Zwiżalność, struktura i właściwości granic rozdziału w układzie Al/Al2O3

• Autorzy: Sobczak N.

Warianty tytułu

EN

Wetting, structure and properties Al/Al2O3 interfaces

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Na podstawie danych literaturowych i badań własnych przeprowadzono analizę czynników wpływających na wiarygodność i powtarzalność wyników badań wielkości kąta zwilżania w układzie Al/AI2O3. Badania przeprowadzono metodą kropli leżącej, stosując różne procedury wytwarzania kropli (CH - próbki Al i podłoża znajdują się w kontakcie podczas nagrzewania do temperatury badań, CP - osobne nagrzewanie próbek połączone z wyciskaniem kropli metalu z kapilary w momencie osiągnięcia temperatury badań) oraz różne procedury grzania (szybkie i powolne) przed testem zwilżalności. W celu określenia właściwości mechanicznych utworzonego połączenia kropla/podłoże schłodzone próbki po badaniach zwilżalności poddawano badaniom na ścinanie według udoskonalonej procedury sposobu push-off shear test. Otrzymane wyniki dowodzą, że oddziaływanie fizykochemiczne w układzie Al/Al2O3 jest procesem złożonym, który w zależności od temperatury jest zdominowany albo przez obecność powłoki tlenkowej na kropli Al (T< 1173 K), albo przez rozpuszczanie się podłoża Al2O3 w ciekłym Al (T> 1173 K). Dla sposobu CH zwiększenie temperatury przy takim samym czasie kontaktu polepsza zarówno zwilżalność, jak i wytrzymałość na ścinanie połączeń Al/AI2O3, natomiast przy T < 1173 K decydującą rolę w kształtowaniu mechanicznych właściwości połączenia odgrywa czas kontaktu. Usuwanie powłoki tlenkowej w sposobie CP efektywnie polepsza niskotemperaturową zwilżalność, a wytrzymałość na ścinanie jest porównywalna z wytrzymałością próbek wytworzonych sposobem CH w wysokiej temperaturze. Obróbka termocykliczna zwiększa trwałość połączeń otrzymanych przy T < 1173 K, natomiast dla warunków testu zwilżalności T> 1173 K wytrzymałość na ścinanie po obróbce termocyklicznej maleje wraz ze wzrostem temperatury testu zwilżalności.

EN

The paper discusses the literature data and results of own research on wettahility in the Al/AI2O3 system. The wettability tests were curried out by the sessile drop method using different testing procedures (CH - contact heating of Al and substrate samples up to the test temperature, CP - capillary purification technique which allows the separate heating of the samples while a drop is produced by squeezing a metal through capillary directly at the test temperature) and heating procedure (fast and slow heating) before wettability test. In order to examine the mechanical properties of Al/Al2O joints the improved procedure of push-off shear test was applied on solidified sessile drop samples. The results demonstrate that among different phenomena, affecting physico-chemical interaction and resulting wetting and bonding properties in Al/Al2O3 system, the presence of oxide film on Al drop is the most important factor at T < 1173 K, while at T> 1173 K the dissolution of the substrate in molten Al becomes a leading one. For CH technique and the same contact time, increasing temperature results in improvement of both wetting and shear strength, while at T< 1173 K the contact time is responsible for mechanical properties of Al/Al2O3 interfaces. The removal of oxide film from Al drop in CP technique effectively improves low temperature wetting, resulting in high shear strength, comparable to the samples produced by CH at high temperature. Thermo-cycling improves mechanical properties of Al/Al2O3 couples produced at T< 1173 K, but for those obtained at T >1173 K the shear strength of thermo-cyeled samples decreases with increasing temperature of wettability test.

Słowa kluczowe

PL

ceramika; ceramika strukturalna; kompozyty ceramiczne; twardość; twardość Vickersa; pękanie

EN

wettability; interfaces; composites; ceramic; ceramic composites

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 3, nr 7
• Strony: 301--312
• Opis fizyczny: Bibliogr., 40 poz., wykr., rys.,

Twórcy

autor

Sobczak N.

• Instytut Odlewnictwa, Zakład Fizykochemii Metali i Stopów, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

Bibliografia

• [1] Sobczak N., Prace Instytutu Odlewnictwa, Kraków 1994, XLIV, 4, 221-238.
• [2] Sobczak N., in Interfacial Science in Ceramic Joining, eds. A. Bellosi, T. Kosmac, A.P. Tomsia, NATO ASI Series, High Technology, 1998, vol. 58, Kluwer Academic Publishers, 27-42
• [3] Young T., Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. 1805, 94, 65.
• [4] Dupré A., Theorie Mecanique de la Chaleur, Chapter IX, Actions moleculairess (suite), Gauthier-Villars, Paris 1869.
• [5] Naidich Ju.V., in Progress in Surface and Membrane Science, eds. D.A. Cadenhead, J.F. Danielli, Academic Press, NY 1981, 353-484.
• [6] Aksay I.A., Hoge C.E., Pask J.A., J. Phys. Chem. 1974, 78, 1178-1183.
• [7] Eustathopoulos N., in Proc. High Temperature Capillarity, ed. N. Eustathopoulos, Bratislava 1995, 11-17.
• [8] Weirauch D.A., in J.A. Pask, A.G. Evans (eds.), Ceramic Microsctuctures’86: Role of Interfaces, Plenum Press, New York London 1987, 329-339.
• [9] Landry K., Kalogeropoulou S., Eustathopoulos N., Mat. Sci. Eng. A 1998, A254 (1-2), 99-111.
• [10] Missol W., Energia powierzchni rozdziału faz w metalach, Wyd. Śląsk, Katowice 1975.
• [11] Laurent V., Chatain D., Chatillon M., Eustathopoulos N., Acta Metall. 1988, 36, 1797-1803.
• [12] Sobczak N., Asthana R., in Recent Research Developments in Materials Science, vol. 2 (Book series), Research Sign-post 2001, 135-160.
• [13] Sobczak N., Pietrzak K., Wojciechowski A., Radziwill W., Ksiazek M., Stobierski L., Trans. JWRI, Japan 2001, Special Issue 30, 173-178.
• [14] Saiz E., Tomsia A.P., Cannon R.M., in Ceramic Microstructure: Control at the atomic level, eds. A.P. Tomsia, A. Glaeser, Plenum Press, New York 1998, 65-82.
• [15] Chatillion C., Coudurier L., Eustathopoulos N., Mat. Sci. Forum 1977, 251-254, 701-708.
• [16] Levi G., Kaplan W.D., Acta Mater. 2002, 50, 75-88.
• [17] Coudurier L., Adorian A., Pique D., Eustathopoulos N., Rev. Int. Temper. Refract. 1984, 21, 81-93
• [18] Jung W., Song H., Park S.H., Kim D-Y., Metall. Trans. B 1996, 27B, 51-55.
• [19] Kaplan W.D., in Interfacial Science for Ceramic Joining, eds. A. Bellosi, T. Kosmak, A.P. Tomsia, NATO ASI Series, High Technology, Kluwer Academic Publishers, 1998, 58, 153-160.
• [20] John H., Hausner H., J. Mat. Sci. Lett. 1986, 5, 549-551.
• [21] John H., Hausner H., Int. J. High Tech. Ceramics 1986, 2, 73-78.
• [22] Goumir L., Joud J.C., Acta Metall. 1982, 30, 1937-1405.
• [23] Sutton W.H., Report R-64SD44, GE Space Sciences Lab., Philadelphia 1964.
• [24] Nicholas M., J. Mater. Sci. 1968, 3, 571-576.
• [25] Nicholas M., Forgan R.R., Poole D.M., J. Mater. Sci. 1968, 3, 9-14.
• [26] Nicholas M.G., Materials Science Forum 1988, 29, 127-150.
• [27] Crispin R.M., Nicholas M., J. Mater. Sci. 1976, 11, 17-21.
• [28] Dawihl W., Federmann H., Aluminium 1974, 50(9), 574-577.
• [29] Wolf S.M., Levitt A.P., Brown J., Chem. Eng. Progr. 1966, 62, 74-78.
• [30] Sobczak N., Stobierski L., Ksiażek M., Sprawozdanie końcowe projektu badawczego Nr 7 T08B 04112 pt. Stabilność i reaktywność azotków w kontakcie z ciekłymi metalami, finansowany przez KBN (1997-2000), Instytut Odlewnictwa, Kraków 2000.
• [31] Sobczak N., Asthana R., Ksiazek M., Radziwill W., Mikulowski B., Surowiak I., in State of the Art in Cast MMC's in the Next Millennium, ed. P.K. Rohatgi, TMS Publications 2000, 129-142.
• [32] Sobczak N., Ksiazek M., Radziwill W., Stobierski L., Mikulowski B., Trans. JWRI, Japan 2001, Special Issue 30, 125-130.
• [33] Sobczak N., Stobierski L., Ksiazek M., Radziwill W., Morgiel J., Mikulowski B., Trans. JWRI, Japan 2001, Special Issue 30, 39-48.
• [34] Nocopoulos P., J. Mater. Sci. 1985, 20, 3993-4000.
• [35] Ziv I., Weinberg F., Poole W.I., Scripta Mater. 1999, 40 (11), 1243-1248.
• [36] Derby B., in J.A. Pask, A.G. Evans (eds.) Ceramic Microsctuctures’86: Role of Interfaces, Plenum Press, New York and London, 1987, 319-329.
• [37] Sobczak J., Slawinski Z., Sobczak N., Darlak P., Asthana R., Rohatgi P., Thermal fatigue resistance of discontinuously reinforced cast aluminium-matrix composites, J. Mater. Eng. Perf. 2002, 11(6), 595-602.
• [38] Sobczak N., Książek M., Formanek B., Projekt badawczy Nr 7 T08B 003 20 pt. Fizykochemiczne podstawy wytwarzania kompozytów odlewanych in situ typu Al-Al2O3, finansowany przez KBN, 2000-2002.
• [39] Asthana R., Sobczak N., Wetting, adhesion, and interfacial phenomena in alumina/NiAl couples, Project INT-0002341, #9911017, realized under COBASE Program, financed by National Academy of Sciences & National Science Foundation (USA), 2001-2002.
• [40] Sobczak N., Książek M., Radziwiłł W., Sprawozdanie 8029/00 pt. Opracowanie efektywnego sposobu zwiększenia trwałości połączenia i odporności na szoki cieplne w układzie Al-tlenek glinu, Instytut Odlewnictwa, Kraków 2000.