Surface layer structure of Al2O3-Ni graded composites depending on gypsum mold porosity

• Autorzy: Zygmuntowicz J. , Miazga A. , Konopka K. , Kaszuwara W.

Warianty tytułu

PL

Budowa warstwy wierzchniej gradientowych kompozytów Al2O3-Ni w zależności od porowatości form gipsowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the influence of gypsum mold porosity as one of the process parameters allowing change in the gradient microstructure of composites obtained by centrifugal slip casting (CSC). This method combines the effects of slip casting and centrifugation. Composites made by centrifugal slip casting have the shape of hollow cylinders. Three types of gypsum molds with different porosity were used in the experiment. Alumina matrix graded composites with nickel particles were investigated. Slurries with a 45 vol.% solid content were consolidated using centrifugation at 1700 rpm. The composite properties were characterized using X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Selected physical properties of the sintered specimens were measured by the Archimedes method. Applying a reductive atmosphere (H2/N2) during sintering averted the formation of NiAl2O4. The research showed that the use of different gypsum molds has an influence on the microstructure of Al2O3-Ni composites. The presented results revealed that with an increase in gypsum mold porosity, the width of the zone with nickel particles in the composites increases. It was found that the maximum width of the zone with the metal particles was obtained by the composites produced using the gypsum mold with the highest porosity.

PL

Przedstawiono wpływ porowatości formy gipsowej jako jeden z parametrów procesu umożliwiający zmianę mikrostruktury gradientowej kompozytów otrzymanych w wyniku odlewania odśrodkowego mas lejnych. Metoda ta łączy w sobie odlewanie mas lejnych z działaniem siły odśrodkowej. Kompozyty wytwarzane metodą odlewania odśrodkowego mas lejnych charakteryzują się cylindrycznym kształtem. W eksperymencie do wytworzenia kompozytów zastosowano trzy rodzaje form gipsowych, różniące się między sobą porowatością. Zostały zbadane kompozyty o osnowie Al2O3 z cząstkami Ni. Zawiesiny o zawartości 45% obj. fazy stałej zostały skonsolidowane w procesie odlewania odśrodkowego przy prędkości 1700 obrotów na minutę. Kompozyty scharakteryzowano za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. Wybrane właściwości fizyczne spieków zostały wyznaczone za pomocą metody Archimedesa. Zastosowanie atmosfery redukującej (H2/N2) podczas procesu spiekania prowadzi do uniknięcia pojawienia się fazy NiAl2O4. Badania wykazały, że zastosowanie różnych form gipsowych ma wpływ na mikrostrukturę kompozytów Al2O3-Ni, a w szczególności na grubość warstwy wierzchniej. Przedstawione wyniki wskazują, że wraz ze wzrostem porowatości formy gipsowej zwiększa się szerokość strefy zawierającej cząstki niklu w kompozytach. Stwierdzono, że kompozyt charakteryzujący się maksymalną szerokość strefy zawierającej cząstki metalu wytworzono przy użyciu formy gipsowej o najwyższej porowatości.

Słowa kluczowe

EN

centrifugal slip casting; Al2O3-Ni; gypsum mold; microstructure

PL

odlewanie odśrodkowe mas lejnych; Al2O3-Ni; forma gipsowa; mikrostruktura

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 17, nr 1
• Strony: 37--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zygmuntowicz J.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Miazga A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Konopka K.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Kaszuwara W.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Kieback B., Neubrand A., Riedel H., Processing techniques for functionally graded materials, Mater. Sci. Eng. A 2003, 362, 81-105.
• [2] Aboudi J., Pindera M.J., Arnold S.M., Higher-order theory for functionally graded materials, Composites Part B 1999, 30, 777-832.
• [3] He Z., Ma J., Tan G.E.B., Fabrication and characteristics of alumina-iron functionally graded materials, Journal of Alloys and Compounds 2009, 486, 815-818.
• [4] El-Wazery M.S., El-Desouky A.R., A review on functionally graded ceramic-metal materials, Journal of Materials and Environmental Science 2015, 6, 1369-1376.
• [5] Jabbari M., Bulatova R., Tok A.I.Y., Bahl C.R.H., Mitsoulis E., Hattel J.H., Ceramic tape casting: A review of current methods and trends with emphasis on rheological behavior and flow analysis, Mater. Sci. Eng. A 2016, 212, 39-61.
• [6] Szafran M., Bobryk E., Gizowska M., Rosłoniec G., Konopka K., Application of slip casting method in fabrication of ceramic-metal composites with graded concentration of metallic particles, Composites Theory and Practice 2007, 7, 126-129.
• [7] Zygmuntowicz J., Miazga A., Konopka K., Kaszuwara W., Szafran M., Forming graded microstructure of Al2O3-Ni composite by centrifugal slip casting, Composites Theory and Practice 2015, 15(1), 44-47.
• [8] Zygmuntowicz J., Miazga A., Konopka K., Jedrysiak K., Kaszuwara W., Alumina matrix ceramic-nickel composites formed by centrifugal slip casting, Processing and Application of Ceramics 2015, 9, 199-202.
• [9] Tuan W.H., Lin M.C., Reaction sintering of Al2O3/NiAl2O4 composites, J. Mater. Sci. Lett. 1996, 15, 735–7.
• [10] Tuan W.H., Wu H.H., Chen R.Z., Effect of sintering atmosphere on the mechanical properties of Ni/Al2O3 composites, J. Eur. Ceram. Soc. 1997, 17, 735-41.
• [11] Zygmuntowicz J., Wiecińska P., Miazga A., Konopka K., Characterization of composites containing NiAl2O4 spinel phase from Al2O3/NiO and Al2O3/Ni systems, J. Therm. Anal. Calorim. 2016, 125, 1079-1089.

Uwagi

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