Gęstość i moduł Younga kompozytów otrzymanych metodą odlewania z mas lejnych

• Autorzy: Gizowska M. , Szafran M. , Wasilewski Ł. , Konopka K.

Warianty tytułu

EN

Density and Young modulus of Al2/O3-Ni composites obtained via slip casting method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zapotrzebowanie na tworzywa ceramiczne znacznie wzrosło w ciągu ostatnich lat ze względu na niepowtarzalne właściwości ceramiki, niemożliwe do osiągnięcia przy zastosowaniu innych materiałów. Do korzystnych właściwości ceramiki można zaliczyć dużą twardość, sztywność, odporność na ścieranie oraz niską gęstość. Jednak kruchość tych materiałów ogranicza obszar ich zastosowania. W celu wyeliminowania tej wady można wprowadzać do fazy ceramicznej plastyczną fazę metaliczną. W artykule przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem kompozytów o osnowie z tlenku glinu z rozproszonymi cząstkami niklu metodą odlewania z mas lejnych w porowatych formach gipsowych. Masy lejne otrzymywano, stosując tlenek glinu (proszek [alfa]-Al2O3, Almatis A16SG; o średniej wielkości ziarna 0,4 žm i gęstości 3,926 g/cm3) oraz proszek metalicznego niklu (Aldrich; o średniej wielkości ziarna 2,13 žm i gęstości 8,9 g/cm3). Wartość pH mas lejnych dobierano tak, aby ładunki podwójnej warstwy elektrycznej poszczególnych proszków były różne, co prowadzi do elektrostatycznego przyciągania cząstek ceramicznych i metalu (tzw. efekt heteroflokulacji). Dzięki temu zjawisku kompozyt charakteryzuje się równomierną dystrybucją cząstek metalu w osnowie ceramicznej. Podstawowym warunkiem koniecznym do otrzymania dobrej jakości materiału ceramicznego jest jego dobre zagęszczenie przed procesem spiekania. Wstępnie zagęszczony proszek, czy mieszanina proszków, po procesie formowania ulega konsolidacji podczas spiekania. Badano wpływ stopnia deaglomeracji zawiesin oraz warunków spiekania na zagęszczenie i wybrane właściwości kompozytów Al2O3-Ni - moduł Younga. Z obserwacji mikrostruktury przekrojów spieczonych kształtek kompozytowych wynika, że pomimo zastosowania ultradźwięków proszek niklu nie zawsze ulega całkowitej deaglomeracji. W osnowie ceramicznej widoczne są wówczas nieliczne duże cząstki niklu powstałe w wyniku stopienia ziaren niklu w aglomeracie podczas procesu spiekania.

EN

In the article preliminary results concerning fabrication technology and properties of Al2O3-Ni composite obtained by slip casting method are presented. Beside the mixture of ceramic ([alpha]-Al2O3 powder of average particle diameter 0.4 žm and density of 3.926 g/cm3) and metallic m and density of 8.9?(nickel powder of average particle diameter 2.13 g/cm3) powders slurry included binder (poly(vinyl alcohol) introduced into slurry as water-based solution), solvent (distilled water; liquid medium within particles were dispersed) and a composition of deflocculants (citric acid and diammonium citrate). The pH value of slurry was controlled so that double layer of ceramic and metallic powders were of different charge and heteroflocculation takes place (there is an electrostatic attraction of particles of different charge). This effect can guarantee homogeneous distribution in Al2O3-Ni composites obtained via slip casting method. Good powder consolidation is crucial in ceramic and ceramic matrix composites fabrication rout. Preliminarily consolidated powder or powder mixture is subsequently consolidated in sintering process. Influence of deagglomeration of slurry and sintering procedure on powder consolidation and Young modulus was investigated. Subjecting slurries based on alumina and nickel powder mixture to ultrasound deagglomeration process contributed to higher green density and reduced linear sintering shrinkage, whereas it didn't destroy nickel agglomerates. Observations carried out by means of scanning electron microscope proved that composite show closed porosity. Large pores are placed by nickel agglomerates (melt during sintering process).Young modulus parameter was measured for Al2O3-Ni composite (that exhibited the highest density) and Al2O3 material (fabricated in the same conditions) which are as follows: 370 GPa for composite and 390 GPa for ceramic material. Materials show minor difference in Young modulus parameter value.

Słowa kluczowe

PL

masa lejna ceramiczna; kompozyt ceramika-metal; Al2O3-Ni

EN

ceramic slurry; ceramic-metal composite; Al2O3-Ni

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 4
• Strony: 390--395
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Gizowska M.

autor

Szafran M.

autor

Wasilewski Ł.

autor

Konopka K.

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

Bibliografia

• [1] Ryshkewitch E., Oxide ceramics, Academic Press, New York, London 1960.
• [2] Konopka K., Maj K., Kurzydłowski K.J., Studies of the effect of metal particles on the fracture toughness of ceramic matrix composites, Materials Characterisation 2003, 51, 335-340.
• [3] Konopka K., Oziębło A., Microstructure and the fracture toughness of the Al2O3-Fe composites, Material Characterization, 2001, 46, 125-129.
• [4] Diaz M., Bartolome J.F., Requena J., Moya J.S., Wet processing of mullite/molybdenum composites, Journal of the European Ceramic Society 2000, 20, 1907-1914.
• [5] Moya J.S., Lopez-Esteban S., Pecharroman C., The challenge of ceramic/metal microcomposites and nanocomposites, Progress in Materials Science 2007, 52, 1017-1090.
• [6] Isobe T., Daimon K., Ito K., Matsubara T., Hikichi Y., Ota T., Preparation and properties of Al2O3/Ni composite frim NiAl2O4 spinel by in situ reaction sintering method, Ceramics International 2007, 33, 1211-1215.
• [7] Szafran M., Konopka K., Bobryk E., Kurzydłowski K.J., Ceramic matrix composite with gradient concentration of metal particles, Journal of the European Ceramic Society 2007, 27, 651-654.
• [8] Szafran M., Konopka K., Bobryk E., Wasilewski Ł., Kompozyty ceramika-metal otrzymywane z wykorzystaniem ceramicznych mas lejnych, Kompozyty 2008, 1, 53-58.
• [9] Pampuch R., Haberko K., Kordek M., Nauka o procesach ceramicznych, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa 1992.
• [10] Kucharska L., Reologiczne i fizykochemiczne podstawy procesów ceramicznych, Oficyna Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1976.
• [11] Hernandez N., Sanchez-Herencia A.J., Moreno R., Forming of nickel compacts by a colloidal filtration route, Acta Materialia, 2005, 53, 919-925.
• [12] Konsztowicz K.J., Wpływ heteroflikulacji zawiesin koloidalnych Al2O3-ZrO2 na mikrostruktury i właściwości mechaniczne ich kompozytów, Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków 2004.
• [13] Xudong Su, Yeomans J., Microstructure and fracture tough-ness of nickel particle toughened alumina matrix composites, Journal of Material Science 1996, 13, 875-880.