Zastosowanie metody odlewania z mas lejnych do formowania elementów z węglika krzemu

• Autorzy: Gizowska M. , Perkowski K. , Kobus I. , Zalewska M. , Konopka G. , Witosławska I. , Osuchowski M.

Warianty tytułu

EN

Application of slip casting method for fabrication of silicon carbide parts

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem elementów z węglika krzemu metodą odlewania z mas lejnych w porowatych formach gipsowych. Do badań wybrano dwa rodzaje proszków SiC różniące się aktywatorami spiekania. Pierwszy z nich zawierał dodatek tlenku glinu i tlenku itru, a drugi dodatki nietlenkowe – bor i węgiel. Oba rodzaje proszków, mimo różniącego się składu, miały zbliżoną morfologię oraz przebieg zmienności potencjału zeta w funkcji pH. Badano właściwości reologiczne zawiesin o stężeniu fazy stałej 40, 45 i 50%obj. Dla spieków wyznaczono wybrane właściwości fizyczne (gęstość, porowatość) oraz mechaniczne (wytrzymałość na zginanie, twardość). Na podstawie badań stwierdzono, że próbki otrzymane z węglika krzemu z dodatkami tlenkowymi po spiekaniu mają gęstość względną ok. 92% i zachowują porowatość otwartą na poziomie ok. 6%. Ich wytrzymałość na zginanie nie przekracza 210 MPa, natomiast twardość mieści się w zakresie HV = 17,2–18,5 GPa. Ceramika węglikowa spiekana w obecności aktywatorów nietlenkowych charakteryzuje się lepszymi parametrami. Takie materiały w wyniku spiekania zagęszczają się powyżej 97% gęstości względnej, przy znikomej porowatości otwartej. Twardość tak otrzymanych materiałów, mieszcząca się w zakresie HV = 20,0–25,2 GPa, jest zbliżona do wartości wyznaczonych przez inne zespoły badawcze (ok. 26 GPa [1]).

EN

In the work results considering obtaining silicon carbide elements made from ceramic slurries by casting in plaster molds were presented. In the researches two kinds of silicone carbide powders differing with sintering activators were used. First one included alumina and yttrium oxide and the second one had additive of non-oxides component such as boron and carbon. Nevertheless different composition, powders have a similar morphology and zeta potential values in the pH function. To prepare ceramic slurries polyacrylic dispersing agents were used. The rheological properties were tested for slurries of volume concentration of powder as follow 40, 45, 50%. For sintered samples physical parameters (density, porosity) and mechanical parameters (flexural strength, hardness) were determined. Basing on the results of the following, obtained ceramics samples made from silicon carbide with oxides additives after sintering showed average relative density around 92%, open porosity approx. 6%, flexural strength was not higher than 210 MPa and hardness HV in the range of 17,2–18,5 GPa. Better parameters were noticed for silicon carbide ceramics obtained from slurries with non-oxides additives. Sintered samples showed better.

Słowa kluczowe

PL

masa ceramiczna; odlewanie; węglik krzemu; potencjał zeta; reologia; porowatość; wytrzymałość na zginanie

EN

ceramic slurry; slip casting; silicon carbide; zeta potential; rheology; porosity; flexural strength

• Wydawca: Wydawnictwo Instytut Śląski Sp. z o.o.
• Czasopismo: Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 9, nr 24
• Strony: 21--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Gizowska M.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

autor

Perkowski K.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

autor

Kobus I.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

autor

Zalewska M.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

autor

Konopka G.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

autor

Witosławska I.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

autor

Osuchowski M.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Warszawa

Bibliografia

• [1] Nastic A., Merati A., Bielawski M., Bolduc M., Fakolujo O., Nganbe M., Instrumented and Vickers Indentation for the Characterization of Stiffness, Hardness and Toughness of Zirconia Toughened Al2O3 and SiC Armor, „Journal of Materials Science & Technology” 2015, Vol. 31, s. 773–783.
• [2] Breede F., Hofmann S., Jain N., Jemmali R., Design, Manufacture, and Characterization of Carbon Fiber-Reinforced Silicon Carbide Nozzle Extension, „International Journal of Applied Ceramic Technology” 2016, Vol. 13, Issue 1, s. 3–16.
• [3] Reddy N.K., Mukerji J., Silicon nitride±silicon carbide refractories produced by reaction bonding, „Journal of American Ceramic Society” 1991, Vol. 74, s. 1139–1141.
• [4] Mukerji J., Reddy N.K., Properties of nitride bonded silicon carbide refractory, „Indian Journal of Technology” 1979, Vol. 17, s. 435–438.
• [5] Pochwała T., Psiuk B., Tworzywa ceramiczne z węglika krzemu otrzymywane metodą gelcasting, „Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych” 2015, nr 20, s. 58–67.
• [6] Wierzba W., Gubernat A., Zych Ł., Wyroby na bazie węglika krzemu formowane techniką odlewania, „Materiały Ceramiczne” 2014, nr 3, s. 259–265.
• [7] Candelario V.M., Nieto M.I., Guiberteau F., Moreno R., Ortiz A.L., „Aqueous colloidal processing of SiC with Y3Al5O12 liquid-phase sintering additives, „Journal of the European Ceramic Society” 2013, Vol. 33, s. 1685–1694.
• [8] Si W., Graule T.J., Baader F.H., Gauckler L.J., Direct Coagulation Casting of Silicon Carbide Components, „Journal of American Ceramic Society” 1999, Vol. 85, Issue 5, s. 1129–1136.
• [9] Sun J., Gao L., Dispersing SiC powder and improving its rheological behaviour, „Journal of the European Ceramic Society” 2001, Vol. 21, Issue 13, s. 2447–2451.
• [10] Jeong J., Li Ch., Kwon Y., Lee J., Kimc S.H., Yun R., Particle shape effect on the viscosity and thermalconductivity of ZnO nanofluids, „International Journal of Refrigeration” 2013, Vol. 36, Issue 8, s. 2233–2241.
• [11] Szafran M., Konopka K., Bobryk E., Kurzydłowski K.J., Ceramic matrix composite with gradient concentration of metal particles, „Journal of European Ceramic Society” 2007, Vol. 27, s. 651–654.
• [12] Dziubiński M., Kiljański T., Sęk J., Podstawy reologii i reometrii płynów, Politechnika Łódzka, Łódź 2009.
• [13] Shetty D.K., Rosenfield A.R., Mc Guire P., Bansal G.K., Duckworth W.H., Biaxial Flexure Test for Ceramics, „Ceramic Bulletin” 1980, Vol. 59, s. 551–553.
• [14] With G. de, Wagemans H.M., Ball-on-Ring Test Revisited, „Journal of American Ceramic Society” 1989, Vol. 72, s. 1538–1541.
• [15] Tartaj P., Reece M., Moya J.S., Electrokinetic behavior and stability of silicon carbide nanoparticulate dispersions, „Journal of American Ceramic Society” 1998, Vol. 82, Issue 2, s. 389–394.
• [16] Ramachandra R.R., Roopa H.N., Kannan T.S., Effect of pH on the dispersability of silicon carbide powders in aqueous media, „Ceramics International” 1999, Vol. 25, Issue 3, s. 223–30.
• [17] Ferreira J.M.F., Diz H.M.M., Effect of Ageing Time on Pressure Slip Casting of Silicon Carbide Bodies, „Journal of the European Ceramic Society” 1997, Vol. 17, s. 333–337.
• [18] Konsztowicz K.J., Wpływ heteroflokulacji zawiesin koloidalnych Al2O3-ZrO2 na mikrostruktury i właściwości mechaniczne ich kompozytów, Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków 2004.
• [19] Gizowska M., Szafran M., Konopka K., Projektowanie kompozytów Al2O3-Ni z wykorzystaniem pomiaru właściwości elektrokinetycznych, „Materiały Ceramiczne” 2011, nr 2, s. 273–277.
• [20] Jurzyk I., Formowanie tworzyw ceramicznych na bazie SiC metodą odlewania z mas lejnych, praca inżynierska, Wydział Chemiczny Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2015, maszynopis w posiadaniu autorów.
• [21] Cosgrove T., Colloid Science – Principles, Methods and Applications, Blackwell Publishing, Bristol 2005.
• [22] Munro R.G., Material Properties of a Sintered α-SiC, „Journal of Physical and Chemical Reference” 1997, Vol. 26, No. 5, s. 1195–1203.
• [23] Shook C.A., Roco M.C., Slurry flow: principles and practice, Butterworth-Heinemann, Boston 1991.

Uwagi

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