Fabrication of Al2O3-Ni graded composites by centrifugal casting in an ultracentrifuge

• Autorzy: Zygmuntowicz J. , Zielant D. , Suchecki P. , Konopka K. , Kaszuwara W.

Warianty tytułu

PL

Otrzymywanie kompozytów gradientowych Al2O3-Ni w wyniku odlewania odśrodkowego w wirówce wysokoobrotowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work explored the possibility of producing Al2O3-Ni gradient composites using non-absorbent molds in a high-speed centrifuge. As a result of the centrifugal force, the mass was compacted and the solvent was separated from the solid part. The influence of rotational speed and the change in the solid phase content in the slurry on the obtained microstructure of the composites was investigated. The produced composites were characterized on the basis of macroscopic observations of the obtained samples immediately after the casting process (green body) and after the sintering process. To determine the gradient of the metallic phase, the observations were made on cross sections of the samples. Densification of the sinters was determined by the Archimedes method. The obtained results showed that using an appropriate correlation of technological parameters, i.e. rotational speed and solid phase content in the slurry, enables the fabrication of Al2O3-Ni composites with a microstructure gradient by the centrifugal casting method using non-absorbent forms. It was found that with an increase in the solid phase content in the mass, a clear boundary is formed which separates the area containing only ceramic (Al2O3) and metallic (Ni) particles.

PL

W ramach pracy zbadano możliwość wytwarzania kompozytów gradientowych Al2O3-Ni z zastosowaniem form nienasiąkliwych. W tym celu zastosowano wirówkę wysokoobrotową. W wyniku działania siły odśrodkowej nastąpiło zagęszczenie masy poprzez odseparowanie rozpuszczalnika od części stałej. Zbadano wpływ prędkości obrotowej oraz zmianę zawartości fazy stałej w masie lejnej na uzyskaną mikrostrukturę kompozytów. Wytworzone kompozyty scharakteryzowano na podstawie obserwacji makroskopowych uzyskanych próbek bezpośrednio po procesie odlewania, jak również po procesie spiekania. Przeprowadzono obserwacje wzdłuż przekroju poprzecznego próbek w celu określenia gradientu rozmieszczenia fazy metalicznej. Zagęszczenie spieków oceniono poprzez pomiar gęstości metodą Archimedesa. Uzyskane rezultaty pokazały, że zastosowanie odpowiedniej kombinacji parametrów technologicznych, tj. szybkości obrotowej oraz zawartości fazy stałej w masie lejnej, umożliwia wytworzenie metodą odlewania odśrodkowego, przy użyciu form nienasiąkliwych, kompozytów Al2O3-Ni z gradientem mikrostruktury. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości fazy stałej w masie lejnej powstaje wyraźna granica rozdzielająca obszar zawierający cząstki ceramiczne (Al2O3) oraz metaliczne (Ni).

Słowa kluczowe

EN

ultracentrifuge; ceramic-metal composites; functionally graded material; FGM; Al2O3-Ni

PL

wirówka wysokoobrotowa; kompozyty ceramika-metal; materiały z gradientem funkcjonalnym; Al2O3-Ni

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 18, nr 3
• Strony: 174--179
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 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

Zielant D.

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

autor

Suchecki P.

• 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] Boczkowska A., Krzesiński G., Kompozyty i techniki ich wytwarzania, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2016.
• [2] Miazga A., Konopka K., Gizowska M., Szafran M., Alumina matrix ceramic-nickel composites formed by gel-casting method, Composites Theory and Practice 2012, 2, 138-141.
• [3] Ilschner B., Structural and compositional gradients: basic idea, preparation, applications, Journal de Physique IV Colloque 1993, 3, C7, 763-772.
• [4] Naebe M., Shirvanimoghaddam K., Functionally graded materials: A review of fabrication and properties, App. Mater. Today 2016, 5, 223-245.
• [5] Zygmuntowicz J., Miazga A., Wiecińska P., Kaszuwara W., Konopka K., Szafran M., Combined centrifugal-slip casting method used for preparation Al2O3-Ni functionally graded composites, Composites Part B-Engineering 2018, 141, 158-163.
• [6] Zygmuntowicz J., Wiecińska P., Miazga A., Konopka K., Kaszuwara W., Al2O3/Ni functionally graded materials (FGM) obtained by centrifugal-slip casting method, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2017, 130 (1), 123-130.
• [7] Zygmuntowicz J., Miazga A., Konopka K., Kaszuwara W., Fabrication of graded alumina-nickel composites by centrufugal slip casting, Composites, Theory and Practice 2016, 16(1), 3-7.
• [8] Omatete O.O., Janney M.A., Nunn S.D., Gelcasting: from laboratory development toward industrial production, J. Eur. Ceram. Soc. 1997, 17, 407-413.
• [9] Szafran M., Bednarek P., Jach D., Formowanie tworzyw ceramicznych metodą "gelcasting", Materiały Ceramiczne 2007, 1, 17-25.
• [10] Szafran M., Wiecinska P., Szudarska A., Mizerski T., New multifunctional compounds in gelcasting process - introduction to their synthesis and application, J. Aust. Ceram. Soc. 2013, 49 (1), 1-6.
• [11] Liu R., Li Y., Wanga Ch. A., Tie S., Fabrication of porous alumina-zirconia ceramics by gel-casting and infiltration methods, Materials & Design 2014, 63, 1-5.
• [12] Yunfeng G., Liu X., Meng G., Peng D., Porous YSZ ceramics by water-based gelcasting, Ceram. Int. 1999, 25, 705-709.
• [13] Chen H., Shimai S., Zhao J., Di Z., Mao X., Zhang J., Liu J., Zhou G., Wang S., Pressure filtration assisted gel casting in translucent alumina ceramics fabrication, Ceram. Int. 2018, 44(14), 16572-16576.
• [14] Zhang L., Yao Q., Yuan Z., Jiang Z., Gu L., Sun B., Shao C., Zhou T., Bu W., Wang Y., Chen H., Ammonium citrate assisted surface modification and gel casting of YAG transparent ceramics, Ceram. Int. 2018 (in press).
• [15] Chang J.C., Velamakanni B.V., Lunge F.F., Pearson D.S., Centrifugal Consolidation of A12O3 and Al2O3/ZrO2 composite slurries vs interparticle potentials: particle packing and mass segregation, J. Am. Ceram. Soc. 1991, 74(9), 2201-2204.
• [16] Trunec M., Misak J., Consolidation of nanoparticle suspensions by centrifugation in non-porous moulds, Ceram. Inter. 2014, 40, 7775-7782.
• [17] Suzuki H.Y., Kuroki H., Net shape formation of sub-micron alumina with reduced flaws by high-speed centrifugal compaction process, Metal and Mater. Inter. 2004, 10, 185-191.
• [18] Lewis J.A., Colloidal processing of ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 2000, 83, 2341-2359.
• [19] Sigmund W.M., Bell N.S., Bergstrom L., Novel powderprocessing methods for advanced ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 2000, 83, 1557-1574.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).