Ceramika porowata do infiltracji metalami wytwarzana metodą żelowania spienionej zawiesiny

• Autorzy: Potoczek M. , Myalski J. , Śleziona J. , Śliwa R. E.

Warianty tytułu

EN

Gelcasting of alumina foams as preforms for metal infiltration

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompozyty metalowo-ceramiczne o strukturze infiltrowanej charakteryzują się unikalną przestrzenną strukturą wzajemnie przenikających się szkieletów fazy metalowej i fazy ceramicznej. Praktycznie jedynym sposobem wytwa-rzania tego typu kompozytów jest infiltracja roztopionego metalu do poro-watej kształtki ceramicznej zwanej preforO. W niniejszej pracy zastosowa-no preformy z ceramiki korundowej (a-Al23) o budowie piany, wytworzone nową metodą otrzymywania ceramiki porowatej, którą jest żelowanie spie-nionej zawiesiny (ang. gelcasting offoams). Metoda żelowania spienio-nej zawiesiny umożliwia wytwarzanie ceramiki o porowatości w zakresie 60+95%. Jej zaletą jest wyższa wytrzymałość mechaniczna w porównaniu z wytrzymałością wysokoporowatej ceramiki otrzymywanej dotychczas najpopularniejszą techniką, którą jest osadzenie ceramicznej masy lejnej na spienionym podłożu polimerowym (ang. polymeric sponge method). Po procesie spiekania (1550°C, 2 h), preformy korundowe przeznaczo-ne do infiltracji ciekłym metalem charakteryzowały się występowaniem sferycznych makroporów (komórek piany) o średnicy modalnej 450 um, połączonych ze sobą okienkami na ściankach komórek piany o średnicy mo-dalnej 122 um. Gęstość pozorna porowatych kształtek korundowych wyno-siła 0,468 g/cm3, a porowatość całkowita 88%. Udział porów zamkniętych wynosił mniej niż 1%. Wytrzymałość mechaniczna na ściskanie porowatych kształtek korundowych wynosiła 5,1 MPa, a wytrzymałość na zginanie 3,5 MPa. Obecność okienek na ściankach komórek piany powodowała, że preformy charakteryzowały się wysoką przepuszczalnością fazy ciekłej rów-ną 2-10-10 m2. W procesie infiltracji ciśnieniowej stopu AlCu5 do porowatych kształtek korundowych uzyskano kompozyty metalowo-ceramiczne o strukturze in-filtrowanej, charakteryzujące się pełnym wypełnieniem sferycznych makro-porów preformy ceramicznej przez metal i dobrym przyleganiem na granicy faz ceramika-metal.

EN

Morę recently, interesthas arosen in composites where both phases are conti-nuous, resulting in an interpenetrating microstructure. One method to achive such a microstructure is the infiltration of a molten metal into a porous ce-ramic body colled a preform. In order to obtain the porous alumina materiał (a-Al2O3) a new method of manufacturing of porous ceramics known as "gel-casting of foams" was applied. In Table 1 the results of apparent density, % of theoretical density, open and total porosity of alumina foams are presen-ted. Figurę 1 presents SEM observations of alumina foams. The alumina fo-ams were typically composed of aproximately spherical cells interconnected by circual windows. Figure 2 is the comparison of the associations among spherical pores for the cellular ceramics obtained by two different techniques: (a) gelcasting of foams, and (b) polymeric sponge method. The presence of densified struts is the main microstructure difference between the gel-casting technique and the polymeric sponge method. Figure 3 is the inter-po-re connection (window) size distribution of the alumina gelcast foam, while Figure 4 is the spherical pore (celi) size distribution. The mode window diameter was found to be 122 (im, while the modę celi diameter was 450 (im. In Table 2 the results of water permeability measurements as well as the results of compressive and fluxural strengths of alumina foams are presented. The data in Table 2 show that the alumina foam ensures high mechanical strength and high permeability The gelcast alumina foams were used as preforms for AlCu5 alloy infiltration by pressure technique. Figure 5 shows the microstructure of the AlCu5/ A12O3 interpenetrating composite obtained by pressure infiltration of metal into porous A12O3 preform. Macropores in the alumina preform were com-pletely filled by metal.

Słowa kluczowe

PL

kompozyty metalowo-ceramiczne; żelowanie spienionej zawiesiny; ceramika porowata; infiltracja

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 30, nr 6
• Strony: 536--539
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Potoczek M.

autor

Myalski J.

autor

Śleziona J.

autor

Śliwa R. E.

• Wydział Chemiczny, Politechnika Rzeszowska,

Bibliografia

• [1] Zeschky J., Lo J., Hofner T., Greil P.: Mg alloy infiltrated Si-O-C ceramic foams. Mater. Sci. Eng. A403 (2005) 215-221.
• [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. 13 (2006) 115-126.
• [3] Binner J., Chang H., Higginson R.: Processing of ceramic-metal interpenetrating composites. J. Eur. Ceram. Soc. 29 (2009) 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. A195 (1995) 113-119.
• [5] Liu W., Koster U.: Microstructure and properties of interpenetrating alumina- aluminum composites made by reaction of SiO, glass preforms with molten aluminium. Mater. Sci. Eng. A210 (1996) 1-7.
• [6] Pampuch R.: Wspolczesne materialy ceramiczne. Wydawnictwo AGH, Krakow (2005).
• [7] Szafran M.: Makroskopowe i mikroskopowe aspckty projektowania ceramicznych materialow porowatych. Chemia z. 63, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa (2000).
• [8] Lipiec W., Szafran M.: Kompozyty ceramika-poli(metakrylan mctylu) o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego z tlenku glinu otrzymanego metodi} osadzania ceramicznej masy lejnej na podlozu polimerowym. Kompozyty (Composites) 4 (2004) 216-220.
• [9] Sepulveda P.: Gelcasting of foams for porous ceramics. Am. Ceram. Soc. Bull. 76(1997)61-65.
• [10] Sepulveda P., Binner J. G. P.: Processing of celluar ceramics by foaming and in situ polymerisation of organic monomers. J. Eur. Ceram. Soc. 19 (1999)2059-2066.
• [11] Potoczek M.: Gelcasting of alumina foams using agarose solutions. Ceram. Int. 34 (2008) 661-667.
• [12] Mouazer R., Thijs I., Mullens S., Luyten J.: SiC foams produced by gelcasting: synthesis and characterization. Adv. Eng. Mater. 6 (2004) 340-343.
• [13] Cyster L. A., Grant D. M., Howdle S. M., Rose R. R. A. J., Irvine, D. J., Freeman D., Scotchford C. A., Shakesheff K. M.: The influence of dispersant concentration on the pore morphology of hydroxyapatite ceramics for tissue engineering. Biomaterials 26 (2005) 697-702.
• [14] Schramm L. L.: Emulsions, foams, and suspensions. Wiley-VCH, Weinheim (2005).
• [15] StudartA. R., Gonzenbach U. T., Tervoot E., Gauckler L. J.: Processing routes to macroporous ceramics: A review. J. Am. Ceram. Soc. 89 (2006) 1771-1789.
• [16] 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. 81 (1998) 3349-3352.