Zastosowanie mas lejnych do otrzymywania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu

• Autorzy: Szafran M. , Bobryk E. , Gizowska M. , Rosłoniec G. , Konopka K.

Warianty tytułu

EN

Application of slip casting method in fabrication of ceramic-metal composites with graded concentration of metallic particles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono badania nad zastosowaniem mas lejnych do otrzymywania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu. Masy lejne przygotowano z mieszaniny proszku Al2O3 i Fe, gdzie żelazo stanowiło 3% objętości mieszaniny. Zastosowanym rozpuszczalnikiem była woda destylowana. Ponadto w skład masy wchodziły spoiwo i taki układ upłynniaczy, który nadaje masie lejnej odpowiednie właściwości reologiczne. Masy lejne odlewano do form gipsowych, otrzymując kształtki o średnicy ok. 10 mm i wysokości 20 mm. Gradient stężenia cząstek metalu realizowano na dwa sposoby. Pierwszy z nich polegał na swobodnej sedymentacji cięższych cząstek żelaza pod wpływem siły ciężkości. Takie zjawisko może zajść jedynie wtedy, kiedy średnia odległość między cząstkami proszku ceramicznego w masie lejnej jest większa od średnicy cząstek metalu. Należy przy tym pamiętać, że odległości te są tym mniejsze, im mniejsza jest średnica zdyspergowanego proszku oraz im większe jest stężenie fazy stałej w zawiesinie. Przy zastosowaniu tej metody gradient stężenia cząstek metalu na wysokości kształtki otrzymano, wychodząc z masy lejnej o stężeniu fazy stałej 39,5% obj. W przypadku wymuszenia ruchu cząstek żelaza w polu magnetycznym w kierunku silnego magnesu możliwe jest uzyskanie gradientu stężenia cząstek metalu, stosując wyjściową masę lejną o stężeniu fazy stałej równej 42,6-50% obj.

EN

The main advantage of ceramic-metal composites is an increase of the fracture toughness of the brittle ceramic matrix. Functionally graded materials (FGM) in the mentioned system provides possibility to obtain material which properties such as fracture toughness, thermal, electrical conductivity etc. change as a function of distance from the surface of material. In the paper the method of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. Slip casting was chosen as a composite forming method. The gradient was obtained by means of iron particles sedimentation under gravitation force. In the samples produced from more concentrated slurries magnetic field had to be used in order to obtain a FGM. The slurry consisted of a mixture of iron and alumina powders, liquidizers, surface-active agents and binders and water as a solvent. The composites Al2O3-Fe were fabricated from the slip casting slurry containing 39.5, 42.6, 50% (by volume) solid state. Obtaining FGM by the sedimentation in the gravity force field is possible only when the distance between the dispersed particles/agglomerates is bigger then the diameter of metal particle. Otherwise magnetic field applying is indispensable. Using magnetic field leads to graded character of iron particles distribution in samples produced from more concentrated slurries. Moreover metal particles agglomerates are situated along the magnetic field lines. A fluctuation of iron particles surface in a sample produced from slurry with high solid state concentration of 50% by volume, which is desirable in ceramic technological processes, proving graded distribution of iron along the axis of the composite sample.

Słowa kluczowe

PL

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

EN

ceramic-metal composite; gradient material; slip casting

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 7, nr 3
• Strony: 126--129
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Szafran M.

autor

Bobryk E.

autor

Gizowska M.

autor

Rosłoniec G.

autor

Konopka K.

• Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Konopka K., Maj M., Kurzydłowski K.J., Studies of the effect of metal particles on te fracture toughness of ceramic matrix composites, Material Characterization 2003, 51, 335-340.
• [2] Aldridge M., Yeomans J.A., The thermal shock behaviour of ductile particle toughened alumina composites, Journal of the European Ceramic Society 1998, 19, 1769-1775.
• [3] Wejrzanowski T., Special komputer program for image analysis MicroMeter (2001).
• [4] Szafran M., Bobryk E., Konopka K., Projektowanie kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 3, 10-15.
• [5] Szafran M., Bobryk E., Konopka K., Wytwarzanie kompozytów gradientowych Al2O3-Fe metodą odlewania z mas lejnych, Kompozyty (Composites) 2006, 6, 1.
• [6] Szafran M., Konopka K., Bobryk E., Kurzydłowski K.J., Ceramic matrix compositew with gradient concetration of metal particles, Journal of the European Ceramic Society 2007, 27, 651-654.