Wytrzymałość i struktura granicy rozdziału połączeń AlSi11/Al2O3

• Autorzy: Sulima I. , Mikułowski B.

Warianty tytułu

EN

Strength and structure of AlSi11/Al2O3 interface

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących wpływu krzemu stosowanego jako dodatek stopowy do aluminium na wytrzymałość oraz strukturę granicy rozdziału połączenia AlSi11/Al2O3. Przeprowadzono badania zwilżalności metodą kropli leżącej w zakresie temperatury 1023-1223 K dla 30 minut oraz 120 minut kontaktu metalu z ceramiką. Wytrzymałość na ścinanie połączenia wyznaczono stosując metodę "push-off". Metodą skaningowej mikroskopii elektronowej przeprowadzono charakterystykę mikrostruktury granicy rozdziału badanych połączeń AlSi11/Al2O3 oraz Al/Al2O3. Przeprowadzone badania pozwoliły również określić wpływ temperatury i czasu kontaktu na wytrzymałość i strukturę granicy rozdziału połączenia AlSi11/Al2O3. Zastosowanie krzemu jako dodatku stopowego do aluminium powoduje poprawę wytrzymałości na ścinanie połączenia AlSi11/Al2O3 w porównaniu z układem Al/Al2O3. Wydłużenie czasu kontaktu ciekłego stopu AlSi11 z ceramiką Al2O3 z 30 minut do 120 minut nie wpływa na podwyższenie wytrzymałości na ścinanie badanego połączenia. Dla czasu kontaktu 120 minut naprężenie ścinające jest rzędu 116 MPa, natomiast dla 30 minut kontaktu wielkość naprężenia ścinającego jest podobna - rzędu 118 MPa. Poprawa wytrzymałości na ścinanie połączenia AlSi11/Al2O3 jest związana z otrzymaniem określonej struktury granicy rozdziału. Cechą charakterystyczną struktury granicy rozdziału połączenia AlSi11/Al2O3 jest powstawanie kryształów krzemu na powierzchni Al2O3, silnie związanych z ceramiką (rys. 3, 4). Kryształy krzemu wykazują tendencję do heterogenicznego zarodkowania na powierzchni ceramiki Al2O3. Wynikiem heterogenicznego zarodkowania krzemu na powierzchni Al2O3 jest powstanie dużej ilości kryształów krzemu ściśle związanych z podłożem ceramicznym Al2O3, co powoduje umocnienie granicy rozdziału badanego połączenia.

EN

The aim of this work is a study of the effect of silicon as alloying addition into the aluminium on shear strength and structure of AlSi11/Al2O3 interfaces. The wettability tests were carried out applying the sessile drop method. The wettability of corundum ceramic by molten alloy AlSi11 and by molten aluminium was investigated at temperature range from 1023 K to 1223 K for 30 and 120 minutes of contact. Bond strength measurements were carried out by the "push-off" test. Microstructural characterization of AlSi11/Al2O3 and Al/Al2O3 interfaces was performed using scanning electron microscopy method. Investigations also allowed to determine the effect of temperature and time of contact on the strength and structure of AlSi11/Al2O3 interface. The addition of silicon as the alloying addition into aluminium improves significantly the shear strength of AlSi11/Al2O3 joints in relation to Al/Al2O3 system. Application of longer contact time (120 minutes) does not contribute to the increase of the shear strength of tested joints. The shear stress is approximately 116 MPa and 118 MPa for 120 and 30 minutes of contact, respectively. The im-provement of shear strength of AlSi11/Al2O3 joints is connected with receiving specific structure interface. Large silicon crystals strongly connected with ceramic are formed at AlSi11/Al2O3 interface (Fig. 3, 4). Silicon crystals show a tendency to heterogeneous nucleation at the ceramic surface. The result of silicon heterogeneous nucleation is formation of big amount of silicon crystals strongly connected with the ceramic Al2O3. This structure causes strengthening of interface.

Słowa kluczowe

PL

połączenia metal-ceramika; badanie wytrzymałości; próby ścinania; granica rozdziału połączeń

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 26, nr 6
• Strony: 804--807
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Sulima I.

• Instytut Techniki, Wydział Matematyczno-Fizyczno-Techniczny, Akademia Pedagogiczna w Krakowie

autor

Mikułowski B.

• Katedra Struktury i Mechaniki Ciała Stałego AGH Kraków

Bibliografia

• [1] Nicholas M. G.:, Mater. Sci. Forum, 29 (1998) 127-150
• [2] Ziv I., Weinberg F.. Poole W. J.: ScriptaMater.,40 (1999), nr 11,1243-1248
• [3] Nicholas M.: J. Mat. Sci., 3 (1968) 571-576
• [4] Sutton W. H.: Report R-64SD44, GE Spice Sciences Lab., Philadelphia, 1964
• [5] Dalgleish B. J., Lu M. C., Evans A. G.: Acta Metali., (1988) nr 8, 2029-2035
• [6] Książek M., Sobczak N., Mikulowski B., Radziwiłł W., Surowiał I.: Mater. Sci. Eng., A234 (2002) 162-167
• [7] Dalgleish B. J., Tumble K. P., Evans A. G.: Acta Metali., 37 (1989) 1923-193
• [8] Dalgleish B. J., Saiz E., Torasia A. P., Cannon R. M., Ritchie R. O.: Scripta Metali. Mat., 30 (1994) nr 8, 1109-1114
• [9] Iseki T.: J. Mater. Sci., 14 (1979) 687-692
• [10] Li J.-G.: Ceramics International, 20 (1994) 391^12
• [11] Kohler W.: Aluminium, 51 (1975) nr 7, 443^47
• [12] Ip S. W., Kucharski M., Toguri J. M.: J. Mater. Sci. Lett, 12 (1993) 1699
• [13] Eustathopoulos N., Drevet B.: Phys. III France, 3 (1994) 1865-1881
• [14] Sobczak N., Książek M., Radziwiłł W., Stobierski L., Mikulowski B.: Abstract Book, Int. Conf. High Temperature Capillarity, HTC-2000, Kurashiki, Japan (2000) November, 19-22
• [15] Bjerregaard L., Gees K., Ottesen B., Ruckert M.: Przewodnik Metalog, Rodovre, Dania (2001)
• [16] Mikułowski B., Sobczak N., Książek M., Radziwiłł W.: Zgłoszenie Patentowe P352264 z dn. 15.02.2002, „Przyrząd do wyznaczania wytrzymałości na ścinanie połączenia różnorodnych materiałów"
• [17] Sobczak N., Asthana R., Książek M., Radziwiłł W., Mikulowski B., Surowiak I.: in State of the Art in Cast MMCs in the Next Millennium, ed. P. K. Rohatgi, TMS Publications, Meetings in St. Louis, Missouri (October 2000) 129-142
• [18] Przybyłowicz K.: „Metaloznawstwo", Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa (1999)
• [19] Wu S.: J. Mater. Sci. Lett., 18 (1993) 321-323
• [20] Rohatgi P. K., Ray S., Asthana R., Narendranath C. S.: Mat. Sci. Eng., A162 (1993) 163-174
• [21] Sulima L: Praca Doktorska: Wpływ wybranych parametrów fizyko-chemicznych na własności połączenia A1/A12O3 , AGH, Kraków (2004)