Al2O3-Cu-Mo hybrid composites : fabrication, microstructure, properties

• Autorzy: Zygmuntowicz Justyna , Łukasiak Agata , Piotrkiewicz Paulina , Kaszuwara Waldemar

Warianty tytułu

PL

Hybrydowe kompozyty Al2O3-Cu-Mo : wytwarzanie, mikrostruktuta, właściwości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work investigated the influence of the share of metallic components on the microstructure and selected properties of Al2O3-Cu-Mo composites. Commercial powders were used to produce the composite samples. The composites were obtained by the slip casting method. Three series of composites with a different volumetric composition of metals in the total content of the metallic phase were obtained: Series I - contained 7.5 vol.% Cu - 7.5 vol.% Mo, Series II - contained 10 vol.% Mo - 5 vol.% Cu and Series III - contained 12 vol.% Mo - 3 vol.% Cu. All the series contained 15 vol.% metal particles with respect to the total solid phases. Rheological analysis showed that the slurries used to make the composites were shear thinning fluids. The X-ray analysis showed that regardless of the volume content of copper in the suspensions used to form the composite, all the composites after sintering were characterized by the presence of three phases: Al2O3, Cu and Mo. It was found that the microstructure in all the series is characterized by homogeneous distribution of the metal particles. All the samples were characterized by high porosity, which resulted in their low relative density. The volume fractions of molybdenum and copper in the composite slightly do affect the hardness and fracture toughness of the composite. The obtained hardness results indicate that increasing the molybdenum content in the composites causes an insignificant increase in the hardness of the samples.

PL

W pracy zbadano wpływ udziału komponentów metalicznych na mikrostrukturę i wybrane właściwości kompozytów Al2O3-Cu-Mo. Do wykonania próbek użyto komercyjnie dostępnych proszków: Al2O3, Cu i Mo. Kompozyty otrzymano metodą odlewania z gęstwy. Wytworzono trzy serie kompozytów o różnym składzie objętościowym metali w całkowitej zawartości fazy metalicznej: Seria I zawierała 7,5% obj. Cu - 7,5% obj. Mo, Seria II zawierała 10% obj. Mo - 5% obj. Cu i Seria III - zawierała 12% obj. Mo - 3% obj. Cu. Wszystkie serie zawierały 15% obj. cząstek metalu w odniesieniu do całkowitej fazy stałej. Badania reologiczne wykazały, że masy lejne użyte do wytwarzania kompozytów były cieczami newtonowskimi rozrzedzanymi ścinaniem. Badanie składu fazowego wykazało, iż niezależnie od zawartości objętościowej miedzi w masie lejnej użytej do wytworzenia kompozytu wszystkie kompozyty po spiekaniu cechowała obecność trzech faz: Al2O3, Cu i Mo. Stwierdzono, że mikrostruktura we wszystkich seriach charakteryzuje się jednorodnym rozkładem cząstek metalu. Wszystkie próbki charakteryzowała wysoka porowatość, co skutkowało ich niskim zagęszczeniem. Udział objętościowy molibdenu i miedzi w kompozycie wpłynął na jego twardość i odporność na kruche pękanie. Uzyskane wyniki twardości wskazują, że zwiększenie zawartości molibdenu powoduje niewielki wzrost twardości próbek.

Słowa kluczowe

EN

alumina; slip casting; hybrid composites; Al2O3-Cu-Mo

PL

tlenek glinu; odlewanie z gęstwy; kompozyty hybrydowe; Al2O3-Cu-Mo

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 19, nr 2
• Strony: 43--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zygmuntowicz Justyna

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 14, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Łukasiak Agata

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 14, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Piotrkiewicz Paulina

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 14, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Kaszuwara Waldemar

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 14, 02-507 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Prochoń M., Biernacka A., Witczak M., Kompozyty ceramiczne jako pełne wykorzystanie zalet ceramiki, Eliksir 2017, 1, 5, 15-16.
• [2] Travitzky N., Processing of ceramic-metal composites, Advances in Applied Ceramics 2012, 111, 5-6, 286-300, DOI: 10.1179/1743676111Y.000000007.
• [3] Kaczorowski M., Krzyńska A., Konstrukcyjne materiały metalowe, ceramiczne i kompozytowe, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2017.
• [4] Boczkowska A., Kapuściński J., Puciłowski K., Wojciechowski S., Kompozyty, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000.
• [5] Szafran M., Bobryk E., Konopka K., Projektowanie kompozytów ceramika - metal z gradientem stężenia cząstek metalu, Composites Theory and Practice (Formerly: Kompozyty (Composites) 2005, 5, 3, 10-15.
• [6] Konopka K., Miazga A., Kompozyty ceramika-metal, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2017.
• [7] Boczkowska A., Krzesiński G., Kompozyty i techniki ich wytwarzania, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2016.
• [8] Kuciel S., Kornobis M., Kompozyty hybrydowe na osnowie polilaktydu z włóknami węglowymi i bazaltowymi, Przetwórstwo Tworzyw 2017, 23, 4, 344-350.
• [9] Wu ChS., Liao HT., Study on the preparation and characterization of biodegradable polylactide/multi-walled carbon nanotubes nanocomposites, Polymer 2007, 48, 15, 4449-4458, DOI: 10.1016/j.polymer.2007.06.004.
• [10] Zhou Y., Lei L., Yang B., Li J., Ren J., Preparation and characterization of polylactic acid (PLA) carbon nanotube nanocomposite, Polymer Testing 2018, 68, 34-38, DOI: 10.1016/j.polymertesting.2018.03.044.
• [11] Tábi T., Égerházi A.Z., Tamás P., Czigány T., Kovács J.G., Investigation of injection moulded poly(lactic acid) reinforced with long basalt fibres, Composite: Part A 2014, 64, 99-106, DOI: 10.1016/j.compositesa.2014.05.001.
• [12] Tábi T., Tamás P., Kovács J.G., Chopped basalt fibres: A new perspective in reinforcing poly(lactic acid) to produce injection moulded engineering composites from renewable and natural resources, Express Polymer Letters 2012, 7, 2, 107-119, DOI: 10.3144/expresspolymlett.2013.11.
• [13] Acchar W.I., Torquato W.L., Sousa C.R.C., Using ZrO2 or Al2O3 particles to enhance the mechanical properties of a LZSA glass-ceramic matrix, Matéria (Rio J.) 2009, 14, 1 DOI: 10.1590/S1517-70762009000100001.
• [14] Godzimirski J., Pietras A., Numeryczna analiza wytrzymałości hybrydowych kompozytów warstwowych, Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej 2012, 61, 3, 129-146.
• [15] Mishnaevsky Jr L., Computational Mesomechanics of Composites: Numerical Analysis of the Effect of Microstructures of Composites on their Strength and Damage Resistance, John Wiley & Sons, Ltd, West Sussex 2007.
• [16] Oh S.T., Sekino T., Niihara K., Fabrication and mechanical properties of 5 vol.% copper dispersed alumina nanocomposite, Journal of the European Ceramic Society 1998, 18, 1, 31-37, DOI: 10.1016/S0955-2219(97)00099-X.
• [17] Sangn K., Weng Y., Huang Z., Hui X., Li H., Preparation of interpenetrating alumina-copper composites, Ceramics International 2016, 42, 5, 6129-6135, DOI: 10.1016/j.ceramint.2015.12.174.
• [18] Rajkovic V., Bozic D., Jovanovic M.T., Properties of copper matrix reinforced with nano- and micro- sized Al2O3 particles, Journal of Alloys and Compounds 2008, 459, 1-2, 177-184, DOI: 10.1016/j.jallcom.2007.04.307.
• [19] Kracum M., Kundu A., Harmer M.P., Chan H.M., Novel interpenetrating Cu-Al2O3 structures by controlled reduction of bulk CuAlO2, Journal of Material Science 2015, 50, 4, 1818-1824, DOI: 10.1007/s10853-014-8744-8.
• [20] Chmielewski M., Dutkiewicz J., Kaliński D., Lityńska-Dobrzyńska L., Pietrzak K., Strojny-Nędza A., Microstructure and properties of hot-pressed molybdenum-alumina composites, Archives of Metallurgy and Materials 2012, 57, 3, DOI: 10.2478/v10172-012-0074-8.
• [21] de Portu G., Guicciardi S., Melandri C., Monteverde F., Wear behaviour of Al2O3-Mo and Al2O3-Nb composites, Wear 2007, 262, 11-12, 1346-1352, DOI: 10.1016/j.wear.2007.01.010.
• [22] Sbaizero O., Pezzotti G., Nishida T., Fracture energy and R - curve behaviour of Al2O3 /Mo composites, Acta Materialia 1998, 46, 2, 681-687, DOI: 10.1016/S1359-6454(97)00292-9.
• [23] Massalski T.B., Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Edition, Vol. 2, ASM International, United States of America 1990.
• [24] Karanja Avinash, Buchi Suresh M., Kumar Khara A., Johnson R., Synthesis extrusion processing and ionic conductivity measurements of sodium B-alumina tubes, Processing and Application of Composites 2015, 9, 3, 131-138.
• [25] Bojarski Z., Gigla M., Stróż K., Surowiec M., Krystalografia, Wyd. 3, WN PWN, Warszawa 2008.
• [26] Kosturkiewicz Z., Metody krystalografii, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2004.
• [27] Trzaska-Durski Z., Trzaska-Durska H., Podstawy krystalografii strukturalnej i rentgenowskiej, PWN, Warszawa 1994.
• [28] Ćwiczenia laboratoryjne z inżynierii materiałowej, Praca zbiorowa pod red. A. Werońskiego, Wyd. Uczelniane PL, Lublin 2002.
• [29] Cullity B.D., Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, PWN, Warszawa 1964.
• [30] Glocker R., Materialprüfung mit Röntgenstrahlen, Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg - New York 1971.
• [31] Kartoteka ICPDS - Joint Committee on Powder Diffraction Standards - Selected Powder Diffraction Data for Metals and Alloys, 1st edition, ICPDS - International Centre for Diffraction Data, Swarthmore, Pennsylvania, USA, 1978.
• [32] Niihara, K., A fracture mechanics analysis of indentation induced Palmqvist cracks in ceramics, Journal of Materials Science Letters 1983, 2, 5, 221-223, DOI: 10.1007/BF00725625.
• [33] Niihara K., Morena R., Hasselmann D.P.H., Evaluation of KIC of brittle solids by indentation method with low crackto-indent ratios, Journal of Materials Science Letters, 1982, 1, 1, 13-16, DOI: 10.1007/BF00724706.
• [34] Konopka K., Miazga A., Właszczuk J., Fracture toughness of Al2O3-Ni composites with nickel aluminate spinel NiAl2O4, Composites Theory and Practice (Formerly: Kompozyty (Composites)) 2011, 11, 3, 197-201.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).