Tribological behaviour of textile-reinforced ceramic matrix composites

• Autorzy: Hufenbach W. , Langkamp A. , Kunze K.

Warianty tytułu

PL

Własności tribologiczne kompozytów ceramicznych o wzmocnieniu tekstylnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Fibre and textile reinforced ceramic composites with silicon carbide as matrix material are gaining increasing importance for complexly loaded structures in high-temperature and tribological applications. Besides improving the strength, the main target of the reinforcement is to increase the composite toughness. Furthermore, using an adapted reinforcement an optimized thermo-mechanical property profile and an adaptation of the tribological behaviour of the anisotropic composite can be achieved. Therefore a specific arrangement of the fibres, the matrix and the fibre matrix interface have to be developed. The objective of this paper is to present the anisotropic mechanical material properties of different fibre and textile reinforced ceramics which were experimentally determined in adapted material tests. Furthermore a detailed investigation of the tribological behaviour of ceramic composite was performed using pin-to-disk tests. The results show clearly, that the material behaviour of fibre ceramic composites is essentially depending on the production procedure. Whereas the elastic structural behaviour of C fibre reinforced SiC ceramics made by the chemical--vapour-infiltration-technique is nearly isotropic, liquid-silicon-infiltrated SiC materials show a high degree of anisotropy, which has to be principally considered within the design process of fibre ceramic structures. The tribological tests indicate that reinforced ceramics exhibit an excellent tribological behaviour with low wear rates and coefficients of friction. In further studies adapted material pairing has to be developed for tribological applications.

PL

Kompozyty ceramiczne o osnowie z węglika krzemu i wzmocnieniu włóknistym lub tekstylnym zdobywają coraz większe znaczenie w budowie struktur poddawanych złożonym stanom obciążenia w warunkach wysokiej temperatury i tarcia. Istotnym zadaniem wzmocnienia jest w tym przypadku, poza poprawą wytrzymałości, również podniesienie twardości kompozytu. Zastosowanie odpowiedniego wzmocnienia pozwala także na osiągniecie optymalnych właściwości termomechanicznych oraz wpływa na właściwości tribologiczne kompozytu anizotropowego. Wynika stąd potrzeba określenia specyficznego dla danego zastosowania układu włókien, osnowy oraz warstwy granicznej między wzmocnieniem i osnową. W artykule zaprezentowano anizotropowe właściwości mechaniczne różnych kompozytów ceramicznych o wzmocnieniu włóknistym lub tekstylnym, które zostały doświadczalnie wyznaczone w specjalnych próbkach materiałów. Przeprowadzono szczegółowe badania własności tribologicznych za pomocą testów typu "trzpień na tarczy" (pin-to-disk). Uzyskane wyniki pokazują jednoznacznie, że właściwości kompozytów ceramicznych o osnowie SiC wzmocnionych włóknami węglowymi są silnie zależne od technologii wytwarzania. Podczas gdy infiltracja metodą osadzania chemicznego powoduje uzyskanie prawie izotropowych własności sprężystych, infiltracja płynnym SiC skutkuje istotną anizotropią, która powinna być uwzględniana w projektowaniu z użyciem opisywanych materiałów. Wyniki badań tribologicznych potwierdzają również bardzo dobre właściwości tribologiczne tych materiałów - niskie zużycie i niskie współczynniki tarcia. Przedmiotem dalszych badań powinno być opracowanie par tarciowych dopasowanych do konkretnych zastosowań.

Słowa kluczowe

EN

ceramic composite; mechanical behaviour; tribological behaviour

PL

kompozyt ceramiczny; własności mechaniczne; własności tribologiczne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 2
• Strony: 17--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Hufenbach W.

• Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), 01062 Dresden, Germany

autor

Langkamp A.

• Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), 01062 Dresden, Germany

autor

Kunze K.

• Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), 01062 Dresden, Germany

Bibliografia

• [1] Hufenbach W., Kroll L., Langkamp A., Entwicklung von Simulationsmodellen zur Beurteilung des thermomechanischen Verhaltens anisotroper Faserverbundkeramiken, Zwischenbericht zum gleichnamigen DFG-Forschungsvorhaben, Technische Universität Dresden, 1996.
• [2] Haug T., C-faserverstärkte Verbundwerkstoffe auf Basis von SiC, BMBF-Symposium Materialforschung - Neue Werkstoffe, Würzburg 1994.
• [3] Langkamp A., Bruchmodebezogene Versagensmodelle von faser- und textilverstärkten Verbundwerkstoffen mit polymeren, keramischen sowie metallischen Matrices, Dissertation, Technische Universität Dresden, 2002.
• [4] Hufenbach W., Langkamp A., Entwicklung von Simulationsmodellen zur Beurteilung des thermo-mechanischen Verhaltens anisotroper Faserverbundkeramiken. Abschlussbericht zum DFG-Projekt Hu 403 / 8 - 2. Dresden, 2000.
• [5] Hufenbach W., Holste C., Simulation und Optimierung der Dämpfung von hybriden Mehrschicht-Faserverbundstrukturen zur Schwingungsreduzierung und Lärmbekämpfung, Bericht zum gleichnamigen DFG-Forschungsvorhaben, Technische Universität Dresden 1996.
• [6] Leuchs M., Mühlratzer A., Trost H.G., Faserverstärkte Keramiken für den industriellen Einsatz bis 1000°C, BMBF- -Forschungsbericht D310285, Karlsfeld 1995.
• [7] Gadow R., Die Silizierung von Kohlenstoff - Die chemische Umsetzung von Kohlenstoffen mit fluiden Siliziumspenderphasen zu Siliziumcarbid und ihre Anwendung zur Herstellung von reaktionsgebundenen Siliziumcarbid-Verbundwerkstoffen, Dissertation, Universität Karlsruhe 1993.
• [8] Langkamp A., Gude M., Zur Auslegung thermomechansich beanspruchter Hybridstrukturen aus faserverstärkten Keramiken, DGLR-Jahrestagung, Dresden 24-27.9.1997.