Struktura połączenia ceramika-metal w wybranych kompozytach z osnową metalową.

• Autorzy: Olszówka-Myalska A.

Warianty tytułu

EN

The ceramic-metal bond structure in some composites with metal matrix.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Analizowano strukturę połączenia ceramika-metal w pięciu wybranych kompozytach: włókno węglowe-stop AK11, cząstki Al2O3-stop AlMg, cząstki SiC-stop Mg, cząstki SiC-stop CuTi oraz cząstki SiC-stop AlMg. Preparaty stanowiły zarówno zgłady jak i przełomy, które badano głównie metodami SEM. W połączeniu włókno węglowe-stop Al uzyskanym metodą infiltracji wystąpiła strefa zawierająca Al4C3. Pokrycie włókien warstwą TiC (metoda CVD) obniżyło temperaturę zwilżania ale nie gwarantowało stabilności chemicznej połączenia. Pokrycie włókien warstwą TiN nie obniżyło temperatury zwilżania, ale warstwa była stabilna. Połączenie Al2O3-AlMg uległo degradacji pod wpływem długotrwałego wygrzewania (do 1500 h) zarówno w temperaturze 580, jak i 400 stopni Celsjusza. Na granicy cząstka-osnowa powstała regularna strefa produktów oddziaływania pomiędzy komponentami, której rozwój uzależniony był od temperatury i czasu wygrzewania. W kompozycie cząstki SiC-stop Mg cząstki zostały bardzo dobrze zwilżone, a na przełomach obserwowano m.in. połączenie schodkowe i mostkowe. W osnowie w bezpośrednim sąsiedztwie cząstek stwierdzono lokalnie obszary wzbogacone w aluminium. W połączeniu SiC-CuTi po odlaniu była obecna strefa oddziaływania pomiędzy komponentami grubości ok. 10 mikrometrów, co było przyczyną niekorzystnych właściwości abrazyjnych kompozytu. W kompozycie SiC-AlMg pod wpływem długotrwałego wygrzewania w temperaturze 400 i 580 stopni Celsjusza na granicy cząstka-osnowa powstała nieregularna strefa. Strefa ta była mieszaniną stopu osnowy, węglika krzemu krzemu i węglika aluminium. Stwierdzono, że połączenie dyfuzyjne, które daje możliwość osiągnięcia przez kompozyt dobrych własności, ma pewne ograniczenia. Jedno wynika z własności mechanicznych strefy dyfuzyjnej, która zawiera fazy kruche i po przekroczeniu grubości krytycznej w niej inicjowane są procesy niszczenia mechanicznego kompozytu. Drugie związane jest z odpornością chemiczną faz powstałych w połączeniu dyfuzyjnym. Obecność np. hydrofilowego węglika aluminium sprzyja przedwczesnej korozji kompozytu.

EN

The ceramic-metal structure was analysed in selected five composites: carbon fibre-AK11 alloy, Al2O3 particles-AlMg alloy, SiC particles-Mg alloy, SiC particles-CuTi alloy and SiC particles-AlMg alloy. Both polished sections and fractures were the specimens which were mainly examined by the SEM methods. In the carbon fibre-Al alloy obtained by the infiltration method there was a zone containing Al4C3. Covering the fibres with a TiC coating (the CVD method) decreased the wetting temperature, but did not guarantee chemical stability of the bond. Covering fibres with a TiN coating did not lower the wetting temperature but the coating was stable. The Al2O3-AlMg bond underwent degradation under the influence of the long-time annealing (to 1500 h) both at 580 and 400 degrees centigrade A regular zone of the interaction of products between the components was created on the particle-matrix boundary and its growth depended on temperature and annealing time. In the SiC particles-Mg alloy composite the particles were well wetted and stepped and bridge-like bonds were, among other things, observed on the fractures. in the matrix in the direct neighbourhood of particles local areas enriched in aluminium were found. In the SiC-CuTi bond after casting the interaction zone between components of about 10 micrometers thickness was present, which was a reason for disadvantageous abrasive properties of a composite. In the SiC-AlMg composite under the influence of long time annealing at 400 and 580 degrees centigrade an irregular zone was formed on the particle-matrix boundary. That zone was a mixture of the matrix alloy, silicon carbide, silicon and aluminium carbide. It has been found that the diffusion bound which gives possibility of reaching good properties by a composite, has some limitations. One of them results from the mechanical properties of the diffusion zone which contains brittle phases and after exceeding critical thickness mechanical damage processes of a composite are initiated in it. The second one is connected with chemical resistance of phases formed in the diffusion bond. Presence of the hydrophylic aluminium carbide favours premature composite corrosion.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt z osnową metalową; struktura połączenia ceramika-metal; włókno węglowe; stop aluminium; powłoka; stop osnowy; węglik krzemu; krzem; węglik aluminium; połączenie dyfuzyjne; odporność chemiczna

EN

composites with metal matrix; ceramic-metal structure; carbon fibre; aluminium alloy; coating; matrix alloy; silicon carbide; silicon; aluminium carbide; diffusion bond; chemical resistance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 1999
• Tom: R. XX, nr 3-4
• Strony: 144--149
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Olszówka-Myalska A.

• Katedra Nauki o Materiałach Politechniki Śląskiej

• Politechnika Śląska, Katedra Nauki o Materiałach

Bibliografia

• 1.Metcalfe A. G.: Composite Materials, Vol 1, Interfaces in Metal Matrix Composites, Academic Press, New York, 1974
• 2.Hyla I.: Wybrane zagadnienia z inżynierii materiałów kompozytowych, PWN, Warszawa 1978
• 3.Clyne T. W.: Withers, An Introduction to Metal Matrix Composites, Cambridge University Press 1993
• 4.Hull D., Clyne T. W.: An Introduction to Composite Materials C ambridgeUniversity, 1996
• 5.Taya M.: Arsenault, Metal Matrix Composites - Thermomechanical Behaviour, Pergamon Press 1989
• 6.Olszówka Myalska A.: Rola węglika tytanu i azotku tytanu jako międzywarstw w kompozycie włókna węglowe-stop aluminium, praca doktorska. Politechnika Śląska, 1988
• 7.Olszówka-Myalska A.: Criteria for selection of interlayers in metal matrix fiber composites produced by infiltration methods. Proceedings of Forum of New Materials, Vol. G, Florence 1994
• 8.Olszówka-Myalska A.: Wettability as a criterion for selection of interlayers in metal matrix fiber composites produced by the infiltration methods, New Materials and Technologies, Ostrawa 1995, s. 39-45
• 9.Olszówka-Myalska A.: Study of interface of aluminium-carbon fibre composite produced by the infiltration method, Cast Composites’95, Zakopane 1995, s. 110-113
• 10.Olszówka-Myalska A.: Węglik aluminium jako destrukcyjny element struktury powierzchni rozdziału w kompozytach z osnową metaliczną, III Seminarium KOMPOZYTY ’98 - Teoria i praktyka, Wyd. Pol. Częst. 1998, s. 115-123
• 11.Gu M. Yang H. et al: Interfacial structure characterisation of c/Al composites, high performance composites, Chicago, The Minerals, Metals and Materials Society 1994
• 12.Feldhoff A.: Betrafge zur Grenzschichtoptimierung im Metall-Matrix-Verbund Carbonfaser/Magnesium. (praca doktorska). Aachen: Shaker. 1998
• 13.Feldhoff A., PippelE.,WoltersdorfJ.: Journal of Microscopy. 1997,185,122
• 14.Feldhoff A., Pippel E., Woltersdorf J.: Structure and composition of ternary carbides in carbon-fibre reinforced Mg-Al alloys. Journal of Microscopy, 1999 (w druku)
• 15.Śleziona J.: Kształtowanie właściwości kompozytów Al-cząstki ceramiczne wytwarzanych metodami odlewniczymi. Politechnika Śląska, Gliwice, Hutnictwo, 1994, z. 48
• 16.Śleziona J.: Czynniki kształtujące strukturę i własności kompozytów Al-cząstki ceramiczne, Archiwum Nauki o Materiałach, nr 3, t. 13, 1992, s. 179-208
• 17.Śleziona J.: Wpływ cząstek ceramicznych na krzepnięcie kompozytów Al-SiC i AI-AI2O3, Archiwum Nauki o Materiałach, nr 2, t. 16, 1995, s- 163
• 18.Olszówka-Myalska A., Śleziona J.: Structure of interface in SiC-Al matrix and AI-AI2O3 matrix composite afer prolonged annealing, Materials Congress’98. The Institute of Materials, Cirencester, 1998
• 19.Olszówka-Myalska A., Śleziona J.: Effect of prolonged annealing uponS iC-AlMg and AI-AI2O3-AlMg composites’ microstructure. Journal of Microscopy, 1999 (przyjęte do druku)
• 20.Braszczyńska K., Olszówka-Myalska A., Bochenek A.: The study of interface in cast composite SiC particles - MgAl matrix, II Cast Compositees Conference’98, Polanica Zdr. 1998, s. 81-86
• 21.Yang W., Weatherly C., McComb D. W., Loyd D. J.: The structure of SiC reinforced Mg casting alloys, Journal of Microscopy, Vol. 185, 1997, 292-302
• 22.Bochenek A. Braszczyńska K.: Wpływ wielkości cząstek SiC na procesy zużycia ściernego odlewanego kompozytu na osnowie magnezowej. III Seminarium KOMPOZYTY ’98 - Teoria i praktyka, Wyd. Pol. Częstochowskiej, 1998, s. 219-226
• 23.Braszczyńska K., Bochenek A.: Wpływ struktury osnowy na własności mechaniczne kompozytu CuTi-SiC, Inżynieria Materiałowa, nr 4, 1996, s. 171-121
• 24.Braszczyńska K., Bochenek A.: Własności trybologiczne kompozytów na bazie stopu miedzi umacnianych cząstkami SiC, Inżynieria Materiałowa, nr 1, 1997, s. 21-26
• 25.Olszówka-Myalska A., Braszczyńska K.: The structure of the Cu-SiC composite interface, Inżynieria Materiałowa, nr 4, 1998, s. 739-744
• 26.Olszówka-Myalska A., Śleziona J.: Zjawiska na granicy cząstka SiC-stop aluminium jako czynniki determinujące parametry wytwarzania i eksploatacii kompozytu, 7-th International Scientific Conference AMME’98, Gliwice-Zakopane 1998, s. 395-398
• 27.Olszówka-Myalska A.: Ocena stabilności struktury powierzchni rozdziału kompozytu SiC-Al w podwyższonej temperaturze, praca w ramach działalności statutowej, Politechnika Śląska, 1998 (nie publikowane)