Microstructure and properties of hot-pressed molybdenum-alumina composites

• Autorzy: Chmielewski M. , Dutkiewicz J. , Kaliński D. , Lityńska-Dobrzyńska L. , Pietrzak K. , Strojny-Nędza A.

Warianty tytułu

PL

Spiekane kompozyty molibden-Al2O3 - struktura i właściwości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Brittleness is the main technical limitation on a wide use of advanced ceramic materials. To overcome this problem, ceramic-metal composites are commonly applied. A principal advantage of ceramic-metal composite materials is their higher resistance to brittle fracture. An increase of fracture toughness depends on the type, amount, size and shape of a metallic component. The metallic phase can additionally modify physical, mechanical and thermal properties of materials. The results of experiments concerning a manufacturing process of Mo-Al2O3 composite materials obtained by the hot pressing method were presented. Two powder mixtures with different volume fraction of aluminium oxide were prepared in a planetary ball mill. The hot pressing process allowed to obtain well-densified metal matrix composites (˜99% of a theoretical density). Microstructural observations of sinters were conducted using scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and transmission electron microscopy. Very stable bonding between metal and ceramic grains was observed. Complex investigations of the physical and mechanical properties of obtained molybdenum-alumina composite materials seem to be very promising from an application point of view.

PL

Główna przyczyną ograniczenia stosowalności zaawansowanych materiałów ceramicznych jest ich kruchość. W celu pokonania tego problemu powszechnie stosuje sie kompozyty ceramiczno-metalowe, których zaletą jest wyższa odporność na kruche pękanie w porównaniu z materiałami ceramicznymi. Zależy ona od wielu czynników m.in. rodzaju, ilości, wielkości oraz kształtu zastosowanego metalu. Ostatecznym zmianom ulegają równiez inne właściwości tj. fizyczne, mechaniczne, termiczne. W pracy przedstawiono wyniki technologicznych prób otrzymywania materiałów kompozytowych Mo-Al2O3 przy wykorzystaniu techniki spiekania pod ciśnieniem. Mieszaniny proszków o różnych udziałach objętosciowych fazy ceramicznej przygotowano w planetarnym młynku kulowym. Ostateczny proces zageszczania pozwolił uzyskac materiały o wysokiej gestości względnej (powyżej 99% gęstości teoretycznej). Analizowano mikrostrukturę spieków z wykorzystaniem skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Stwierdzono występowanie bardzo dobrego połączenia fazy ceramicznej z osnową metalową. Przeprowadzono szeroką analizą właściwosci fizycznych i mechanicznych uzyskanych kompozytów, co powinno pozwolić na rozszerzenie możliwości aplikacyjnych opracowanych tworzyw.

Słowa kluczowe

EN

ceramic-metal composites; hot pressing; microstructure; interface; mechanical properties

PL

materiały ceramiczne; kompozyty ceramiczno-metalowe; technika spiekania

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 3
• Strony: 686--693
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Chmielewski M.

autor

Dutkiewicz J.

autor

Kaliński D.

autor

Lityńska-Dobrzyńska L.

autor

Pietrzak K.

autor

Strojny-Nędza A.

• Institute of Electronic Materials Technology, 01-919 Warszawa, 133 Wólczynska str., Poland

Bibliografia

• [1] M. Szafran, K. Konopka, E. Bobryk, K.J. Kurzydłowski, Ceramic matrix composites with gradient concentration of metal particles, Journal of the European Ceramic Society 27, 651-654 (2007).
• [2] W. Weglewski, M. Basista, M. Chmielewski, K. Pietrzak, Modeling of thermally induced damage in the processing of Cr–Al2O3 composites, Composites Part B: Engineering 43, 2, 255 (2012).
• [3] O. Sbaizero, G. Pezzotti, Influence of the metal particle size on toughness of Al2O3-Mo composite, Acta Materialia 48, 985-992 (2000).
• [4] A.A. Khan, J.C. Labbe, Aluminium nitride-molybdenum ceramic matrix composites: influence of molybdenum concentration on the mechanical properties, Journal of Materials Science 32, 3829-3833 (1997).
• [5] Ming - Hung L o, Feng - HueiCheng, Wen Cheng J. Wei, Preperation of Al2O3/Mo nanocomposite powder via chemical route and spray drying, Journal of Materials Research 11(8), 2020-2028 (1996).
• [6] A.A. Khan, J.C. Labbe, Aluminium nitride-molybdenum ceramic matrix composites: characterization of ceramic-metal interface, Journal of the European Ceramic Society 16, 739-744 (1996).
• [7] Wen - Cheng J . Wei , Sheng - Chang Wang, Feng - Huei Cheng, Characterization of Al2O3 composites with fine Mo particles. Part I. Microstructural development, NanoStructured Materials 10(6), 965-981 (1998).
• [8] O. Sbaizero, G. Pezzotti, T. Nishida, Fracture energy and R-curve behavior of Al2O3-Mo composites, Acta Materialia 46(2), 681-687 (1998).
• [9] Sheng - Chang Wang , Wen - ChengJ . Wei, Characterization of Al2O3 composites with fine Mo particles. Part II. Densification and mechanical properties, NanoStructured Materials 10(6), 983-1000 (1998).
• [10] G. DePorte, S. Guicciardi, C. Melandri, F. Monteverde, Wear behaviuor of Al2O3-Mo and Al2O3-Nb composites, Wear 262, 1346-1352 (2007).
• [11] M. Chmielewski, D. Kalinski, K. Pietrzak, W. Włosinski, Relationship between mixing conditions and properties of sintered 20AlN/80Cu composite materials, Archives of Metallurgy and Materials 55(2), 579-585 (2010).
• [12] R.G. Munro, Evaluated material properties for a sintered -alumina, Journal of American Ceramic Society 80[8], 1919-1928 (1997).