Kompozyty zbrojone fazami międzymetalicznymi wytwarzane metodą in situ z wykorzystaniem FeO x TiO2

• Autorzy: Śleziona J. , Dyzia M. , Wieczorek J.

Warianty tytułu

EN

Composites reinforced with intermetallic particles produced by in situ method using FeO x TiO2

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompozyty wytwarzane metodą in situ o osnowie aluminium stanowią nową grupę materiałów. Metody ich wytwarzania oparte są na wykorzystaniu reakcji aluminotermicznej zachodzącej pomiędzy aluminium i tlenkami metali. W pracy przedstawiono nową koncepcje technologiczną polegającą na wytworzeniu zawiesiny cząstek złożonego tlenku żelazotytanu--ilmenitu (FeO x TiO2) w ciekłym aluminium metodą mechanicznego mieszania. Parametry prowadzenia procesu syntezy ustalono w oparciu o wyniki badań termograwimetrycznych (rys. 2), które wykazały, że dla zastosowanego układu proces syntezy kompozytu można realizować w warunkach reakcji dyfuzyjnej i chemicznej. Skład kompozytu ustalono na podstawie obliczeń termodynamicznych, które wykazały, że dla warunków umożliwiających wytworzenie zawiesiny optymalny udział cząstek ilmenitu w stosunku do aluminium wynosi co najmniej 1:8 (udziały molowe) (rys. 1). Dla ustalonych warunków przeprowadzono proces syntezy kompozytu, w wyniku którego otrzymano kompozyt o składzie fazowym AI3Ti, Al3Fe, Al2O3} (rys. 6). Efekty realizacji procesu wytwarzania kompozytów na poszczególnych stadiach zilustrowano strukturami materiału (rys. rys. 3-5). Rysunek 3 pokazuje strukturę ilmenitu w osnowie aluminium bezpośrednio po procesie wytworzenia zawiesiny, rysunek 4 - strukturę po procesie wygrzewania w temperaturze 900°C (proces dyfuzyjny), a rysunek 5 - po dodatkowym procesie syntezy w temperaturze powyżej 1000°C. Po tych stadiach realizacji technologii materiały nie różnią się pod względem składu fazowego, jednakże morfologia faz jest różna. Korzystną morfologię faz otrzymuje się po procesie syntezy w 1000°C, gdyż synteza kompozytu w niższej temperaturze prowadzi do tworzenia skupisk faz międzymetalicznych i cząstek tlenku glinu w obszarze pierwotnie zajmowanym przez ilmenit.

EN

Composites obtained by in situ method are new group of materials. Their method of producing basis on the alumino-thermal reaction becomes between aluminium and metal oxides. The new technological concept consists of production of ceramics suspension of ilmenite powders in liquid aluminium by stirring method, and in the next step high temperature synthesis in this paper nas been shown. Parameters of high temperatures synthesis established basis on the results of thermo-gravimetrical research (Fig. 2). For applied system metal-oxide the synthesis of composite may be realized in diffusion and chemical reaction of condition. Constitution of composite has been determined on the results of thermodynamic calculation which show for condition make possible creation of suspension the optimal fraction of ilmenite particles in liquid aluminium minimum 1:8 (mole fraction) (Fig. 1). For settle condition the synthesis of composites has been made. In composite the Al3Ti, Al3Fe and Al2O3 phases has been obtained (Fig. 6). The structure of composite for each step of technology has been investigated (Figs. 3-5). Figurę 3 illustrates structure of ilmenite in aluminium matris after stirring process. Figure 4 illustrates structure of composite after treatment at 900°C (diffusion process) and Figure 5 after additionally process of synthesis above 1000°C. The phase constitution of composites after these technological treatments is similar, but phase morphology is different. Preferable morphology of composites gives synthesis at 1000°C. Synthesis of composites in Iow temperatures led to creation of agglomeration of intermetallic phases and particles of alumina in primary areas of ilmenite.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt in situ; metoda mieszania; aluminium; ilmenit; synteza wysokotemperaturowa; faza międzymetaliczna

EN

aluminium; in situ composites; stirring method; ilmenite; high-temperature synthesis; intermetallic particles

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 3, nr 8
• Strony: 402--406
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Śleziona J.

• Politechnika Śląska, Zakład Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

autor

Dyzia M.

• Politechnika Śląska, Zakład Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

autor

Wieczorek J.

• Politechnika Śląska, Zakład Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice

Bibliografia

• [1] Barbbier F., Ambroise M.H., In situ process for producing aluminum matrix composites containing inter metallic materials, Journal of Materials Science Letters 1995, 14, 457-459
• [2] Gupta M., Surappa M.K., Processing microstructure mechanical properties of Al base metal matrix composites syntethyzied using casting route, Rew. Engineering Materials 1995, 104-107, 1, 259-274.
• [3] Ljakishlew N.P., Pliner Ju.L., Ignatenko G.F., Lappo S.I., Aluminotermia, Metallurgia, Moskwa 1978.
• [4] Froyen L., In situ processing of MMCs end of the wetting problems? Transactions of Japan Welding Research Institute, 30 (2001) Special Issue, Proceedings of HTC-2000.
• [5] Feng C.F., Froyen L., Formation of Al3Ti and Al2O3 from an Al-TiO2 system for preparing in situ aluminum matrix composites, Composites A 2000, 31, 385-390.
• [6] Tjong S.C., Ma Z.Y., Microstructural and mechanical characteristics of in situ metal matrix composites, Mat. Sci. and Engineering 2000, 29, 49-113.
• [7] Ghomashchi M.R., Fabrication of near net-shaped Al-based intermetallics matrix composites, Journal of Materials Processing Technology 2001, 112, 227-235.
• [8] Chen G., Sun G., Zhu Z., Study on reaction-processed Al-Cu/α-Al2O3(p) composites, Materials Science and Engineering 1999, A265, 197-201.
• [9] Bolewski A., Mineralogia szczegółowa, WG, Warszawa 1965.
• [10] Barin I., Knacke O., Thermo-chemical properties of inorganic substances, Springler-Verlag, Berlin, Heildelberg, New York 1973.
• [11] Śleziona J., Kształtowanie właściwości kompozytów stop aluminium cząstki ceramiczne wytwarzanych metodami odlewniczymi, Zeszyty Naukowe Politechniki Śl., Hutnictwo 47, Gliwice 1994.