości cieplnych (dyfuzyjność cieplna, przewodnictwo cieplne) oraz badania właściwości mechanicznych (zużycie ścierne) otrzymanych kompozytów.

Słowa kluczowe

EN

ceramic-metal composites; hot pressing; tape casting; microstructure; thermal properties

PL

kompozyty ceramiczno-metalowe; prasowanie na gorąco; odlewanie taśmy; mikrotekstura; właściwości termiczne

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 4
• Strony: 1301--1306
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Strojny-Nędza A.

• Institute of Electronic Materials Technology, 133 Wólczynska Str, 01-919 Warszawa, Poland

autor

Pietrzak K.

• Institute of Electronic Materials Technology, 133 Wólczynska Str, 01-919 Warszawa, Poland
• Institute of Fundamental Technological Research, Polish Academy of Sciences, 5b Pawinski Str., 02-106 Warszawa, Poland

Bibliografia

• [1] L. Wang, J-L. Shi, M-T. Lin, H-R. Chen, D-S. Ya, The thermal shock behavior of alumina-copper composite, Materials Research Bulletion, 36, 925-932, (2001),
• [2] Z. Shi, M. Yan: The preparation of Al2O3-Cu composite by internal oxidation, Applier Surface Science, 134, 103-106, (1998),
• [3] M. Chmielewski, W. Węglewski, Comparison of experimental and modelling results of thermal properties in Cu-AlN composite materials, Bulletin of the Polish Academy of Sciences - Technical Science 61, 2, 507-514 (2013).
• [4] V. Rajkovic, D. Bozic, M. Jovanovi, Effect of copper and Al2O3 particles on characteristics of Cu- Al2O3 composites, Materials and Design 31, 1962-1970, (2009),
• [5] H. Ferkel, Properties of copper reinforced by laser-generated Al2O3-nanoparticles, NanoStructured Materials 11, 595-602, (1999),
• [6] M. Chmielewski, K. Pietrzak, Processing, microstructure and mechanical properties of Al2O3-Cr nanocomposite, Journal of The European Ceramic Society, 27(2-3), 1273-1279, (2007),
• [7] M. Chmielewski, J. Dutkiewicz, D. Kalinski, L. Litynska-Dobrzynska, K. Pietrzak, A. Strojny-Nędza, Microstructure and properties of hot-pressed molybdenum-alumina composites. Archives of Metallurgy and Materials 57(3), 687-693, (2012),
• [8] J. Piekoszewski, W. Olesińska, J. Jagielski, D. Kaliński, M. Chmielewski, Z. Werner, M. Barlak, W. Szymczy, Ion implanted nanolayers in AlN for direct bonding with copper, Solid State Phenomena 99-100, 231-234, (2004),
• [9] M. Barlak, J. Piekoszewski, J. Stanislawski, Z. Werner, K. Borkowska, M. Chmielewski, B. Starowska, M. Miskiewicz, W. Starosta, L. Walis, J. Jagielski, The effect of intense plasma pulse pre-treatment on wettabillity in ceramic-copper system, Fusion Engineering and Design 82, 2524-2530, (2007),
• [10] B-J. Cho, E-T. Park, J-M. Lee, Novel structure of ceramic tape for multilayer devices: Journal of the European Ceramic Society 29, 451-456, (2009),
• [11] A. Heunisch, A. Dellert, A. Roosen, Effect of powder, binder and process parameters on anisotropic shrinkage in tape cast ceramic products: Journal of the European Ceramic Society 30, 3397-3406, (2010),
• [12] A. Kristoffersson, E. Carlstrom, Tape casting of alumina in water with an acrylic latex binder, Journal of the European Ceramic Society 17, 289-297, (1997),
• [13] Y. Zhang, J. Binner, Tape casting aqueous alumina suspensions containing a latex binder, Journal of Materials Science 37, 1831-1837, (2002),
• [14] M. Leylavergne, T. Chartier, A. Denoirjean, A. Grimaud, P. Abellard, P. Fauchais, Cast iron substrates reclamation by tape casting of NiCu treated by plasma transferred arc: optimization of the tape and its plasma treatment, Thin Solid Films 391, 1-10, (2001),
• [15] D. Kaliński, M. Chmielewski, K. Pietrzak, An influence of mechanical mixing and hot-pressing on properties of NiAl/Al2O3 composite, Archives of Metallurgy and Materials 57(3), 694-702, (2012),
• [16] M. Chmielewski, D. Kaliński, K. Pietrzak, W. Włosinski, Relationship between mixing conditions and properties of sintered 20AiN/80Cu composite materials, Archives of Metallurgy and Materials 55(2), 579-585, (2010).