Structure and physical properties of alumina ceramic foams designed for centrifugal infiltration process

• Autorzy: Dolata A. J. , Dyzia M. , Jaegermann Z.

Warianty tytułu

PL

Struktura i właściwości fizyczne korundowych pianek ceramicznych przeznaczonych do procesu infiltracji odśrodkowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the case of liquid phase processes used for the production of Al alloy matrix composites, the important factors are the interaction on the boundary of the liquid metal-ceramic phase, mainly the wetting of the ceramic surface. From this point of view, in the case of IPCs obtained by centrifugal infiltration, modification of the matrix alloy, the structure and physical properties of the porous ceramic materials, additionally the technological parameters like the temperature and time of infiltration as well as the rotational speed of the mould are important. In turn, the main parameters that influenced the efficiency of the infiltration process are the density, porosity, absorbability and permeability of the porous ceramic medium. The structural characteristics and physical properties of alumina foams, important for the infiltration of liquid aluminum alloy, have been presented. Scanning electron microscopy (SEM) and computer microtomography (µCT) were used to evaluate the microstructure of the Al2O3 foams. Selected properties of the foams such as density, open porosity, total porosity, absorbability were determined. In addition, the Ergun equation to determine the permeability of the foams was used. Metal-ceramic interpenetrating composites (IPCs) were obtained by the centrifugal infiltration of alumina foams with liquid Al alloy.

PL

W procesach ciekłofazowych wytwarzania kompozytów o osnowie stopów Al istotnymi czynnikami są oddziaływania na granicy faz, a zwłaszcza zwilżanie powierzchni ceramiki przez ciekły metal. Z tego punktu widzenia w przypadku kompozytów IPCs otrzymywanych w procesie infiltracji odśrodkowej istotne są modyfikacja stopu osnowy, struktura i właściwości fizyczne porowatej ceramiki, a także parametry technologiczne, takie jak: temperatura, czas infiltracji oraz prędkość wirowania formy. Z kolei głównymi parametrami, od których zależy wydajność procesu infiltracji, są gęstość, porowatość, nasiąkliwość oraz przepuszczalność ceramicznego, porowatego medium. W niniejszej pracy przedstawiono charakterystyczne cechy strukturalne i właściwości fizyczne korundowych pianek ceramicznych istotne z punktu widzenia infiltracji ciekłym stopem aluminium. Do oceny mikrostruktury pianek Al2O3 zastosowano metody skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz mikrotomografię komputerową (µCT). Wykorzystując metodę ważenia hydrostatycznego, wyznaczono wybrane właściwości pianek ceramicznych, takie jak: gęstość pozorna, porowatość otwarta, porowatość całkowita, nasiąkliwość. Ponadto, w celu odpowiedniego doboru preform ceramicznych do procesu infiltracji odśrodkowej ciekłym stopem Al wyliczono wartość przepuszczalności pianek, korzystając z równania Erguna. Do wytworzenia kompozytów o dwóch wzajemnie przenikających się fazach metalowej i ceramicznej (IPCs) zastosowano proces infiltracji odśrodkowej.

Słowa kluczowe

EN

alumina foam; structure; physical properties; centrifugal infiltration

PL

pianka z tlenku aluminium; struktura; właściwości fizyczne; infiltracja odśrodkowa

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 17, nr 3
• Strony: 136--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dolata A. J.

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

autor

Dyzia M.

• Silesian University of Technology, Faculty of Materials Engineering and Metallurgy, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

autor

Jaegermann Z.

• Institute of Ceramics and Building Materials, Department of Ceramic Technology, ul. Postępu 9, 02-676 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Colombo P., Conventional and novel processing methods for cellular ceramics, Philos. Trans. R. Soc. 2006, 364, 109-124.
• [2] Potoczek M., Gelcasting of alumina foams using agarose solutions, Ceram. Intern. 2008, 34, 661-667.
• [3] Oziębło A., Jaegermann Z., Traczyk S., Dziubak C., Porous ceramics for fabricating metal-ceramic composites by pressure infiltration of liquid aluminum alloys, Glass Ceram. 2006, 57, 1-7.
• [4] Scheffer M., Colombo P. (ed.), Cellular Ceramics, Structure, Manufacturing, Properties and Application, Wiley VCH, Weinheim 2005.
• [5] Innocentini M.D.M.., Sepulveda P., Salvini V.R. et al., Permeability and structure of cellular ceramics: A comparison between two preparation techniques, J. Am. Ceram. Soc. 1998, 81(12), 3349-52.
• [6] Potoczek M., Kształtowanie mikrostruktury piankowych materiałów korundowych, Wyd. Pol. Rzeszowskiej, Rzeszów 2012.
• [7] Chang H., Higginson R., Binner J., Interface study by dual beam FIB-TEM in a pressureless infiltrated Al(Mg)/Al2O3 interpenetrating composite, J. Microsc. 2009, 233, 132-139.
• [8] Binner J., Chang H., Higginson R., Processing of ceramic-metal interpenetrating composites, J. Eur. Ceram. Soc. 2009, 29, 837-842.
• [9] Gil R., Kennedy A.R., Capillarity-driven infiltration of alumina foams with an al-mg alloy: Processing, microstructure, and properties, JMEPEG 2012, 21, 21, 714-720.
• [10] Boczkowska A., Chabera P., Dolata A.J. et al., Fabrication of ceramic-metal composites with percolation of phases using GPI, Light Metals and Their Alloys, Technology, Microstructure and Properties, Solid State Phenomena 2012, 191, 57-66, DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.191.57.
• [11] Gil R., Jinnapat A., Kennedy A.R., Pressure-assisted infiltration of molten aluminium into open cell ceramic foams: Experimental observations and infiltration modelling, Compos. Part. A 2012, 43(6), 880-884.
• [12] Potoczek M., Sliwa R.E., Microstructure and physical properties of AlMg/Al2O3 interpenetrating composites fabricated by metal infiltration into ceramic foams, Arch. Metall. Mater. 2011, 56(4), 1265-1269.
• [13] Myalski J., Posmyk A., Precursor influence on structure of metal-ceramic composites designed for aviation machine parts, Composites Theory and Practice 2015, 15, 1, 28-33.
• [14] Dolata A.J., Fabrication and structure characterization of alumina-aluminum interpenetrating phase composites, Journal of Materials Engineering and Performance 2016, 25, 8, DOI: 10.1007/s11665-016-1901-2.
• [15] Dolata A.J., Centrifugal infiltration of porous ceramic preforms by the liquid Al alloy - theoretical background and experimental verification, Archives of Metallurgy and Materials 2016, 61, 1 411-418, DOI: 10.1515/amm-2016-0075.
• [16] Grabian J., Gawdzinska K., Wojnar L. et al., An application of computer tomography for structure characterization of metallic-ceramic composite foam, Book Series: Solid State Phenomena 2013, 197, 226.
• [17] Potoczek M., Ligoda J., Śliwa R.E., Alumina foams manufactured by the gel-casting method designed for polymer infiltration, Ceramic Materials 2015, 67(2), 104-108.
• [18] Chabera P., Boczkowska A., Witek A. et al., Fabrication and characterization of composite materials based on porous ceramic preform infiltrated by elastomer, Bulletin of the Polish Academy of Sciences-Technical Sciences 2015, 63 (1), 193-199.
• [19] Wieczorek J., Dyzia M., Dolata A.J., Machinability of aluminium matrix composites, light metals and their alloys II, Solid State Phenomena 2012, 191, 75-80, DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.191.75.
• [20] Walaszek J.M., Influence of ceramic preform microstructure on centrifugal infiltrating process, Master’s Thesis, Silesian University of Technology, 2016.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).