BazTech - Yadda

1

Ewolucja mikrostruktury i budowa granicy fazowej Al2O3 - osnowa szkło-krystaliczna w kompozytach z udziałem wiskerów Al18B4O33

Herman D., Kminikowska K.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 4

304--310

PL

Badano wpływ krystalizacji in situ wiskerów Al18B4O33 w kompozytach z tlenku glinu na mikrostrukturę osnowy szklano-krystalicznej. Obecność fazy wiskerowej ma wpływ na procesy dyfuzyjne w granicy fazowej. W jej obszarze kształtuje się odmienna struktura w porównaniu do kompozytu, w którym osnowę stanowi tworzywo szklano-krystaliczne z główną, drobnodyspersyjną fazą ZnAl2O4 i wiskerami Al4B2O9. Na podstawie przeprowadzonej mikroanalizy rentgenowskiej stwierdzono istotne zmiany stężenia głównych pierwiastków tworzących osnowę w obszarze złącza dla poszczególnych kompozytów. W zależności od reakcji na granicy faz i udziału objętościowego wiskerów zmienia się hierarchia strukturalna osnowy w kierunku dominującej fazy Al18B4O33 i zmniejsza się udział MgAl11LaO9 w kompozycie. W zależności od składu fazowego kompozytu i wynikającej z niego mikrostruktury osnowy zmieniają się także właściwości mechaniczne.

EN

The influence of in situ crystallization of Al18B4O33 whiskers on microstructure of the glass-crystalline matrix of alumina composites was examined. The presence of whisker phases has effects on diffusion processes in phase boundaries. A different structure arises within their area in comparison with the composite composed of the glass-crystalline matrix containing the micro-dispersion ZnAl2O4 phase and Al4B2O9 whiskers. On the basis of X-ray microanalysis, significant changes were confirmed in the concentration of main elements constituting the matrix in the bond area for particular composites. Depending on the reaction occurring in the phase boundary and the volume content of whiskers, the structural hierarchy of the matrix changes in the direction of the dominant Al18B4O33 phase, and the content of MgAl11LaO9 decreases in the composite. The mechanical properties also change, depending on the phase composition of the composite and the resultant microstructure of the matrix.

2

The impact of TiN content on microstructure and mechanical properties of ceramic particulate composite Si3N4–TiN

Dubiel A., Górny G., Rączka M., Stobierski L.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 5

224--230

EN

The paper presents the results of study of the influence of the volume fraction of TiN phase on the microstructure and mechanical properties of the ceramic particulate composite Si3N4–TiN. Samples of the Si3N4–TiN composite containing 5, 10, 15 or 20 vol. % of TiN phase were obtained by sintering mixtures of TiN and Si3N4 powders and sintering additives (6 wt % aluminium oxide and 4 wt % of yttrium oxide). Two types of TiN powder differing in the degree of fragmentation were used. Sintering was conducted at a pressure of 25 MPa at 1750°C for 1 hour. The resulting materials were subjected to quantitative analysis of the microstructure in order to determine the effect of TiN volume fraction and kind of TiN powder used on the microstructure of composites. Binary images showing the Si3N4 grains or TiN particles were obtained by the processing and binarization of SEM gray images of composite microstructure using the Aphelion computer software. The values of selected stereological parameters determining the size, shape and uniformity of distribution of the TiN particles and the size and shape of the matrix grains were determined. The study of the composite microstructure showed that for both types of TiN powders the increase of TiN volume fraction does not cause significant changes in size and shape of the Si3N4 grains. The increase in volume fraction of TiN phase produces the increase in the average TiN particle size in the composite, but cause only a slight change in their shape. Titanium nitride particles in the composite were smaller and somewhat more isometric and more uniformly distributed in the matrix when fine TiN powder was used. Measurements of flexural strength σf and fracture toughness KIc of all materials samples were conducted to determine the effect of composite microstructure changes on mechanical properties. The flexural strength and fracture toughness of the composites increase with the volume fraction of TiN phase. Composites with finer TiN particles are preferable from the point of view of better flexural strength, but higher values of fracture toughness are obtained for composites with coarser TiN particles.

PL

W celu doskonalenia właściwości mechanicznych ceramiki z azotku krzemu tworzy się kompozyty ziarniste o osnowie z Si3N4, a jednym z takich materiałów jest kompozyt Si3N4–TiN. W kompozytach ziarnistych istotnymi zmiennymi mikrostrukturalnymi są m.in. udział objętościowy fazy rozproszonej, wielkość i kształt cząstek tej fazy oraz sposób ich rozmieszczenia w osnowie kompozytu. Celem pracy jest zbadanie wpływu udziału objętościowego fazy TiN oraz stopnia rozdrobnienia proszku TiN użytego do wytworzenia kompozytu Si3N4–TiN na jego mikrostrukturę oraz twardość, wytrzymałość na zginanie i odporność na kruche pękanie.

3

Badania odporności na zużycie ścierne potencjalnych materiałów narzędziowych

Wyżga P., Laszkiewicz-Łukasik J., Jaworska L.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 2

109--112

PL

W artykule przedstawiono wyniki wysokotemperaturowych badań odporności na zużycie ścierne przeprowadzonych metodą ball-on-disc. Kompozyty o składzie 70% masowych TiN i 30% masowych TiB2 otrzymano metodą spiekania iskrą elektryczną SPS (spark plasma sintering). Proces spiekania nanoproszków prowadzono w temperaturze 2100 °C, a mikroproszków – w temperaturze 1600 °C. W obu przypadkach czas spiekania wynosił 5 min. Zmierzono wybrane właściwości fizyczne i mechaniczne. Średni współczynnik tarcia w temperaturze 700 °C kompozytu TiN–TiB2 uzyskanego z nanoproszków wyniósł 0,52, a kompozytu wytworzonego z mikroproszków – 0,74. Badania składu fazowego powierzchni po testach tribologicznych potwierdziły występowanie w tych kompozytach nie tylko TiN i TiB2, lecz także faz hBN i TiO2.

EN

This paper presents results of the high temperature tribological research work using ball-on-disc method. The 70wt% TiN and 30%wt TiB2 composite samples were obtained by spark plasma sintering (SPS) method from nano- and micropowders. Sintering parameters were 2100 °C and 1600 °C respectively for nano- and micropowders, sintering duration was 5 minutes. Selected physical and mechanical properties were measured. Average friction coefficient values of the TiN/TiB2 composite material were 0.52 and 0.74 for the nanopowders and for the micropowders samples respectively. XRD surface phase tests performed after tribological tests revealed not only TiN and TiB2 content, but also hBN and TiO2 phases in samples obtained from both nano- and micropowders.

4

Wpływ zawartości CaO na kształtowanie się porowatej mikrostruktury spieków kompozytowych ZrO2/Al2O3

Czaja P., Osińska K., Bernard H., Maszybrocka J., Cybo J., Czekaj D.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 1

59-64

PL

W prezentowanej pracy przedstawione zostały wybrane zagadnienia dotyczące technologii wytwarzania kompozytów ceramicznych (ZrO2)x(Al2O3)100%-x dla x = 100%, 90% i 80% mas. Prezentowane materiały zostały wytworzone poprzez mieszanie składowych proszków i zagęszczanie otrzymanych mieszanin metodą spiekania swobodnego w temperaturze T = 1350°C przez okres t = 2 godzin. Otrzymano kompozyty ceramiczne z 5-procentową domieszką tlenku wapnia CaO oraz bez domieszki tego tlenku na drodze jednokrotnego i dwukrotnego spiekania. Do obserwacji morfologii przełomu zastosowano metodę skaningowej mikroskopii elektronowej. Dokonano analizy oceny składu chemicznego z wykorzystaniem metody EDS.

EN

The presented paper addresses selected issues relating to the technology of manufacturing ceramic composites (ZrO2)x(Al2O3)100%-x for x = 100%, 90% and 80 wt%. The presented materials have been produced by mixing component powders and consolidation of the resultant mixtures by using natural sintering at T = 1350°C for a time of t = 2 hours. The composites with no and with a calcium oxide admixture of 5 wt% added as the sintering aid were single and double sintered. To carry out observation of the fracture morphology, scanning electron microscopy was used. An analysis of the chemical composition evaluation was made by using EDS.

5

Determination of metal foam flow conditions at a temperature higher than the liquidus temperature

Grabian J.

Archives of Foundry Engineering

|

2011

|

Vol. 11, iss. 1

27-30

EN

As it is known a foam made of composite with aluminium alloy matrix and SiC particles reinforcement does not reach the liquid state even at a temperature over 1000oC. The causes of such behaviour of foam have been examined. It has been found that it is due to two phenomena. One is connected with the creation of continuous layer of oxides at the boundary of gaseous pores and liquid metallic phase. The other is an increase of the apparent viscosity of solids suspended in liquid metal along with an increased content of these inclusions to the point where the suspension loses its continuity.

6

Effects of B4C addition on the microstructural and thermal properties of hot pressed SiC ceramic matrix composites

Keçeli Z., Ögünç H., Boyraz T., Gökçe H., Addemir O., Lütfi Öveçođlu M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 37, nr 2

428-433

EN

Purpose: The purpose of paper is to evaluate effects of B4C addition on the microstructural and thermal properties of hot pressed SiC ceramic matrix composites. Design/methodology/approach: The effect of B4C addition on microstructural and thermal properties of the SiC-B4C powder composites were investigated after high energy milling and hot pressing. SiC powders containing 5wt%, 10wt%, 15wt% B4C were mechanically alloyed in a high energy ball mill for 8 h. Findings: Microstructural characterisation investigations (SEM, XRD) were carried out on mechanically alloyed SiC powder composites containing 5 wt %, 10 wt %, 15 wt % B4C powders and on these powder composites sintered in vacuum at 50 MPa at 2100şC. The thermal properties were characterised using DTA, TGA and dilatometer. The results were evaluated. Research limitations/implications: In this study, the effect of B4C addition on microstructural and mechanical properties of the SiC-B4C powder composites was investigated after high energy milling and hot pressing. Originality/value: Ceramic matrix composite (CMC) material systems are stimulating a lot of interest to be used and provide unique properties for aircraft and land-based turbine engines, defence applications, rocket motors, aerospace hot structures and industrial applications. Boron carbide (B4C)-silicon carbide (SiC) ceramic composites are very promising armour materials because they are intrinsically very hard. Advanced SiC-based armour is desired so that the projectile is completely defeated without penetrating the ceramic armour.

7

Effects of B4C addition on the microstructural and thermal properties of hot pressed SiC ceramic matrix composites

Keceli Z., Ogunc H., Gokce H., Addemir O., Ovecoglu M. L., Boyraz T.

Archives of Materials Science

|

2008

|

Vol. 29, nr 1-2

41-49

EN

Ceramic matrix composite (CMC) material systems are receiving a great interest to be used and provides unique properties for aircraft and land-based turbine engines, defence applications, rocket motors, aerospace hot structures and industrial applications. Boron carbide (B4C)-silicon carbide (SiC) ceramic composites are very promising armor materials because they are intrinsically very hard. Advanced SiC-based armor is desired such that the projectile is completely defetaed without penetrating the ceramic armor. The effect of B4C addition on microstructural and thermal properties of the SiC-B4C powder composites were investigated after high energy milling and hot pressing. SiC powders containing 5wt%, 10wt%, 15wt% B4C were mechanically alloyed in a high energy ball mill for 8 h. Microstructural characterization investigations (SEM, XRD) were carried out on mechanically alloyed SiC powder composites containing 5 wt%, 10 wt%, 15 wt% B4C powders and on these powder composites sintered in vacuum at 50 MPa at 2100 degree C. The thermal properties were characterized using DTA, TGA and dilatometer. The results were evaluated.

8

Wybrane właściwości cieplne kompozytów C/Si-C-O i C/SiC otrzymanych z prekursorów polimerowych

Gumuła T., Błażewicz S.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 1

68-73

PL

Celem pracy było zbadanie przewodnictwa cieplnego oraz odporności na utlenianie nowych materiałów kompozytowych o osnowie ceramicznej, powstałej w wyniku pirolitycznej konwersji polimeru krzemoorganicznego. Elementem wzmacniającym kompozytów były włókna węglowe. W doświadczeniach, jako substraty osnowy ceramicznej, wykorzystano cztery rodzaje dostępnych na rynku tanich żywic polisiloksanowych. Podstawowa charakterystyka żywic została przedstawiona w tabeli 1. Kompozyty o jednokierunkowym ułożeniu włókien (ID) otrzymywano metodą ciekłej impregnacji. Następnie kompozyty obrabiano cieplnie w atmosferze ochronnej argonu do 1000°C w celu otrzymania kompozytów C/Si-C-O (włókno węglowe/oksywęglik krzemu) i do 1700°C w celu otrzymania kompozytów C/SiC (włókno węglowe/węglik krzemu). Charakterystykę otrzymanych kompozytów przedstawiono w tabeli 2. Współczynnik przewodnictwa cieplnego kompozytów wyznaczany był przy wykorzystaniu metody porównywania przepływu ciepła przez próbkę wzorcową i badaną. Schemat urządzenia przeznaczonego do pomiaru przewodnictwa cieplnego przedstawiono na rysunku 1. Odporność na utlenianie określano na podstawie pomiaru strat masy próbek utlenianych w atmosferze powietrza w temperaturze 600°C w czasie 2 godzin. Badania mikrostruktury przeprowadzono za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego JEOL 5400 (SEM), współpracującego z mikroanalizatorem dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego LINK AN 10000 (EDS). Rysunek 2 uwidacznia wpływ ciśnienia sieciowania na przewodnictwo cieplne badanych kompozytów. Kompozyty C/Si-C-O sieciowane przy wyższym ciśnieniu mają wyższe wartości przewodnictwa cieplnego w porównaniu do kompozytów C/Si-C-O sieciowanych przy ciśnieniu o niższej wartości - im wyższe ciśnienie sieciowania, tym lepszy kontakt pomiędzy włóknami i osnową, i w konsekwencji - wyższe wartości przewodnictwa cieplnego. Identyczna zależność występuje w przypadku kompozytów C/SiC (rys. 2). Kompozyty C/Si-C-O sieciowane przy takim samym ciśnieniu jak kompozyty C/SiC mają wyższe przewodnictwo cieplne (rys. 2). Wpływ porowatości na przewodnictwo cieplne kompozytów C/Si-C-O przedstawia rysunek 3. Rysunek ten potwierdza fakt, że przewodnictwo cieplne kompozytów spada ze wzrostem porowatości. Z uwagi na wielkość przewodnictwa cieplnego, mierzoną w kierunku równoległym do kierunku ułożenia włókien, zbadane kompozyty C/Si-C-O i C/SiC można uznać za materiały o średnich właściwościach izolacyjnych. Kompozyty C/Si-C-O charakteryzują się dość niską odpornością na utlenianie (rys. 4). Duże straty masy występujące podczas utleniania próbek kompozytów C/Si-C-O wynikają z utleniania się węgla z włókien węglowych oraz wolnego węgla zawartego w osnowach kompozytowych. Kompozyty C/SiC mają wyraźnie wyższą odporność na utlenianie w porównaniu do kompozytów C/Si-C-O (rys. 4). Przyczyną polepszenia odporności na utlenianie kompozytów C/SiC jest obecność na granicy faz włókno-osnowa warstwy ochronnej z węglika krzemu (rys. 5), powstałej w trakcie obróbki termicznej kompozytu. Mimo stosunkowo wysokiej porowatości kompozytów C/SiC (do 39% - tab. 2), dzięki obecności na powierzchni włókien węglowych warstwy ochronnej z węglika krzemu, kompozyty te zachowują znaczącą odporność na utlenienie. Warstwa ochronna z węglika krzemu powstaje podczas procesu rozkładu termicznego osnowy z oksyweglika krzemu, zachodzącego w temperaturze powyżej 1000°C głównie poprzez fazę gazową. Dowodem na to, że proces rozkładu zachodzi głównie poprzez fazę gazową, jest krystalizacja węglika krzemu w formie nanowłókien w porach kompozytów (rys. 5).

EN

The aim of this work was to investigate thermal conductivity and oxidation resistance of new ceramic matrix composites obtained by pyrolytic conversion of organosilicon polymer. Carbon fibres were used as reinforcement. As ceramic matrix substrates four types of cheap commercially available polysiloxane resins were used. The basic characteristic of the polysiloxane polymer precursors is presented in Table 1. Unidirectional reinforced composites (ID) were manufactured by liquid impregnation method. The composites were heat treated ill an inert argon atmosphere up to 1000°C in order to obtain C/Si-C-O composites (carbon fibre/silicon oxycarbide) and up to 1700°C in order to obtain C/SiC composites (carbon fibre/silicon carbide). The characteristic of such obtained ceramic composites is shown in Table 2. Thermal conductivity of the composites were determined by comparison of heat flow by standard and investigated samples. The scheme of thermal conductivity testing set up is shown in Figure 1. Oxidation resistance was examined by mass losses of samples heated in air atmosphere at 600°C for 2 h. Microstructure of the composites was observed by scanning electron microscope JEOL 5400 (SEM) with EDS accessory (LINK AN 10000 microanalyzer). Figure 2 reveals the effect of curing pressure on thermal conductivity of investigated composites. The C/Si-C-O composites cured under higher pressure have higher values of thermal conductivity in comparison with C/Si-C-O composites cured under lower pressure - the highest curing pressure the better contact between fibres and matrix, and, as a consequence, higher thermal conductivity values. Similar dependence is observed for C/SiC composites (Fig. 2). C/Si-C-O composites cured under the same pressure as C/SiC composites demonstrate higher thermal conductivity (Fig. 2). The effect of porosity on thermal conductivity of various C/Si-C-O can be seen in Figure 3. This Figure confirms that thermal conductivity of composites decreases with increasing of porosity. From the point of view of thermal conductivity values, measured according to fibres axes, the C/Si-C-O and C/SiC composite samples demonstrate medium thermal properties as insulating materials. C/Si-C-O composites represent relatively low oxidation resistance (Fig. 4). High mass losses occurring during oxidation test of C/Si-C-O composites results from oxidation of carbon from carbon fibres and free carbon phase from composite matrices. C/SiC composites show distinctly higher oxidation resistance in comparison with C/Si-C-O composites (Fig. 4). The reason of higher oxidation resistance of C/SiC composites is the presence of silicon carbide protective layer on carbon fibres surface (Fig. 5), forming during heat treatment of composites. In spite of high porosity of C/SiC composites (up to 39% - Table 2), due to the presence of silicon carbide protective layer on carbon fibres, such composites exhibit relatively high oxidation resistance. Silicon carbide layer is formed during thermal decomposition of silicon oxycarbide matrix, occurring above 1000°C mainly by gas phase. An evidence, that the decomposition process occurs mainly by gas phase is crystallisation of silicon carbide in the form of nanofilaments (Fig. 5) in composite pores.

9

Kompozyty Al2O3-SiCw

Krawczyńska A., Biesiada K., Olszyna A.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 2

38-43

PL

Przedstawiono wyniki badań nad modyfikacją właściwości Al2O3, mającą na celu zwiększenie odporności materiału na kruche pękanie poprzez wprowadzenie do osnowy ceramicznych wiskersów węglika krzemu (ß-SiC). Technika wytwarzania materiałów kompozytowych Al2O3+x%wag.SiCw (x = O, 5,10,15, 20) obejmuje: mieszanie proszków, suszenie, granulowanie, prasowanie jednoosiowe p = 20 MPa, dogęszczanie izostatyczne p = 120 MPa oraz spiekanie próbek w warunkach T = 1650°C/1 h, p = 35 MPa w atmosferze argonu (rys. 3). Następnie oznaczono właściwości fizyczne kompozytów, takie jak: gęstość, porowatość, nasiąkliwość metodą hydrostatyczną (rys. 4). Przeprowadzono również przykładową jakościową analizę fazową kompozytu Al2O3+15%SiCw, która wykazała występowanie Al2O3 oraz dwóch odmian (politypów) węglika krzemu - ß (rys. 5). Zbadano także własności wytrzymałościowe: twardość (HV) i odporność na kruche pękanie (metodą pomiaru długości pęknięć z odcisku Vickersa) (rys. 7). W wyniku spiekania kompozytów Al2O3+x%wag.SiCw (x = O, 5, 10, 15, 20) pod ciśnieniem (p = 35 MPa) otrzymano materiały o zagęszczeniu nie mniejszym niż 96%, twardości 18 GPa (dla Al2O3+20% wag. SiCw) i współczynniku intensywności naprężeń K(IC) - 6 MPa * m1/2 (dla Al2O3+20%wag. SiCw). Otrzymane wartości współczynnika intensywności naprężeń obserwowane w badanych kompozytach spowodowane są obecnością wiskersów SiC (odchylanie i mostkowanie pęknięć).

EN

The study is concerned with the modification of the properties of Al2O3, in particular aimed at improving the fracture toughness of this material, by introducing ceramic whiskers of the silicon carbide (ß-SIC) into its matrix. The technological operations involved in the production of the Al2O3+x%wt.SiCw (x = O, 5, 10, 15, 20) composite are: mixing the starting powders, drying the mixture, granulating, uniaxial pressing at p =20 MPa, isostatic compacting at p = 120 MPa, and hot pressing sintering in T = 1650°C, p = 35 MPa for 1 h in argon (Fig. 3). The physical properties of the Al2O3+x%SiCw composites thus produced, such as the density, porosity and absorptivity were determined using the hydrostatic method (Fig. 4). The phases identified in the Al2O3+15%SiCw composite by a qualitative phase analysis were Al2O3 and two yariations of ß-SiC (Fig. 5). Investigation the strength properties of the composite, such as the hardness (HV) and fracture toughness (Vickers method) (Fig. 7). The Al2O3+x%wt.SiCw (x = O, 5, 10, 15, 20) composites hot-pressed under a pressure of 35 MPa show a high hardness of 18 GPa (for Al2O3+20%wt.SiCw) and stress intensity factor Ktc of 6 MPa * m1/2 (for Al2O3+20%wt.SiCw). The value of the stress intensity factor measured in the Al2O3+x%wt.SiCw (x = O, 5, 10, 15, 20) composites can be attributed to the presence of the whiskers SiC (crack deviation and bridging).

10

Kompozyty Al2O3-Si3N4w

Banul M., Biesiada K., Olszyna A.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 1

74-78

PL

Przedstawiono wyniki badań nad modyfikacją właściwości Al2O3, przede wszystkim zwiększenia odporności materiału na kruche pękanie poprzez wprowadzenie do osnowy ceramicznych wiskersów azotku krzemu ([alfa]-Si3N4). Proces wytwarzania materiałów kompozytowych Al2O3+x%mas.Si3N4w (x = 1, 2, 3, 4. 5) obejmuje: mieszanie proszków, suszenie, granulowanie, prasowanie jednoosiowe p = 20 MPa, dogęszczanie izostatyczne p = 120 MPa oraz spiekanie wyprasek próbek w temperaturze T = 1450°C/1 h pod ciśnieniem p = 35 MPa w atmosferze argonu. Określono właściwości fizyczne otrzymanych kompozytów, takie jak: gęstość, porowatość i nasiąkliwość, metodą hydrostatyczną. Przeprowadzono jakościową analizę fazową kompozytu Al2O3+5%Si3N4w. Określono twardość (HV) i odporność na kruche pękanie badanych kompozytów. W wyniku spiekania Al2O3+x%mas.Si3N4w (x = 1, 2, 3, 4, 5) pod ciśnieniem (p = 35 MPa) otrzymano spieki o zagęszczeniu nie mniejszym niż 98%, twardości 20 GPa (dla Al2O3+5%mas.Si3N4w) i krytycznym współczynniku intensywności naprężeń K(IC) = 4,54 MPa * m1/2 (dla Al2O3+5%mas.Si3N4w). Otrzymane wartości twardości i krytycznego współczynnika intensywności naprężeń badanych kompozytów spowodowane są obecnością twardych wiskersów Si3N4 (odchylanie i mostkowanie pęknięć).

EN

The study is concerned with the modification of the properties of Al2O3, in particular aimed at improving the fracture toughness of this material, by introducing ceramic whiskers of the silicon nitride ([alpha]-Si3N4) into its matrix. The technological operations involved in the production of the Al2O3+x%wt.Si3N4W (x = 1, 2, 3, 4, 5) composite are: mixing the starting powders, drying the mixture, granulating, uniaxial pressing at p = 20 MPa, isostatic compacting at p = 120 MPa, and hot pressing sintering in T = 1450°C, p = 35 MPa for 1 h in argon. The physical properties of the Al2O3+x%wt.Si3N4w composites thus produccd, such as the density, porosity and absorptiyity were determined using the hydrostatic method (Fig. 4). The phases in the Al2O3+5%Si3N4w were identified. Investigation of the strength properties of the composite, such as the hardness (HV1) and fracture toughness (Vickers method) was also carried out. The Al2O3+x%wt.Si3N4w (x = 1, 2, 3, 4, 5) composites hot--pressed under a pressure of 35 MPa show high hardness of 20 GPa (for Al2O3+5%wt.Si3N4w) and critical value of stress intensity factor K(IC) of 4,54 MPa * m1/2 (for Al2O3+5%wt.Si3N4w). The critical value of the stress intensity factor measured in the Al2O3+x%wt.Si3N4w (x = 1, 2, 3, 4, 5) composites can be attributed to the presence of the whiskers Si3N4 (crack deviation and bridging).

11

Próby modelowania właściwości kompozytów ceramicznych z iłów modyfikowanych dodatkami nieilastymi aktywnymi w wysokich temperaturach

Lewowicki P.

Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo

|

2005

|

Z. 12 (160)

71-75

12

Tribological behaviour of textile-reinforced ceramic matrix composites

Hufenbach W., Langkamp A., Kunze K.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 2

17-22

EN

Fibre and textile reinforced ceramic composites with silicon carbide as matrix material are gaining increasing importance for complexly loaded structures in high-temperature and tribological applications. Besides improving the strength, the main target of the reinforcement is to increase the composite toughness. Furthermore, using an adapted reinforcement an optimized thermo-mechanical property profile and an adaptation of the tribological behaviour of the anisotropic composite can be achieved. Therefore a specific arrangement of the fibres, the matrix and the fibre matrix interface have to be developed. The objective of this paper is to present the anisotropic mechanical material properties of different fibre and textile reinforced ceramics which were experimentally determined in adapted material tests. Furthermore a detailed investigation of the tribological behaviour of ceramic composite was performed using pin-to-disk tests. The results show clearly, that the material behaviour of fibre ceramic composites is essentially depending on the production procedure. Whereas the elastic structural behaviour of C fibre reinforced SiC ceramics made by the chemical--vapour-infiltration-technique is nearly isotropic, liquid-silicon-infiltrated SiC materials show a high degree of anisotropy, which has to be principally considered within the design process of fibre ceramic structures. The tribological tests indicate that reinforced ceramics exhibit an excellent tribological behaviour with low wear rates and coefficients of friction. In further studies adapted material pairing has to be developed for tribological applications.

PL

Kompozyty ceramiczne o osnowie z węglika krzemu i wzmocnieniu włóknistym lub tekstylnym zdobywają coraz większe znaczenie w budowie struktur poddawanych złożonym stanom obciążenia w warunkach wysokiej temperatury i tarcia. Istotnym zadaniem wzmocnienia jest w tym przypadku, poza poprawą wytrzymałości, również podniesienie twardości kompozytu. Zastosowanie odpowiedniego wzmocnienia pozwala także na osiągniecie optymalnych właściwości termomechanicznych oraz wpływa na właściwości tribologiczne kompozytu anizotropowego. Wynika stąd potrzeba określenia specyficznego dla danego zastosowania układu włókien, osnowy oraz warstwy granicznej między wzmocnieniem i osnową. W artykule zaprezentowano anizotropowe właściwości mechaniczne różnych kompozytów ceramicznych o wzmocnieniu włóknistym lub tekstylnym, które zostały doświadczalnie wyznaczone w specjalnych próbkach materiałów. Przeprowadzono szczegółowe badania własności tribologicznych za pomocą testów typu "trzpień na tarczy" (pin-to-disk). Uzyskane wyniki pokazują jednoznacznie, że właściwości kompozytów ceramicznych o osnowie SiC wzmocnionych włóknami węglowymi są silnie zależne od technologii wytwarzania. Podczas gdy infiltracja metodą osadzania chemicznego powoduje uzyskanie prawie izotropowych własności sprężystych, infiltracja płynnym SiC skutkuje istotną anizotropią, która powinna być uwzględniana w projektowaniu z użyciem opisywanych materiałów. Wyniki badań tribologicznych potwierdzają również bardzo dobre właściwości tribologiczne tych materiałów - niskie zużycie i niskie współczynniki tarcia. Przedmiotem dalszych badań powinno być opracowanie par tarciowych dopasowanych do konkretnych zastosowań.

13

Kompozyty ceramiczne formowane z wykorzystaniem wybranych reakcji enzymatycznych

Tomaszewska-Grzęda A., Szafran M.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 11

297-301

PL

Proces kontrolowanej koagulacji mas lejnych pod wptywem reakcji enzymatycznych (Direct Coagulation Casting) jest od kilku lat tematem prac prowadzonych w Zespole Ceramiki Specjalnej Zakładu Technologii Nieorganicznej i Ceramiki Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej. Polega on na zateżaniu masy lejnej poprzez wewnętrzną powolną zmianę pH (będącą wynikiem rozkładu pewnych substancji pod wpływem enzymów) wokół każdej cząstki proszku ceramicznego, co jest przyczyną zmiany budowy podwójnej warstwy elektrycznej wokół tego proszku zawieszonego w rozpuszczalniku. W pracy przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem kompozytów ceramicznych na drodze kontrolowanej koagulacji ceramicznych mas lejnych z Al2O3, nZrO2 lub mieszaniny wodorotlenków cyrkonu, hafnu i itru. Praca polegała na otrzymaniu i zbadaniu właściwości kompozytów zawierających 95% obj. tlenku glinu i 5% obj. domieszki nZrO2, wprowadzonej na dwa sposoby - jako proszek i jako "żel", a następnie na porównaniu otrzymanych wyników. W tabeli 1 przedstawiono wyniki badań kształtek surowych otrzymanych z ceramicznych mas lejnych z tlenku glinu, z tlenku glinu z 5% dodatkiem nanoproszku tlenku cyrkonu oraz z tlenku glinu z dodatkiem "żelu" o całkowitym stężeniu fazy stałej 54,3% obj., a w tabelach 2-5 - kształtek spiekanych. Rysunki 1-4 przedstawiają kolejne powiększenia kształtki spiekanej otrzymanej metodą DCC z tlenku glinu i "żelu". Uzyskane wyniki badań wskazują na trafność wyboru mieszaniny wodorotlenków cyrkonu, hafnu i itru jako składników kompozytu Al2O3-nZrO2 w miejsce wcześniej stosowanego nZrO2.

EN

The direct coagulation casting by means of enzymatic reactions is the subject of research carried out m the Department of Specialty Ceramics of the Warsaw University of Technology Faculty of Chemistry Division of Inorganic Technology and Ceramics. This method consists in the concentration of the casting slip by internal, slow change of pH (resulting from the decomposition of certain substances by means of enzymes) round each particle of the ceramic powder. This is the reason for the change in the structure of the double electric layer round this powder suspended in a solvent. In the work the results of studies on the obtaining of ceramic composites by direct coagulation casting of slips with Al2O3, nZrO2 or a mixture of zirconium, hafnium and yttrium hydroxides are presented. The work consisted in the obtaining and studying the properties of composites comprising 95 vol.% of aluminum oxide and 5 vol.% of the ZrO2 additive, introduced by two methods - as a powder and as a "gel", and the comparison of the results obtained. Table 1 shows the results of studies of green samples obtained from ceramic casting slips with aluminum oxide, aluminum oxide with a 5 % additive of zirconium oxide nanopowder, and with aluminum oxide with the addition of a gel of total solid phase concentration of 54.3 vol.%. Tables 2-5 show the results of studics of sintered samples. Figures 1-4 show consecutive magnifications of the sintered sample obtained by the DCC method from aluminum oxide and gel. The obtained results of studies show the relevancy of selecting the mixture of zirconium, hafnium and yttrium hydroxides as components of the Al2O3-nZrO2 composite, instead of the earlier used nZrO2.

14

Kompozyty ceramiczne typu Al2O3-ZrO2 otrzymywane metodą Direct Coagulation Casting

Tomaszewska-Grzęda A., Szafran M.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 8

428-433

EN

The Direct Coagulation Casting (DCC) is a new and very interesting method of molding samples from ceramic casting slips of high concentration of the solid phase. It consists in concentrating the casting slip via internal slow change of pH round each ceramic powder particle, which causes changes in the structure of the double electric layer around the powder suspended in the slip. This results in a reduction of the electrostatic repulsion forces of double electric layers in favor of the Van der Waals attraction forces. The role of enzymes in the DCC process consists in the decomposition of an appropriately selected substance which results in slow liberation over the whole volume of molecules changing the pH or also in the synthesis of salts modifying the double electric layer. The results of using the urease-urea system and the properties of ceramic casting slips, green samples and after sintering with aluminum oxide and Al2O3-nZrO2 composites are presented in the paper. In Figures 1-3 are presented the results of studies of casting slips obtained by the DCC method with Al2O3 and Al2O3-nZrO2. In Tables 1 and 2 are presented the results of studies of green and sintered samples, whereas their picture obtained by means of a scanning microscope are presented in Figures 4-9. The obtained results of studies show a considerable probability of obtaining in the future of Al2O3-nZrO2 composites of good strength parameters resulting from their high degree of thickening, providing that a deglomeration method of nZrO2 in the above presented process will be elaborated.

PL

Proces Direct Coagulation Casting (DCC) jest nową i bardzo interesującą metodą formowania kształtek z ceramicznych mas lejnych o dużym stężeniu fazy stałej. Polega on na zatężaniu masy lejnej poprzez wewnętrzną powolną zmianę pH wokół każdej cząstki proszku ceramicznego, co powoduje zmiany budowy podwójnej warstwy elektrycznej wokół proszku zawieszonego w masie. W efekcie prowadzi to do redukcji sił elektrostatycznego odpychania podwójnych warstw elektrycznych na korzyść sił przyciągania van der Waalsa. Rola enzymów w procesie DCC polega na rozkładzie odpowiednio dobranej substancji, w wyniku czego następuje powolne wydzielanie w całej objętości cząsteczek zmieniających pH lub też na syntezie soli modyfikujących podwójną warstwę elektryczną. W pracy przedstawiono wyniki zastosowania układu ureaza-mocznik i jego wpływu na właściwości ceramicznych mas lejnych, kształtek surowych, jak i po spiekaniu z tlenku glinu oraz kompozytów Al2O3-nZrO2. Na rysunkach 1-3 przedstawiono wyniki badania mas lejnych otrzymanych metodą DCC z Al2O3 oraz Al2O3-nZrO2. W tabelach 1 i 2 podano wyniki badań kształtek surowych i spiekanych, natomiast ich obraz otrzymany przy użyciu mikroskopu skaningowego przedstawiają rysunki 4-9. Uzyskane wyniki badań wskazują na duże prawdopodobieństwo otrzymania w przyszłości kompozytów Al2O3-nZrO2 o dobrych parametrach wytrzymałościowych, wynikających z ich wysokiego stopnia zagęszczenia, pod warunkiem, że zostanie opracowana metoda deaglomeracji n-ZrO2 w wyżej przedstawionym procesie.

15

Estimation of the ceramic admixture influence on the polymerization temperature for surgical cement

Okrajni J., Balin A.

Journal of Medical Informatics & Technologies

|

2003

|

Vol. 6

IT127--135

EN

This work concentrates on the mathematical analysis of the ceramic admixture influence on the temperature distribution into the polymerizable bone cement. It has been taken the simplified model, which consist in treatment the cement sample as a plate of the definite thickness. It has been determined the temperature field within the plate along the thickness of the sample, during the polymerization process. It was found that Al2O3 admixture added into the bone cement first of all affects on the change of maximal polymerazation temperature through the increase of the temperature condictivity coefficient a for PMMA-Al2O3 composite. Assuming that the coefficient a for the composite is twice higher than for PMMA, the calculated maximal temperature for the polymerizing system decreases to about 30%.

16

Koncepcja numerycznej symulacji przemiany fazowej w analizie naprężeń w obszarze wokół pęknięcia w kompozycie ceramicznym

Niezgoda T., Małachowski J., Szymczyk W.

Przegląd Mechaniczny

|

2002

|

nr 7-8

37-41

PL

W kompozycie ceramicznym na bazie korundu i tlenku cyrkonu, w trakcie rozwoju pęknięć podkrytycznych, obserwowane jest zjawisko wzrostu odporności na pękanie w funkcji długości pęknięcia (tzw. zachowanie typu krzywej R), co spowodowane jest przemianą fazową ZrO2 z postaci tetragonalnej w jednoskośną; w pracy prezentowany jest sposób numerycznej symulacji relaksacyjnego wpływu przemiany fazowej na naprężenia na czole pęknięcia - sposób symulacji bazuje na fakcie istnienia różnicy objętości fazy tetragonalnej i jednoskośnej; obliczenia przeprowadzone są metodą elementów skończonych.

EN

In a ceramic composite based on corundum and zirco-nium oxide, as the subcritical cracks are developing an increase in crack resistance VS the crack length (the so called behaviour of the R curve type) occurs. It is caused by the phase transition ZrO2 from a tetragonal into monoclinic form. A method of numerical simulation is presented of the relaxation influence of the phase transi-tion upon the stress on the crack head. The simulation method is based on the difference existing between the volumes of the tetragonal and monoclinic phases. The calculations were made using the finite element method.

17

Method of contraction and polymerisation temperature testing for surgical cement

Balin A., Pucka G., Toborek J., Gajda Z.

Journal of Medical Informatics & Technologies

|

2002

|

Vol. 4

MT57--61

EN

This work concentrates on the developing a method of the contraction and polymerisation temperature testing for the surgical cement. The linear contraction and maximum polymerisation temperature values have been determined for the pure Palacos R cement and for the same cement with Al2O3 admixture. The investigations were performed into metal mould at initial temperature 19 °C and 37 °C. Basing on the examination results it can be stated that on the contraction and polymerisation temperature the following factors have the influence: - temperature of the mould, - kind of the admixture, - a size of the admixture particles.

18

Metody spajania materiałów specjalnych.

Włosiński W.

Biuletyn Instytutu Spawalnictwa w Gliwicach

|

2001

|

R. 45, nr 5

126-130

PL

Podano wybrane właściwości i zakres zastosowań materiałów ceramicznych, kompozytów metalicznych i kompozytów ceramicznych. Omówiono następujące techniki spajania ceramiki i kompozytów z metalami: spajanie przez spiekane warstwy metaliczne, spajanie aktywne, zgrzewanie dyfuzyjne oraz inne. Podano tabelaryczne zestawienie technik spajania materiałów kompozytowych.

EN

Some selected properties and scope of application of ceramic materials as well as metallic and ceramic composites have been given. It has been discussed the following techniques of joining of ceramic materials and ceramics-metal composites: joining with use of intermediate sintered metallic layers, joining with use of active solders, diffusion welding and the other techniques. The techniques of welding of selected composite materials have been tabulated.