Wytwarzanie kompozytów gradientowych Al2O3-Fe metodą odlewania z mas lejnych

• Autorzy: Konopka K. , Szafran M. , Bobryk E.

Warianty tytułu

EN

Fabrication of Al2O3-Fe gradient composites by slip casting method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono metodę wytwarzania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu z wykorzystaniem metody odlewania z mas lejnych. Metoda ta polega na odpowiednim przygotowaniu ceramicznej masy lejnej składającej się z rozpuszczalnika, upłynniacza, spoiwa oraz proszku ceramicznego i proszku metalu. W pracy przedstawiono sposób dobierania mas lejnych, sposób wymuszenia gradientu pod wpływem siły ciężkości, a także pola magnetycznego (rys. 1). Wytworzono i zbadano kompozyty Al2O3-Fe z masy lejnej o stężeniu fazy stałej 40 i 50% i o zawartości Fe 5% obj. w stosunku do tlenku glinu. Sedymentacja cząstek metalu o gęstości znacznie wyższej od gęstości proszku ceramicznego pod wpływem siły ciężkości może zachodzić tylko wówczas, gdy odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego w ceramicznej masie lejnej są większe od średnicy cząstek metalu. W przypadku gdy rozmiar cząstek metalu jest porównywalny lub większy od odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego, rozmieszczenie cząstek żelaza w kompozycie jest równomierne (rys. 2). Gradient stężenia cząstek metalu może być wymuszony, gdy zastosuje się odlewanie w obecności magnesu umieszczonego pod formą gipsową. Pole magnetyczne powoduje ruch cząstek żelaza w kierunku magnesu (rys. 3). W kompozytach stwierdzono aglomeraty cząstek Fe (rys. 4).

EN

The principal advantage of ceramic-metal composites is an increase of the resistance to brittle fracture compared to that of the ceramic matrix. Functionally gradient composites is the special kind of composites because the variation of the percent content of the metallic phase in ceramic matrix allow to change the fracture toughness as a function of the distance from the surface of material. Moreover, it is possible to modify its electric, thermal and magnetic properties. In the paper the way of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. As a method of composites fabrication the slip casting method was chosen. The process of metal particles sedimentation under gravitation force and magnetic field (Fig. 1) was used to achieve the gradient concentration of metal particles. In slip casting method the mixture of powders with addition of liquidizers, surface-active agents and binders is used. The proper selection of components in slip casting mass is crucial for obtaining the material, especially composites in which powders with different density are mixed. In the paper the way of preparing of slip casting mass is discussed. The AlaOj-Fe composites were fabricated from the slip casting mass containing 40 and 50 vol.% of solid phase (volume % of Fe equal to 5). The mkrostructure of composites were characterized by optical microscope and scanning electron microscope. Process of metal particles with higher density than the density of ceramic powder sedimentation under gravity force is possible when the distance between the ceramic powder particles are bigger than the size of metal particles. When the size of metal particles is equal or higher than the distance between the Al2O3 particles the distribution of Fe particle is uniform as it is shown in Figure 2. Magnetic force leads to gradient concentration of metal particles according to the schema presented in Figure 1, moreover the metal particles are situated along the line of magnetic field (Fig. 3). In the composites the Fe particles make agglomerates (Fig. 4).

Słowa kluczowe

PL

kompozyt ceramika-metal; materiał gradientowy; odlewanie; masa lejna

EN

ceramic-metal composites; gradient material; slip casting

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 6, nr 1
• Strony: 57--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 3 poz., rys.

Twórcy

autor

Konopka K.

autor

Szafran M.

autor

Bobryk E.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141,02-507 Warszawa; Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warszawa

Bibliografia

• [1] Kawasaki A., Watanabe R., Effect of gradient microstructure on thermal shock crack extension in metal/ceramic function-ally graded materials, Proc. 4th International Symposium on Functionally Graded Materials, Tsukuba, Japan, 21-21 October 1996, 143.
• [2] Szafran M., Bobryk E., Konopka K., Projektowanie kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 3, 10-15.
• [3] Szafran M., Konopka K., Bobryk E., Kurzydłowski K.J., Ceramic matrix composites with gradient concentration of metal particles, IX Conference & Exhibition of the European Ceramic Society, 19-23 June 2005, Portoroż, Slovenia.