Zastosowanie kompozytowego mieszadła SiC/C w układach mieszania zawiesin

• Autorzy: Dolata-Grosz A. , Hufenbach W. , Śleziona J. , Gude M. , Czulak A.

Warianty tytułu

EN

Application of SiC/ C composite stirrer in suspension mixing system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Główny cel podjętych badań, przedstawionych w artykule, dotyczył zaprojektowania, wykonania i weryfikacji technologicznej mieszadła z włókien węglowych i ceramicznej osnowy (SiC) w zastosowaniu do wytwarzania zawiesin kompozytowych. Założono, że zalety włóknistych kompozytów o osnowie ceramicznej, takie jak: odporność na oddziaływania cieplne, mechaniczne i chemiczne, poprawią trwałość mieszadła w stosunku do dotychczas stosowanych rozwiązań konstrukcyjnych (metal, grafit). Projekt mieszadła (2D i 3D) wykonano w programie Solid Works. Analizę stanu naprężeń łopatki wraz z fragmentem osi kompozytowej wykonano metodą elementów skończonych (MES). Do wytworzenia poszczególnych elementów mieszadła zastosowano metody nawijania, laminowania ręcznego, a następnie technologię infiltracji i pirolizy polimerowo-ceramicznym prekursorem (PIP). Testy laboratoryjne zaprojektowanego i wykonanego w ILK (TU Dresden) kompozytowego mieszadła w układzie SiC/C potwierdziły założenia projektowe dotyczące jego odporności cieplnej, mechanicznej i chemicznej. Badania zrealizowano w ramach współpracy polsko-niemieckiej pomiędzy Instytutem Konstrukcji Lekkich i Technologii Polimerowych w TU Dresden a Katedrą Technologii Stopów Metali i Kompozytów w Politechnice Śląskiej.

EN

Among the factors that have a considerable influence on the quality of metal composites reinforced with ceramic particles or short fibre, obtained via liquid-phase technologies, the most significant one is the quality of the composite suspension intended for casting. Its quality is determined by such factors as: the degree of gassing, a uniform reinforcing phase distribution and absence of chemical or solid impurities. In a mechanical stirring process, the quality of the mixture depends on a number of elements, the most important ones including the thermodynamic conditions (stable temperature and process pressure), physiochemical conditions (furnace atmosphere, chemical composition of the metal bath and reinforcing phase), and mechanical conditions (whirling speed, vortex shape and limitation of flow turbulence, and proper distribution of the reinforcing phase), the latter being the most difficult to implement and maintain their repeatability. The type of stirrer used in the process is responsible for the overall mechanical conditions. Its shape, durability and chemical resistance determine, to a large degree, the quality of the composite mixture obtained. In article were presented assumptions and choose results of investigations connected with material selection and technology production of prototype's ceramic stirrer with destination to work in environment of liquid metal. Main aim of undertake investigations concerned designing, realization and technological verification of carbon fibres and ceramic matrix (SiC) stirrer used to production of composite suspensions. It was made an assumption that advantages of fibres composites with ceramic matrix, such as: thermal, mechanical and chemical will increase durability of stirrer in comparison with so far constructional solutions applied (metal, graphite). Project of stirrer (2D and 3D) was made in Solid Works programme. State of tensions analysis in blade with part of composites axis was executed with Finished Elements Method (MES). To producing of each elements of stirrer methods the winding, hand laminating and then polymer infiltration and pyrolysis technique, (PIP) were applied. Further laboratory tests of the SiC/C composite stirrer, designed and developed in the ILK (TU Dresden) have confirmed rightness of the design, assumptions regarding the thermal, mechanical and chemical resistance of the stirrer. Investigation was made within the confines of German-Polish cooperation between Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology in TU Dresden and Department of Alloys and Composite Materials Technology in the Silesian University of Technology.

Słowa kluczowe

PL

CMC; mieszadło SiC/C; zawiesina; właściwości

EN

CMC; SiC/C stirrer; suspension; properties

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 4
• Strony: 373--379
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dolata-Grosz A.

autor

Hufenbach W.

autor

Śleziona J.

autor

Gude M.

autor

Czulak A.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice,

Bibliografia

• [1] Dolata-Grosz A., Hufenbach W., Śleziona J., Czulak A., Gude M., Dyzia M., Wieczorek J., Ocena możliwości wy-konania mieszadła kompozytowego (CMC), do zastosowań w technologii zawiesinowej - projekt finansowany przez fundację: Herbert Quandt - Stiftung, Kompozyty (Composites) 2008.
• [2] Śleziona J., Wieczorek J., Dolata-Grosz A., Wpływ procesu odgazowania na strukturę kompozytów aluminiowych zawierających cząstki węgla szklistego i węglika krzemu, Inżynieria Materiałowa 2006, 3(151), 665-667.
• [3] Dolata-Grosz A., Wieczorek J., Śleziona J., Dyzia M., Możliwości wykorzystania technik próżniowych do podnoszenia jakości zawiesin kompozytowych, Archiwum Odlewnictwa 2006, 6, 18(1/2), 285-290.
• [4] Naher S., Brabazon D., Looney L., Simulation of the stir casting process, Journal of Materials Processing Technology 2003, 143-144, 567-571.
• [5] Hashim J., Looney L., Hashmi M.S.J., Metal matrix compo-sites: production by the stir casting method, Journal of Materials Processing Technology 1999, 92-93, 1-7.
• [6] Śleziona J., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Wieczorek J., Ba-dania własne, niepublikowane.
• [7] Kok M., Production and mechanical properties of Al2O3 particle-reinforced 2024 aluminium alloy composites, Journal of Materials Processing Technology 2005, 161, 381-387.
• [8] Hufenbach W., Weimann C., Richter H., Langkamp A., Behnisch T., Development of textile reinforced CMC lightweight modules for high performance automotive damping systems, Revue, Interceram 2007, 56, 2, 92-97.
• [9] Stręk F., Mieszanie i mieszalniki, WNT, Warszawa 1981.
• [10] Błażejewski W., Hufenbach W., Czulak A., Böhm R., Wytwarzanie i badanie kompozytowych próbek rurowych wzmocnionych włóknem szklanym, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 4, 67-71.
• [11] Ziegler G., Richter I., Suttor D., Fiber-reinforced compo-sites with polymer-derived matrix: processing, matrix formation and properties, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 1999, 30, 4, 411-417.
• [12] Siwiec G., Botor J., The surface tension determination through the estimation of the parameters of the sessile drop equation, Archives of Metallurgy 2003, 48, (2).
• [13] Sobczak N., Zwilżalność, struktura i właściwości granic rozdziału w układzie Al/Al2O3, Kompozyty (Composites) 2003, 3, 7, 301-312.