Materiały ceramiczne, metaliczne i kompozytowe spiekane metodą SPS

• Autorzy: Putyra Piotr , Jaworska Lucyna , Podsiadło Marcin , Laszkiewicz-Łukasik Jolanta

Warianty tytułu

EN

Ceramic, metallic and composite materials sintered by SPS method

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości fizycznych i mechanicznych materiałów ceramicznych, metalicznych i kompozytowych wytwarzanych metodą SPS. Materiały wytwarzane tą metodą znalazły zastosowanie między innymi jako narzędzia skrawające oraz elementy zawierające ziarna diamentu do szlifowania i wygładzania. Zaprezentowano krzywe spiekania materiałów o osnowie Al2O3 wytwarzanych metodą SPS. Określono wpływ nagrzewania prądem impulsowym na czas trwania procesu spiekania materiałów tlenkowych i kompozytowych o osnowie Ab03 w porównaniu do spiekania swobodnego i mikrofalowego. Przedstawiono krzywe spiekania oraz wybrane właściwości materiałów o osnowie Al2O3 z dodatkiem stałych faz smarujących (WS2) oraz z dodatkiem dwuborku tytanu. W przypadku zastosowania spiekania SPS możliwe jest otrzymywanie materiałów przy niższych parametrach (temperatura i czas wygrzewania) odznaczających się dobrymi właściwościami fizycznymi i mechanicznymi. Wprowadzenie faz WS2 oraz TiB2 do osnowy materiałów kompozytowych AbOrTi(C,N) umożliwiło znaczące obniżenie współczynnika tarcia. W pracy przed­ stawiono również właściwości materiałów o osnowie azotku krzemu. Materiały o osnowie Si3N4 z dodatkiem faz o dobrej przewodności elektrycznej (np. TiN, TiB 2) spiekane metodą SPS odznaczały się wysoką twardością, modułem Younga oraz niską opornością elektryczną. Poprawa przewodności elektrycznej tworzyw ceramicznych o osnowie Si,N4 umożliwiła zastosowanie obróbki elektroerozyjnej do formowania gotowych wyrobów. Zaprezentowano materiały ceramiczne (TaB2) wytwarzane w wyniku reakcji syntezy tantalu i boru podczas nagrzewania. Porównano właściwości fizyczne i wytrzymałościowe materiałów borkowych wytwarzanych metodą spiekania reakcyjnego SPS oraz materiałów barkowych spiekanych z komercyjnych proszków TaB2. Przedstawiono także właściwości materiałów supertwardych o osnowie metalicznej konsolidowanych przy zastosowaniu techniki spiekania reakcyjnego FAST/SPS. Egzotermiczna reakcja syntezy proszków w trakcie procesu spiekania SPS umożliwia zwiększenie kinetyki nagrzewania i konsolidacji kompozytowych materiałów z dodatkiem proszków diamentowych w zakresie niższych temperatur bez grafityzacji fazy supertwardej.

EN

The paper presents the results of physical and mechanical properties of ceramic, metallic and composite materials obtained using the SPS method. Materials sintered by this method have been used, among others, as cutting tools and grinding and polishing elements containing diamond grains. The sintering curves of Al203 matrix materials produced by SPS are presented. The influence of pulse current heating on the duration of the sintering process of oxide and composite materials with the Al203 matrix was determined. The properties of SPS sintering materials were compared with the properties of materials after conventional and microwave sintering processes. The sintering curves and selected properties of Al203 based materials with the addition of solid lubricating phases (WS2) and the addition of titanium diboride are presented. In the case of using SPS sintering it is possible to obtain materials characterized by high physical and mechanical properties at lower parameters (temperature and duration).The additive ofWS2 and TiB2 phases to the matrix of AI203-Ti(C,N) composite materials made it possible to significantly reduce the friction coefficient. The paper also presents the properties of materials based on silicon nitride sintered by SPS method. Si.ifV1 based materials with the addition of phases with good electrical conductivity (eg TiN, TiB2) sintered with SPS method were characterized by high hardness, Young's modulus and low electrical resistance. The improvement of electrical conductivity of Si3N4 ceramic materials enabled the use of electro discharge machining process to form finished products. The ceramic materials (TaB2) produced as a result of the synthesis reaction of tantalum and boron during heating were presented. The physical and mechanical properties of boride materials produced by the reaction sintering SPS and boride materials sintered of commercial TaB2 powders were compared. It also presents the properties of super-hard materials with a metallic matrix consolidated using the FAST/SPS reaction sintering technique. The exothermic reaction of powder synthesis during the SPS sintering process allows to increase the kinetics of heating and consolidation of composite materials with the addition of diamond powders in the range of lower temperatures without graphitization of the super-hard phase.

Słowa kluczowe

PL

spiekanie SPS; spiekanie reakcyjne SPS; materiały ceramiczne; materiały kompozytowe

EN

SPS sintering; SPS reactive sintering; ceramic materials; composites materials

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 30, nr 2
• Strony: 145--164
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Putyra Piotr

• Sieć Badawcza Łukasiewicz- Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, ul. Wrocławska 37a, 30-011 Kraków, Poland

autor

Jaworska Lucyna

• Sieć Badawcza Łukasiewicz- Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, ul. Wrocławska 37a, 30-011 Kraków, Poland

autor

Podsiadło Marcin

• Sieć Badawcza Łukasiewicz- Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, ul. Wrocławska 37a, 30-011 Kraków, Poland

autor

Laszkiewicz-Łukasik Jolanta

• Sieć Badawcza Łukasiewicz- Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, ul. Wrocławska 37a, 30-011 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Lis J., R. Pampuch 2000. Spiekanie. Kraków: Wydawnictwa AGH.
• [2] Putyra P., L. Jaworska, M. Podsiadło, J. Laszkiewicz-Łukasik. 2015. „Materiały ceramiczne spiekane metodą SPS”. Materiały Kompozytowe 4: 42–46.
• [3] Jaworska L., P. Putyra, P. Wyżga, P. Figiel. 2013. „Nowoczesne metody spiekania”. Annales Iniversitatis Paedagogicae cracoviensis 6: 35–40.
• [4] Michalski A., D. Siemiaszko. 2006. “Impulsowo plazmowe spiekanie nanokrystalicznych węglików WC-12Co”. Inżynieria Materiałowa 3: 629–631.
• [5] Somiya S., M. Tokita. 2013. Chapter 11.2.3 – Spark Plasma Sintering (SPS) Method, Systems, and Applica-tions. W Handbook of Advanced Ceramics, 1149–1177.
• [6] Groza J.R., A. Zavaliangos. 2000. “Sintering activation by external electrical field”. Materials Science and Engineering: A 287: 171–177.
• [7] Suárez M., A. Fernández, J.L. Menéndez, R. Torrecillas, H.U. Kessel, J. Hennicke, et al. 2013. Chapter 13: Challenges and Opportunities for Spark Plasma Sintering: A Key Technology for a New Generation of Materials.W: Ertuğ B, editor. Sintering Applications, InTech.
• [8] Raichenko A.I., G.L. Burenkov, V.I. Leshchinsky. 1976. “Theoretical analysis of the elmentary act ofelectric discharge sintering”. Phisics Sinter 5: 215–225.
• [9] Conrad H. 2002. “Thermally activated plastic flow of metals and ceramics with an electric field or current”. Materials Science and Engineering 322: 100–107.
• [10] Anselmi-Tamburini U., S. Gennari, J.E. Garay, Z.A. Munir. 2005. “Fundamental investigations on the spark plasma sintering/synthesis process”. Materials Science and Engineering: A 394:139–148.
• [11] Lawrowski Z. 2008. Tribologia – Tarcie, zużywanie i smarowanie. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Poli-techniki Wrocławskiej.
• [12] Penkala T. 1983. Zarys Krystalografii. Warszawa: PWN.
• [13] Wong K.C., X. Lu., J. Cotter., D.T. Eadie, P.C. Wong, K.A.R. Mitchell. 2008. “Surface and friction characterization of MoS2 and WS2 third body thin films under simulated wheel/rail rolling–sliding contact”. Wear 264: 526–534.
• [14] Deng J., W. Song, H. Zhang. 2009. “Design, fabrication and properties of a self-lubricated tool in dry cutting”. International Journal of Machine Tools &Manufacture 49: 66–72.
• [15] Voevodin A.A., J.S. Zabinski. 2006. “Laser surface texturing for adaptive solid lubrication”. Wear 261: 1285–1292.
• [16] Putyra P., M. Podsiadło, B. Smuk. 2011. “Alumina-Ti(C,N) ceramics with TiB2 additives”. Archives of Materials Science and Engineering 47 (1): 27–32.
• [17] Stolarz S. 1973. Wysokotopliwe związki i fazy. Katowice: Wydawnictwo „Śląsk”.
• [18] Laszkiewicz-Łukasik J. 2017. Spiekanie reakcyjne ceramiki TaB2 metodą SPS oraz charakterystyka wybranych właściwości otrzymanych materiałów. Rozprawa doktorska. Warszawa: Politechnika Warszawska.

Uwagi

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