Projektowanie tworzyw z gradientem rozmieszczenia faz otrzymywanych metodą zagęszczania w ultrawirówce

• Autorzy: Rozmus M. , Mitiuszew W. , Jaworska L , Rylko N.

Warianty tytułu

EN

Tailoring of materials with gradient of phases distribution obtaining by centrifugal compaction process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompozyty polikrystalicznego diamentu PCD są okrągłymi dyskami składającymi się z cienkiej warstwy polikrystalicznego diamentu związanego z warstwą podłożową z węglika spiekanego. Dostępne komercyjnie PCD są zazwyczaj wytwarzane przez wysokociśnieniowe spiekanie proszków diamentowych z kobaltową fazą wiążącą. Obecność kobaltu aktywuje proces grafityzacji diamentu. Różnica rozszerzalności temperaturowej warstwy PCD i podłoża z węglika spiekanego może powodować wystąpienie naprężeń szczątkowych i następnie delaminację materiału. Modyfikacja właściwości tego materiału jest możliwa przez zastosowanie odpowiedniego rodzaju materiału fazy wiążącej, na przykład Ti3SiC2, który wykazuje pseudoplastyczne właściwości. Celem badań było wykonanie matematycznych obliczeń rozkładu faz dla materiałów gradientowych diament-Ti3SiC2, które były weryfikowane z rozkładem faz w kompozytach po procesie spiekania techniką HP-HT. W pracy zaproponowano algorytm do opisu sedymentacji grup sferycznych cząstek o różnorodnych rozmiarach i z różnorodnych materiałów. Główne obliczenia dla tego układu i prawdziwych warunków procesu zagęszczania wirówkowego HCP są wykonane za pomocą równania Barnea-Mizrahi. Proces osadzania dla układu diament-Ti3SiC2 przeprowadzono w ultrawirówce UP 65M z prędkością obrotową rotora 20 000 obr/min. Rozkład rozmiarów ziaren dla proszków diamentu i Ti3SiC2 zmierzono z użyciem aparatury Shimadzu. Rozkład twardości dla kompozytu diamentowego z gradientem składu fazowego zmierzono i porównano do koncentracji diamentu i węglika W, zależnej od czasu opadania proszków t diamentu i węglika oraz od odległości.

EN

The polycrystalline diamond PCD compacts are a round disks composite of a thin layer of sintered polycrystalline diamond bonded to a cemented tungsten carbide substrate. Commercially available PCD are usually made by high pressure sintering diamond powders with the cobalt bonding phase. The existence of cobalt promotes the graphitisation process of diamond. The differential thermal expansion of PCD layer and tungsten carbide substrate may result in residual stresses and next, delamination of material. Modification properties of these materials is possible using suitable kind of the bonding phase material, for example the ceramics Ti3SiC2 material, which is exhibiting pseudoplastics behaviour. The aim of the research was execution of mathematical calculations of the phases distribution for the phase graded diamond - Ti3SiC2 compacts which were verified with phases distribution in compacts after the high pressure - high temperature sintering process. An algorithm to describe sedimentation of the group of spherical particles of different sizes and different materials was proposed. Main calculations for this system and for real conditions of the high-speed centrifugal compaction process are made using the Barnea-Mizrahi equation. Deposition process for diamond - Ti3SiC2 was carried out using the ultra centrifuge UP 65M with rotational speed of 20 000 rpm. Particle size distribution for the diamond and Ti3SiC2 powders were measured using Shimadzu apparatus. Hardness distribution for diamonds composite with phase composition gradient was measured and compared to the concentration of diamond and carbide W for diamond and Ti3SiC2 powders dependence on distance.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt diament-Ti3SiC2; funkcjonalny materiał gradientowy; proces zagęszczania wirówkowego; HCP; algorytm do opisu procesu sedymentacji

EN

diamond-Ti3SiC2 composite; functionally graded material; high-speed centrifugal compaction process; HCP; algorithm to describe sedimentation process

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 1
• Strony: 64--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Rozmus M.

autor

Mitiuszew W.

autor

Jaworska L

autor

Rylko N.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, ul. Wrocławska 37a, 30-011 Kraków,

Bibliografia

• [1] Wentorf R.H., Rocco W.A., Patent SAP 7315038, 1973.
• [2] Osipov O.S., Diegues Skury A.L., Bobrovnitchii G.S, Influence of high pressure an the microhardness and wear resistance of diamond powder and silicon carbide-based composites, Materials Research 2004, 7, 2, 335-337.
• [3] Trenker A., Seidemann H., High vacuum brazing of diamond tools, Industrial Diamond Review 2002, 1, 49-51.
• [4] Olesińska W. i in., Reactive metallic layers produced on A1N, Si3N4 and SiC ceramics, Journal of Materials Science: Materials in Electronics 2004, 15, 813-817.
• [5] Jaworska L., Rozmus M., Królicka B., Zębala W., Sobczak N., Diamentowy kompozyt o mikrostrukturze gradientowej, Prace IZTW, Seria: Sprawozdania, nr 8786, Kraków 2007.
• [6] Jaworska L., Smuk B., Królicka D., Wszołek J., Tworzywa cermetalowe przeznaczone na ostrza narzędzi skrawających, Kompozyty (Composites) 2005, 5, 3, 21-25
• [7] Rozmus M., Jaworska L., Królicka B., Twardowska A., Functionally graded materials prepared using PM methods, Mat. Konf. Engineering and Education, Białka Tatrzańska 2006, 195-200.
• [8] Mityushev V., Jaworska L., Rozmus M., Królicka B., Compaction of the diamond-Ti3SiC2 graded material by the high-speed centrifugal compaction process, Archieves of Materials Science and Engineering 2007, 28, 11, 677-682.
• [9] Jaworska L., Migdał W., Klasyfikacja mikroziarn diamentowych o wielkości 3-28 mikrometrów, Mat. VI Konferencji Nauk.-Techn. nt. Obróbka Ścierna, JOTES, Łódź 1991.
• [10] Jones R.B., Kutteh R., Sedimentation of colloidal particles near a wall: Stokesian dynamic simulations, Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 2121-2139.
• [11] Ekel-Jeżewska M.L., Metzger B., Guazzelli E., Spherical cloud of point particles falling in a viscous fluid, Phys. Flu-ids, 2006, 18,038104.
• [12] Bosse T., Kleiser L., Meiburg E., Small particles in homogeneous turbulence: Settling velocity enhancement by two-way coupling, Phys. Fluids 2006, 18, 027102.
• [13] Mucha P.J., Tee S.Y., Weitz D.A., Shraiman B.I., Brenner M.P., A model for velocity fluctuations in sedimentation, J. Fluid Mech. 2004, 501, 71-104.
• [14] Nguyen N.Q., Ladd A.J.C., Sedimentation of hard-sphere suspensions at low Reynolds number, J. Fluid Mech. 2005, 525, 73-104.
• [15] Bustos M.C., Burger R., Concha F., Tory E.M., Sedimentation and Thickening, Kluwer Academic Publ, Dordrecht 1999.
• [16] Ramaswamy S., Issues in the statistical mechanics of steady sedimentation, Advances in Physics 2001, 50, 341