Modelowanie struktury geometrycznej i wytrzymałości na ściskanie pianek ceramicznych przeznaczonych do infiltracji ciekłymi metalami

• Autorzy: Potoczek M. , Śliwa R. E. , Pęcherski R. , Nowak Z. , Nowak M.

Warianty tytułu

EN

Modeling of geometrical structure and compressive strength of ceramic foams for liquid metal infiltration

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompozyty metalowo-ceramiczne o strukturze infiltrowanej charakteryzują się unikatową przestrzenną strukturą wzajemnie przenikających się szkieletów fazy metalowej i fazy ceramicznej. Najczęstszym sposobem wytwarzania tego typu kompozytów jest infiltracja roztopionego metalu do porowatej kształtki ceramicznej. W niniejszej pracy zastosowano piankowe kształtki korundowe (Al2O3), wytworzone nową metodą otrzymywania ceramiki porowatej, którą jest żelowanie spienionej zawiesiny (ang. gelcasting of foams). W projektowaniu właściwości mechanicznych pianek ceramicznych przeznaczonych do infiltracji roztopionymi metalami, a także w badaniach właściwości mechanicznych kompozytów w postaci pianki ceramicznej infiltrowanej metalem powstaje potrzeba odtworzenia struktury ceramicznego szkieletu kompozytu. W tym celu opracowano numeryczny model struktury piankowej odzwierciedlający jej rzeczywistą budowę, która charakteryzuje się rozrzutem wartości średnic komórek wokół wielkości średniej i występowaniem zwartych obszarów fazy polikrystalicznej w lukach między komórkami o kształcie kulistym. Porównano wyniki doświadczalne dla próby ściskania pianki korundowej z wynikami obliczeń symulacji numerycznej z zastosowaniem MES. W procesie infiltracji ciśnieniowej stopu AlMg5 do pianki korundowej uzyskano kompozyt metalowo-ceramiczny (AlMg5/Al2O3) o strukturze infiltrowanej charakteryzujący się pełnym wypełnieniem komórek pianki przez metal i dobrym przyleganiem na granicy faz ceramika/metal.

EN

More recently, interest has arisen in composites where both phases are continuous, resulting in an interpenetrating microstructure. One method to achieve such a microstructure is the infiltration of a molten metal into a porous ceramic body called a preform. In order to obtain the porous alumina material (Al2O3) a new method of manufacturing of porous ceramics known as "gelcasting of foams" was applied. For better understanding the mechanical properties of ceramic foams and metal-ceramic interpenetrating composites, numerical model of ceramic foams is needed. In this work we present a numerical model of real foam with different cell sizes and dense struts between them. Using the numerical foam model the simulation measurements where the foam was sandwiched between two plates perpendicular to the z-axis and a force was applied parallel to the z-axis were performed. The compression in z-direction was estimated. The simulation results showed good agreement with real compression tests. A direct pressure infiltration process was used to infiltrate the preforms with an AlMg5 alloy resulting in an interpenetrating microstructure. Due to the open cell structure of the Al2O3 foams, macropores in alumina preform were completely filled by metal. Microstructural characterization of the composites revealed a special topology of skeleton and good integrity of metal/ceramic interface.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty metalowo-ceramiczne; pianki ceramiczne; modelowanie; symulacja MES

EN

interpenetrating composites; ceramic foams; modeling; finite element method

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 56, nr 11
• Strony: 594--597
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Potoczek M.

autor

Śliwa R. E.

autor

Pęcherski R.

autor

Nowak Z.

autor

Nowak M.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Chemiczny, Rzeszów

Bibliografia

• 1. Zeschky J., Lo J., Hofner T., Greil P.: Mg alloy infiltrated Si‐O‐C ceramic foams. Mater. Sci. Eng. A. 2005, nr 403, s. 215-221. 598
• 2. Shouren W., Haoran G., Jingchun Z., Yingzi W.: Interpenetrating microstructure and properties of Si3N4/Al‐Mg composites fabricated by pressureless infiltration. App. Comp. Mater. 2006, nr 13, s. 115-126.
• 3. Binner J., Chang H., Higginson R.: Processing of ceramic‐ ‐metal interpenetrating composites. J. Eur. Ceram. Soc. 2009, nr 29, s. 837-842.
• 4. Breslin M. C., Ringnalda J., Xu L., Fuller M., Seeger J., Daehn G. S., Fraser H. L.: Processing, microstructure and properties of co‐continuous alumina‐aluminium composites. Mater. Sci. Eng. A 1995, nr 195, s. 113-119.
• 5. Liu W., Koster U.: Microstructure and properties of interpenetrating alumina — aluminum composites made by reaction of SiO2 glass preforms with molten aluminium. Mater. Sci. Eng. A 1996, nr 210, s. 1-7.
• 6. Sepulveda P.: Gelcasting of foams for porous ceramics. Am. Ceram. Soc. Bull. 1997, nr 76, s. 61-65.
• 7. Sepulveda P., Binner J. G. P.: Processing of celluar ceramics by foaming and in situ polymerisation of organic monomers. J. Eur. Ceram. Soc. 1999, nr 19, s. 2059-2066.
• 8. Innocentini M. D. M., Sepulveda P., Salvini V. R., Pandolfelli V. C.: Permeability and structure of cellular ceramics: A comparison between two preparation techniques. J. Am. Ceram. Soc. 1998, nr 81, s. 3349-3352.
• 9. Potoczek M.: Gelcasting of alumina foams using agarose solutions. Ceram. Int., 2008, nr 34, s. 661-667.
• 10. Gibson L. J., Ashby M. F.: Cellular Solids: Structure and Properties (2‐nd. ed.). Cambridge, UK, 1997, s. 210-211.