Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Efekt wzmocnienia kompozytów ściernych z tlenku glinu wiskerami Al4B2O9

Herman D., Bobryk E., Walkowiak W.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 1

37--42

PL

Przedstawiono koncepcję mikrostruktury spoiwa szkło-krystalicznego, zbrojonego wiskerami Al4B2O9, przeznaczonego do wiązania ziaren ściernych z mikrokrystalicznego tlenku glinu w kompozyt ścierny. Konsekwencją wygenerowania w szkło-krystalicznych mostkach, wiążących ziarna tlenku glinu, losowo zorientowanych wiskerów jest uruchomienie dodatkowych mechanizmów pochłaniających energię w procesie pękania kompozytu. Wytrzymałość mechaniczna na rozciąganie takich kompozytów wzrasta o 32,27% w porównaniu do kompozytów ze spoiwem szkło-krystalicznym z drobnokrystaliczną fazą gahnitu. Uzyskanie wymaganego poziomu wytrzymałości w takich układach, zwłaszcza o wysokiej porowatości, może być dokonywane zatem na drodze świadomego kształtowania mikrostruktury spoiw w jednym, ciągłym procesie obróbki termicznej kompozytów.

EN

A concept of glass-crystalline binder microstructure, reinforced with Al4B2O9 whiskers, intended to bond abrasive grains of microcrystalline alumina into an abrasive composite was presented. The consequence of generating the randomly oriented whiskers within glass-crystalline bonding bridges comprises launching additional mechanisms that absorb energy during cracking. The tensile strength of such composites increased by 32.27% compared to the composites with the glass-crystalline binder composed of the fine-crystalline gahnite phase. The obtainment of the required level of strength in such systems, especially of high porosity, can thus be made by creating the appropriate microstructure of binders in a single, continuous process of heat treatment of the composites.

2

Ceramic-polymer composites for microwave applications

Szafran M., Bogdańska B., Bobryk E., Jaszczyszyn E., Derzakowski K.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 1

9-13

EN

Ceramic-polymer composites with ferroelectric properties provide significant opportunities in the design and manufacture of modern electronic materials whose functional characteristics are constantly being improved. Barium titanate (BT) and barium strontium titanate (BST) are known and widely used materials in electronics. The paper presents the results of research on a receiving ceramic-polymer composite with an as low as possible permittivity and loss tangent. As a ceramic fraction barium-strontium titanate (BST) with various dopants (Fe2O3, Ni2O3, La2O3, SnO2 and Y2O3) were tested and as an organic one - water dispersions of styrene-acrylic polymers. The influence of BST doped with metal oxides on the sintering process was observed. X-ray diffraction patterns were made for sintered powders while the Vickers hardness, relative density and volume shrinkage of sintered pellets were studied. The zeta potential as a function of pH for pure BST and doped with Ni2O3 were measured. BST doped with Ni2O3 had the best relative density and this powder was used for further research. For the aqueous tape casting method four water dispersions of polymers with different concentrations and structures as binders were tested. For these polymers heat flow as a function of temperature by differential scanning calorimetry (DSC) and the glass transition temperature were measured. Additionally, the concentration of water dispersion of the polymers was tested by the gravimetric method. For the obtained ceramic - polymer composites, the relative permittivity and loss tangent were measured at a 9 GHz frequency.

PL

Kompozyty ceramiczno-polimerowe o właściwościach ferroelektrycznych dają znaczne możliwości przy projektowaniu i wytwarzaniu nowoczesnych materiałów elektronicznych o nowych i wciąż udoskonalanych cechach użytkowych. Znanym od lat i powszechnie stosowanym materiałem w elektronice jest tytanian baru (BT) oraz tytanian barowo-strontowy (BST). Domieszkowanie BST tlenkami metali powoduje zmianę parametrów elektrycznych (np. przenikalności dielektrycznej, tangensa kąta strat) oraz fizycznych (twardości, zagęszczenia). W niniejszej pracy badano wpływ domieszek (Fe2O3, Ni2O3, La2O3, SnO2 i Y2O3) na proces spiekania BST w zakresie 1200÷1400°C. Przeprowadzono analizę rentgenograficzną otrzymanych proszków, a także zbadano mikrotwardość Vickersa, względne zagęszczenie spieków oraz ich skurczliwość objętościową. Wykonano pomiary potencjału zeta w funkcji pH dla czystego BST oraz domieszkowanego 2 i 8% mol Ni2O3. Na podstawie otrzymanych wyników wybrano proszek o najlepszym zagęszczeniu (BST + 5% mol Ni2O3) i dobrano spoiwo polimerowe oraz upłynniacz, aby otrzymać gęstwę odpowiednią do odlania folii metodą aqueous tape casting. Istotne było dobranie polimerów obniżających lub niewpływających znacząco na wartość względnej przenikalności dielektrycznej, ponieważ po procesie formowania folia nie była już spiekana. Badano wodne dyspersje polimerów styrenowo-akrylowych o różnych stężeniach, które wyznaczono metodą wagową. Wykonano pomiary zmiany strumienia ciepła w funkcji temperatury metodą skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC) i na podstawie tej zależności wyznaczono temperaturę zeszklenia analizowanych polimerów. Uzyskane kompozyty ceramiczno-polimerowe o różnych zawartościach proszku ceramicznego (60 i 55%) oraz różnych ilościach domieszek (2, 5 i 8% mol) poddano badaniom względnej przenikalności dielektrycznej oraz tangensa kąta strat przy częstotliwości 9 GHz.

3

Activated ceramic composite materials used for elimination of particles imitating viruses from water

Zalewska M., Bobryk E., Pędzikiewicz A., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 1

21-25

EN

The paper presents the preliminary results of research on the surface modification of ceramic composite materials. This modification can be done by introducing particles of ceramic powders with a high value point of zero charge. The functioning of the new membranes can be described as electrostatic adsorption of particles imitating viruses onto an oppositely charged filter surface. The purpose of this study was to design ceramic composite materials with active layers. The first stage of this study was to shape porous ceramic composite materials by pressing by means of a hydraulic press at the pressure of 30 MPa. In the next stage, a way of obtaining an active layer of the filter and an impregnation method were designed. In the research diatomaceous earth and bentonite were used while polyvinyl alcohol was the binder. The samples prepared during the study were subjected to impregnation with magnesium acetate. In the study, polymer dispersions with negative electrokinetic potential - Rokryl SW 4025 and SW 115 - were used to stimulate the process of filtration. The properties of the sintered samples - tensile strength, open porosity and pore diameter distribution were investigated. The microstructure of the obtained samples was examined using a scanning electron microscope. The zeta potentials of the obtained ceramic composite materials with active layers and polymer dispersions were established using a zeta potential analyzer. On the basis of the measurements and filtration test in which polymer dispersion simulated viruses in water, it was discovered that the modification of ceramic materials surfaces gives good results. In the samples, the particles of polymer dispersions were attracted to the walls of the filter. The permeates after being filtrated through the impregnated samples become transparent. MgO, which was obtained on the surface of the ceramic composite, plays the role of promoter in the process of the adsorption of negatively charged particles imitating viruses.

PL

W wodzie występuje wiele zanieczyszczeń mających znaczący wpływ na zdrowie człowieka. Dużym problemem w procesie oczyszczania są występujące w wodzie wirusy, co jest związane głównie z ich niewielkim rozmiarem (na ogół w zakresie od 20 do 120 nm). Filtry najnowszej generacji pozwalają zatrzymywać wirusy na zasadzie adsorpcji elektrostatycznej. Charakteryzują się one dużymi porami, co pozwala uniknąć problemu blokowania porów, który jest dość kłopotliwy przy stosowaniu wcześniejszych metod. W ramach pracy przedstawiono wyniki badań nad modyfikacją powierzchni ceramicznych materiałów kompozytowych. Jednym ze sposobów modyfikacji jest wprowadzenie na ich powierzchnię cząstek proszków ceramicznych o wysokiej wartości pH punktu zerowego ładunku. Celem niniejszej pracy było zaprojektowanie ceramicznych materiałów kompozytowych o aktywnych warstwach z tlenku magnezu. Pierwszym etapem badań było wykonanie ceramicznych materiałów kompozytowych poprzez prasowanie. W kolejnym etapie opracowano sposób otrzymywania aktywnej warstwy na powierzchni filtra, a także przeprowadzono symulację procesu filtracji w zaprojektowanym układzie filtracyjnym przy zastosowaniu dyspersji polimerowych odznaczających się wielkością cząstek zbliżoną do wielkości wirusów oraz ładunkiem ujemnym w całych zakresie pH podobnie jak to jest w przypadku wirusów. W celu otrzymania ceramicznych tworzyw porowatych zastosowano ziemię okrzemkową o gęstości 2,34 g/cm3 oraz bentonit firmy ZGM Zębiec o gęstości 2,39 g/cm3. Jako spoiwo zastosowano 10% wodny roztwór poli(alkoholu winylu) o masie cząsteczkowej 67 000 i stopniu hydrolizy wynoszącym 88%. Do otrzymania aktywnej warstwy filtracyjnej zastosowano octan magnezu. Do badań symulacji procesu filtracji użyto 10% wag. roztworu dyspersji polimerowej Rokryl SW 4025 i SW 115 o ujemnym potencjale zeta z całym zakresie pH. Wykonane w pracy badania obejmowały swoim zakresem pomiary charakteryzujące proszki ceramiczne, jak również pomiary parametrów fizycznych i mechanicznych formowanych kształtek po procesie spiekania, przy zastosowaniu różnych ilości spoiw oraz o różnych masach cząsteczkowych. Wykonano pomiary wytrzymałości na rozciąganie, porowatości otwartej i porozymetrii rtęciowej kształtek po procesie spiekania. Kształtki poddano również badaniu mikrostruktury. Obserwacje wykonano przy użyciu elektronowego mikroskopu skaningowego. Na podstawie przeprowadzonych badań można wstępnie stwierdzić, że opracowane w ramach pracy filtry mogą z dużym powodzeniem znaleźć zastosowanie w procesie usuwania wirusów z wody. Aktywne warstwy tlenku magnezu powstałe na powierzchni kompozytowych kształtek ceramicznych skutecznie zatrzymują ujemnie naładowane cząstki dyspersji polimerowych imitujących cząstki wirusów w wodzie.

4

Porous ceramic materials for virus filtration

Zalewska M., Bobryk E., Pędzikiewicz A., Szafran M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1193-1197

EN

The purpose of this study was to design and examine porous ceramic materials on the basis of diatomaceous earth, as well as carrying out preliminary model researches of the purification of drinking water. The conditions, parameters and methods of production of the ceramic samples have been selected on experimental way, in order to characterize them by suitable porosity and tensile strength. The authors have searched such porous ceramic materials, which exhibit positive charge, in contrast to viruses, which have a negative surface charge in pH o drinking water.

PL

Celem pracy było zaprojektowanie i zbadanie ceramicznych tworzyw porowatych na bazie ziemi okrzemkowej, jak również przeprowadzenie wstępnych badań modelowych nad oczyszczaniem wody pitnej z wirusów. Na drodze eksperymentalnej zostały dobrane warunki, parametry i metody wytwarzania kształtek ceramicznych, tak aby cechowały się odpowiednią porowatością otwartą oraz wytrzymałością mechaniczną. Autorzy poszukali takich ceramicznych tworzyw porowatych, które będą wykazywały dodatni potencjał, w stosunku do wirusów, które są ujemnie naładowane w zakresie pH wody pitnej (pH 5-9).

5

Wpływ dodatków spoiw ceramicznych na proces spiekania krzemionki biogenicznej

Konopka K., Kubiak P., Bobryk E., Szafran M.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 1

15-19

PL

Skała osadowa o nazwie ziemia okrzemkowa jest efektem nagromadzenia przez tysiące lat pancerzyków (szkieletów) okrzemek, określanych też nazwą z języka angielskiego diatomity. Diatomity to jednokomórkowe algi obecne w różnym środowisku wodnym o specyficznej strukturze ścian komórkowych, zbudowanych z bezpostaciowej krzemionki (SiO2) i wyróżniające się różnymi elementami szkieletów, jak wyrostki, żebrowania i nanorozmiarowe pory. Ziemia okrzemkowa jest również łatwo dostępnym i tanim surowcem, wykorzystywanym jako materiał w budownictwie, na elementy o zwiększonej odporności ściernej, a także jako materiały adsorpcyjne. Jest to także bardzo dobre źródło biogenicznej krzemionki, która może być traktowana jako surowiec wyjściowy do wytwarzania litych materiałów. W szczególności istotne jest opracowanie metod ich konsolidacji oraz dobór parametrów technologicznych procesu spiekania, aby możliwe było zachowanie naturalnie istniejących w pancerzykach okrzemek porów. Artykuł przedstawia wyniki eksperymentów konsolidacji diatomitów, a w szczególności analizowano wpływ dodatku spoiw ceramicznych na przebieg procesu spiekania z możliwością zachowania naturalnie występujących w pancerzykach diatomitów porów. Na podstawie przedstawionych badań można stwierdzić, że zastosowanie spoiw ceramicznych do krzemionki biogenicznej pozwala na uzyskanie spieków już w temperaturze spiekania 900°C. Mikrostruktury uzyskanych spieków potwierdzają zajście procesu spiekania, polegającego na konsolidacji pancerzyków diatomitu i częściowego pozamykania naturalnie istniejących w diatomitach porów. Jest to istotne z punktu widzenia technologicznego, ponieważ pozwala na prowadzenie spiekania w stosunkowo niskiej temperaturze, taniej, pochodzenia biogenicznego krzemionki w postaci ziemi okrzemkowej z jednoczesnym możliwym zachowaniem części naturalnie występujących porów w pancerzykach diatomitów.

EN

Diatomaceous earth is the sedimentary rock formed by sedimentation of diatoms frustules through thousands of years. Diatoms are unicellular eukaryotic algae, which can be found in almost all aqueous and humid environments. They have unique morphology of skeletons with the pattern such as pores, ridges, areoles and other forms, and their cell walls are made of silica (hydrated silicon dioxide). Because of this specific morphology, diatoms are considered in nanotechnology. On the other hand, the wide application of the diatomaceous earth as building and abrasive materials, fillers and materials used for filtration or insulation results from the fact that this sedimentary rock is available in nature in large quantities and at a low cost. This rock is also easy to posses source of biogenic silica. Because of that diatoms have to be processed and sintered. The paper presents results of diatoms consolidation experiments. Especially the attention was made of influence the ceramic bonds on sintering process, degree of consolidation and preservation of the nanopores that naturally exist in diatoms. The bulk materials obtained by pressing and sintering were examined by scanning electron microscopy (SEM), the porosity and strength were estimated. Results showed that ceramic bonds help in sintering diatoms, sintered samples obtained at 900°C. Some naturally existed pores in diatom's frustules were not closed. The results are important for the application of cheep biogenic silica.

6

D-Fructose in Deflocculation Process of Nano-ZrO2 Powders

Danelska A., Szafran M., Bobryk E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 4

1029-1034

EN

The purpose of these iiwestigations was to obtain well-dispersed, unviscous ceramic slurries with zirconia nanopowder as solid phase and monosaccharides as dispersants. The as-obtained slurries should have high solid phase concentration and should be of Iow viscosity, just to be easily processed for example in slip casting process. High concentration of solid phase results in dense, strength products with desirable microstructure. In the research two different zirconia nanopowders were ńwestigated - the first, with an average particie size of 17nm (CEREL) and the latter, with an average particie size of 44nm (Inframat Advanced Materials). Rheological properties of ceramic slurries were tested.

PL

Celem przeprowadzonych badań było otrzymanie dobrze upłynnionych ceramicznych mas lejnych zawierających nanopro-szek dwutlenku cyrkonu jako fazę stałą i wodny roztwór cukru prostego, D-fruktozy, jako substancję upłynniającą. Pożądanymi właściwościami tak uzyskanych mas powinno być m.in. wysokie stężenie fazy stałej i względnie niska lepkość, która ułatwiałaby formowanie elementów z tychże mas. Dzięki wysokiemu stężeniu fazy stałej, możliwe byłoby zaś, otrzymanie dobrze zagęszczonych produktów o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej i pożądanej mikrostrukturze. W przedstawionych badaniach użyto dwóch nanoproszków ZrC>2 - proszku o średniej wielkości ziarna 17nm, firmy CEREL, (Boguchwała, Polska), i proszku o średniej wielkości ziarna 44nm, firmy Inframat Advanced Materials, (Farmington, USA). Przedmiotem artykułu były badania reologiczne ceramicznych mas lejnych zawierających wymienione proszki oraz dodatek D-fruktozy w postaci wodnego roztworu.

7

Zastosowanie rozgałęzionych żywic uretanowo-metakrylowych w kompozytach stomatologicznych

Szafran M., Rokicki G., Czerwińska L., Bobryk E.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 1

47-52

PL

Zaprezentowano wstępne wyniki badań dotyczących wpływu ilości kamforochinonu (fotoinicjator) na przebieg procesu fotopolimeryzacji oraz wpływ zawartości siarczanu baru na właściwości mechaniczne kompozytów przeznaczonych na stałe wypełnienia stomatologiczne. W celu zbadania mikrotwardości Vickersa, wytrzymałości na zginanie wykonano serię próbek kompozytowych zawierających mikro- i nanokrzemionkę. Wykonano również badanie mikrostruktury powierzchni przełomu kształtek kompozytowych w celu zbadania połączenia ceramika-polimer. Kompozyty ceramiczno-polimerowe są stosowane w stomatologii już od ponad 50 lat. Mimo to zainteresowanie nimi nie maleje. Stomatolodzy wciąż szukają materiałów, które łączyłyby dobre właściwości mechaniczne, zbliżone do amalgamatu z jednoczesną estetyką wypełnienia. Dowiedziono, że lepsze właściwości mechaniczne można uzyskać poprzez zastosowanie zarówno monomerów, zawierających ugrupowania uretanowe, jak również dzięki odpowiedniej ilości i składu proszku ceramicznego.

EN

In this study, the preliminary results of investigations concerning the influence of the amount of camphorquinone (the photoinitiator) on the photopolymerization process and the influence of barium sulphate content on the mechanical properties of the composites for dental applications were presented. In order to examin composites' properties, such as Vicker's microhardness, bending strength the samples containing micro- and nanosilica fillers as well as barium sulfate were prepared. To investigate the ceramics-polymer binding the fractures of the cured composite were analyzed. X-ray the pictures of the samples containing different amounts of BaSO4 were presented. The higher concentration of BaSO4, the larger X-ray contrast is visible. It can be noticed that the method of the powder mixing influenced X-ray contrast. Ball milling of the ceramic powder with water (ratio 1:1) leads to more homogeneous composites. The X-ray contrast of the sample with BaSO4 was compared with the reference sample (80% SiO2, 20% K3M). It can be seen that the addition of BaSO4 causes, that the mass has a better X-ray contrast. The investigation of Vicker's microhardness of composites of A series showed that optimal content of BaSO4 is 10 wt. %. However, considerable influence of the presence of BaSO4 on bending strength was observed. The bending strength of the composites falls down with the growth of the content of BaSO4. It was shown that with the increase of the amount of the initiator in the composition, the microhardness and bending strength of the composites rises. However, for higher amount of camphorquinone the color of the composites becomes more yellow.

8

Kompozyty ceramika-metal otrzymywane z wykorzystaniem ceramicznych mas lejnych

Gizowska M., Szafran M., Bobryk E., Wasilewski Ł., Konopka K.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 1

53-58

PL

Przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem kompozytów ceramika-metal metodą odlewania mas lejnych na bazie proszków metalicznego i ceramicznego w formach gipsowych. Otrzymano kompozyty o osnowie z tlenku glinu z dwoma rodzajami fazy rozproszonej: z proszkiem żelaza oraz proszkiem niklu, dodawane w ilości 3% obj. w stosunku do fazy stałej. W roli rozpuszczalnika stosowano wodę destylowaną. W skład masy wchodziła także kompozycja upłynniaczy, nadająca masie lejnej odpowiednie właściwości reologiczne, związki powierzchniowo czynne oraz spoiwo. Środowisko masy lejnej i zjawiska zachodzące w obszarze podwójnej warstwy elektrycznej otaczające cząstki wpływają na mikrostrukturę kompozytów. Stosując proszek żelaza, można otrzymać kompozyty z gradientem stężenia cząstek żelaza poprzez dobór warunków (stężenie fazy stałej w masie lejnej, sił powodujących ruch cząstek żelaza). W przypadku proszku niklu w stosowanym środowisku występuje efekt heteroflokulacji (związany z przyciąganiem elektrostatycznym cząstek Al2O3 i Ni o przeciwnym wypadkowym ładunku warstwy podwójnej), sprzyjający równomiernej dystrybucji cząstek metalu w objętości próbki.

EN

In the study the results of researches considering the use of slip casting method in fabrication ceramic-metallic composites are presented. Slurry consisted of ceramic ([alpha]-Al2O3) and metallic powder suspended in water with addition of a liquidizers' composition (citric acid and diammonium citrate), surface-active agents and binders. Nickel (of average particle diameter 2.13 žm and density of 8.9 g/cm3) and iron (of average particle diameter 4 žm and density of 7.81 g/cm3) powders were used as a metallic phase. Both were added in amount of 3% by volume (in reference with total solid state amount). In the proposed environment (e.i. water as liquid medium, deflocculants) it is possible to control the distribution of iron particles in alumina matrix by means of solid state content in slurry, the forces causing the metal particles movement etc. Ceramic-metallic composites Al2O3-Fe with graded concentration of Fe particles were obtained by gravity sedimentation of heavier iron particles and by additional forcing the movement of iron particles in magnetic field. In the latter case higher concentration of solid state in the slurry could be used. The double layer surrounding the suspended iron and alumina particles has in both cases positive charge and there is so electrostatic attraction between them. The gradient of metallic particles concentration can be obtained when distance between the suspended particles in the slurry is bigger then the average metal particle diameter. Nickel particles in water show very low pH value of isoelectric point and in the produced slurry heterofloculation was observed. This effect can guarantee homogeneous distribution in Al2O3-Ni composites obtained via slip casting method.

9

Zastosowanie mas lejnych do otrzymywania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu

Szafran M., Bobryk E., Gizowska M., Rosłoniec G., Konopka K.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 3

126-129

PL

Przedstawiono badania nad zastosowaniem mas lejnych do otrzymywania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu. Masy lejne przygotowano z mieszaniny proszku Al2O3 i Fe, gdzie żelazo stanowiło 3% objętości mieszaniny. Zastosowanym rozpuszczalnikiem była woda destylowana. Ponadto w skład masy wchodziły spoiwo i taki układ upłynniaczy, który nadaje masie lejnej odpowiednie właściwości reologiczne. Masy lejne odlewano do form gipsowych, otrzymując kształtki o średnicy ok. 10 mm i wysokości 20 mm. Gradient stężenia cząstek metalu realizowano na dwa sposoby. Pierwszy z nich polegał na swobodnej sedymentacji cięższych cząstek żelaza pod wpływem siły ciężkości. Takie zjawisko może zajść jedynie wtedy, kiedy średnia odległość między cząstkami proszku ceramicznego w masie lejnej jest większa od średnicy cząstek metalu. Należy przy tym pamiętać, że odległości te są tym mniejsze, im mniejsza jest średnica zdyspergowanego proszku oraz im większe jest stężenie fazy stałej w zawiesinie. Przy zastosowaniu tej metody gradient stężenia cząstek metalu na wysokości kształtki otrzymano, wychodząc z masy lejnej o stężeniu fazy stałej 39,5% obj. W przypadku wymuszenia ruchu cząstek żelaza w polu magnetycznym w kierunku silnego magnesu możliwe jest uzyskanie gradientu stężenia cząstek metalu, stosując wyjściową masę lejną o stężeniu fazy stałej równej 42,6-50% obj.

EN

The main advantage of ceramic-metal composites is an increase of the fracture toughness of the brittle ceramic matrix. Functionally graded materials (FGM) in the mentioned system provides possibility to obtain material which properties such as fracture toughness, thermal, electrical conductivity etc. change as a function of distance from the surface of material. In the paper the method of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. Slip casting was chosen as a composite forming method. The gradient was obtained by means of iron particles sedimentation under gravitation force. In the samples produced from more concentrated slurries magnetic field had to be used in order to obtain a FGM. The slurry consisted of a mixture of iron and alumina powders, liquidizers, surface-active agents and binders and water as a solvent. The composites Al2O3-Fe were fabricated from the slip casting slurry containing 39.5, 42.6, 50% (by volume) solid state. Obtaining FGM by the sedimentation in the gravity force field is possible only when the distance between the dispersed particles/agglomerates is bigger then the diameter of metal particle. Otherwise magnetic field applying is indispensable. Using magnetic field leads to graded character of iron particles distribution in samples produced from more concentrated slurries. Moreover metal particles agglomerates are situated along the magnetic field lines. A fluctuation of iron particles surface in a sample produced from slurry with high solid state concentration of 50% by volume, which is desirable in ceramic technological processes, proving graded distribution of iron along the axis of the composite sample.

10

Wytwarzanie kompozytów gradientowych Al2O3-Fe metodą odlewania z mas lejnych

Konopka K., Szafran M., Bobryk E.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 1

57-61

PL

Przedstawiono metodę wytwarzania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu z wykorzystaniem metody odlewania z mas lejnych. Metoda ta polega na odpowiednim przygotowaniu ceramicznej masy lejnej składającej się z rozpuszczalnika, upłynniacza, spoiwa oraz proszku ceramicznego i proszku metalu. W pracy przedstawiono sposób dobierania mas lejnych, sposób wymuszenia gradientu pod wpływem siły ciężkości, a także pola magnetycznego (rys. 1). Wytworzono i zbadano kompozyty Al2O3-Fe z masy lejnej o stężeniu fazy stałej 40 i 50% i o zawartości Fe 5% obj. w stosunku do tlenku glinu. Sedymentacja cząstek metalu o gęstości znacznie wyższej od gęstości proszku ceramicznego pod wpływem siły ciężkości może zachodzić tylko wówczas, gdy odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego w ceramicznej masie lejnej są większe od średnicy cząstek metalu. W przypadku gdy rozmiar cząstek metalu jest porównywalny lub większy od odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego, rozmieszczenie cząstek żelaza w kompozycie jest równomierne (rys. 2). Gradient stężenia cząstek metalu może być wymuszony, gdy zastosuje się odlewanie w obecności magnesu umieszczonego pod formą gipsową. Pole magnetyczne powoduje ruch cząstek żelaza w kierunku magnesu (rys. 3). W kompozytach stwierdzono aglomeraty cząstek Fe (rys. 4).

EN

The principal advantage of ceramic-metal composites is an increase of the resistance to brittle fracture compared to that of the ceramic matrix. Functionally gradient composites is the special kind of composites because the variation of the percent content of the metallic phase in ceramic matrix allow to change the fracture toughness as a function of the distance from the surface of material. Moreover, it is possible to modify its electric, thermal and magnetic properties. In the paper the way of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. As a method of composites fabrication the slip casting method was chosen. The process of metal particles sedimentation under gravitation force and magnetic field (Fig. 1) was used to achieve the gradient concentration of metal particles. In slip casting method the mixture of powders with addition of liquidizers, surface-active agents and binders is used. The proper selection of components in slip casting mass is crucial for obtaining the material, especially composites in which powders with different density are mixed. In the paper the way of preparing of slip casting mass is discussed. The AlaOj-Fe composites were fabricated from the slip casting mass containing 40 and 50 vol.% of solid phase (volume % of Fe equal to 5). The mkrostructure of composites were characterized by optical microscope and scanning electron microscope. Process of metal particles with higher density than the density of ceramic powder sedimentation under gravity force is possible when the distance between the ceramic powder particles are bigger than the size of metal particles. When the size of metal particles is equal or higher than the distance between the Al2O3 particles the distribution of Fe particle is uniform as it is shown in Figure 2. Magnetic force leads to gradient concentration of metal particles according to the schema presented in Figure 1, moreover the metal particles are situated along the line of magnetic field (Fig. 3). In the composites the Fe particles make agglomerates (Fig. 4).

11

Wpływ modyfikacji powierzchni proszku ceramicznego na właściwości kompozytów ceramiczno-polimerowych o zastosowaniu stomatologicznym

Szafran M., Rokicki G., Bobryk E., Szczęsna B.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 3

78-82

PL

Celem pracy było przeprowadzenie badań nad ceramiczno-polimerowymi materiałami kompozytowymi z przeznaczeniem na stomatologiczne wypełnienia stałe. Badania dotyczyły wpływu silanizacji - modyfikacji powierzchni wypełniacza poprzez zastosowanie środka preadhezyjnego - na właściwości użytkowe materiałów kompozytowych. W kompozytach o zastosowaniu stomatologicznym proszek ceramiczny stanowi fazę rozproszeną, a polimer - fazę ciągłą. Ze względu na specyfikę obydwu materiałów niezbędne jest zapewnienie odpowiedniego połączenia tych faz. Zadanie to realizowano, stosując środek preadhezyjny, który zwiększał oddziaływania na granicy faz i tym samym korzystnie wpływał na właściwości mechaniczne otrzymanych kształtek. Silanizacja proszku ceramicznego pozwoliła także na wprowadzenie większej ilości wypełniacza do żywicy polimerowej. Badano również wpływ ilości i metody nanoszenia środka sprzęgającego (y-metakrylooksypropylo-trimetoksysilanu) na ziarno proszku nieorganicznego. W celu oceny właściwości mechanicznych kształtek kompozytowych poddano je badaniu mikrotwardości Vickersa i wytrzymałości na zginanie. Wykazano wpływ silanizacji na upakowanie ziarna w kompozycie oraz wpływ na parametry wytrzymałościowe kompozytów ceramiczno-polimerowych.

EN

Ceramic-polymer composites are used in dentistry for nearly 30 years and due to their ability of composition modification they are the most promising materials. Also patient's expectations on dentistry fillings outlook made these materials popular. However their's durablity and mechanical properties still are not as good as amalgam's. Dental composites have structure similar to the tooth tissue. They consist of polymer resin, inorganic filler and preadhesion agent. Organic matrix is composition of dimethacrylic monomers usually Bis-GMA and TEGMA monomers. Silica, strontium, barium and boro-silicate glass are ceramic fillers. They increase strength and decrease polymerization shrinkage. Improvement of adhesion of inorganic glass to organic resin is achieved through silanization process. Commonly used silane is methacryloxypropyl-trimethoxysilanc. It has hydrolysable group and organofunctional group attached to silicon by an alkyl bridge. Methoxy groups undergo hydrolysis and condensation reactions in the presence of moisture. The objective of the study was to conduct research on ceramic-polymer composites used as dental fillings. The research verified influence of filler's surface treatment on functional properties of composite materials. In these composites ceramic powder is dispersed phase and polymer--continous phase. Because of specifity of both materials, good coupling is necessary. This task was conducted by using preadhesion agent, which increased adherence on filler - resin interface and improved mechanical properties of composite samples. The latest literature data indicate that it can be achieved by optymalization quantity of silane and method of filler treatment. It was proved that silanization allows to input more filler into organic resin (Tab. 1) and enhances microhardness (Fig. 2) and flexural strength (Fig. 3) of composite samples.

12

Wpływ dodatku nanowypełniacza na właściwości mechaniczne i tribologiczne kompozytów ceramiczno-polimerowych do zastosowań stomatologicznych

Szafran M., Bobryk E., Szczęsna B., Jałbrzykowski M.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 3

83-87

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych i tribologicznych ceramiczno-polimerowych materiałów kompozytowych przeznaczonych na stałe wypełnienia stomatologiczne. Badania te dotyczyły wpływu rodzaju, ilości i rozkładu wielkości ziaren wypełniacza na właściwości materiałów kompozytowych. Z literatury naukowej wynika, że poprawę parametrów wytrzymałościowych tych materiałów może zapewnić optymalizacja ilości i składu wprowadzanych proszków ceramicznych. Dlatego przeprowadzono badania nad wpływem wypełniacza, a w szczególności nanowypełniacza na właściwości mechaniczne materiałów kompozytowych. Założono, że dodatek nanoproszku zapewni lepszą wytrzymałość mechaniczną. W tym celu wykonano serię kształtek z udziałem proszków o dwóch gradacjach ziarna i o różnym składzie ilościowym względem siebie. Całkowity stopień upakowania wypełniacza w kompozycie był stały. Otrzymane materiały poddano badaniom właściwości mechanicznych: mikrotwardości Vickersa, wytrzymałości na zginanie i ścieralności. Stwierdzono, że dodatek nanowypełniacza poprawił parametry wytrzymałościowe kompozytów o zastosowaniu stomatologicznym.

EN

Human expectations always implicates a demand for new technologies. The same rule applies to dentistry materials. Until quite lately amalgam fillings were used most often because its good mechanical properties as well as Iow price. However its disadvantages such as high termal conductivity and unsatisfying colour motivated scientists to investigate of new materials which could be used as dental fillings. Ceramic-polymer composites seemed to be the most perspective. The aim of this study was to conduct research on influence of type, quantity and filler's grain size distribution on functional properties of ceramic--polymer composites used as dental fillings. Following latest scientific literature it is known that optymalization of quantity and composition of ceramic fillers can improve strength of composite materials. This is the reason for research on effect of filler, especially nanofiller on tribological and mechanical properties of dental composites. It was assumed that nano-particles enhance durability of composite samples. To prove that series of samples was made. Each sample had different content of silica filler and nanofiller but total load was constant. Microhardness, flexural strength and tribological tests were performed on these samples. The results indicate that nanoparticles have the potential to improve microhardness (Fig. 1), wear (Figs. 3 and 4) and mechanical properties (Fig. 2) of ceramic-polymer composites used as dental fillings.

13

Projektowanie kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu

Szafran M., Bobryk E., Konopka K.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 3

10-15

PL

Przedstawiono metodę projektowania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu z wykorzystaniem sedymentacji cząstek metalu w ceramicznej masie lejnej otrzymanej z proszku ceramicznego i proszku metalu o różnej gęstości. Metoda ta polega na odpowiednim przygotowaniu ceramicznej masy lejnej składającej się z rozpuszczalnika, upłynniacza, spoiwa oraz proszku ceramicznego i proszku metalu. Sedymentacja cząstek metalu o gęstości znacznie wyższej od gęstości proszku ceramicznego pod wpływem siły ciężkości może zachodzić tylko wówczas, gdy odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego w ceramicznej masie lejnej są większe od średnicy cząstek metalu (rys. 2). W pracy przedstawiono metodę oraz wyniki obliczeń odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego w zależności od stężenia fazy stałej oraz średniej wielkości cząstki proszku ceramicznego. Obliczenia te wykonano przy założeniu luźnego, regularnego ułożenia cząstek. Wyniki przedstawione w tabeli l i na rysunku 3 wskazują, że odległość pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego maleje wraz ze zmniejszeniem średniej średnicy cząstek oraz ze wzrostem stężenia fazy stałej w ceramicznej masie lejnej. Wyniki tych obliczeń potwierdzono, przygotowując ceramiczną masę lejną z tlenku glinu oraz proszku żelazowego. Zastosowano tlenek glinu o średniej średnicy cząstek 0,5 um i o gęstości 3,926 g/cm3 oraz proszek żelaza o średnicy cząstek równej 4 um i gęstości 7,81 g/cm3. W przypadku mas lejnych o stężeniu tlenku glinu powyżej 40% obj. nie obserwowano gradientu stężenia cząstek żelaza na wysokości kształtki otrzymanej metodą odlewania w formie gipsowej. Gradient stężenia cząstek żelaza spowodowany sedymentacją obserwuje się wówczas, gdy rozmiar cząstek żelaza w masie lejnej jest mniejszy niż odległość pomiędzy cząstkami tlenku glinu w ceramicznej masie lejnej. Metodą tą można uzyskać kształtki z gradientem nie tylko stężenia cząstek metalu, ale także z gradientem wielkości tych cząstek na wysokości kształtki. Gradient stężenia cząstek metalu może być wymuszony, gdy zastosuje się odlewanie w obecności silnego magnesu umieszczonego bezpośrednio pod formą gipsową. Pole magnetyczne powoduje ruch cząstek żelaza w kierunku magnesu.

EN

In the paper the design of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. As a method of composites fabrication the slip casting method was chosen. The process of metal particles sedimentation under gravitation force and magnetic field was used to achieve the gradient concentration of metal particles. In slip casting method the mixture of powders with addition of liquidizers, surface active agents and binders is prepared. Process of metal particles with higher density than the density of ceramic powder sedimentation under gravity force is possible when the distance between the ceramic powder particles are bigger than the size of metal particles (Fig. 2). In the paper the calculations of the distances between the particles are presented. Moreover, the correlation between the size of metal particles and the distance between ceramic particles is described. In calculations the assumption was made that there is regular distribution of free particles. Results showed that the distance between the particles decreases together with the decrease of average size of particles and with increase of concentration of solid phase in slip casting (Tab. 1, Fig. 3). Experimental results confirmed the calculations. The composites Al2O3-Fe were prepared. The Al2O3 powder with average diameter equal to 0.5 um and density equal to 3.926 g/cm3 was used. The average size of Fe powder was equal to 4 um, and its density was equal to 7.81 g/cm3. In case of slip casting with 40 volume % of alumina powder no gradient concentration in composites was noticed. Gradient concentration of iron particles is possible when the size of Fe particles in slip casting is lower than the distance between the Al2O3 particles. In such a situation when gradient concentration of metal particles can not be obtained by sedimentation method i.e. when the size of metal particles is equal or bigger than the distance between the particles, the magnetic force might be used. Magnetic force leads to gradient concentration of metal particles, moreover the metal particles are situated along the line of magnetic field.

14

Zastosowanie kompozytów ceramika - polimer o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego z fosforanów wapniowych w inżynierii tkankowej

Szafran M., Bobryk E., Rzeszutek R., Chróścicka A., Lewandowska-Szumieł M.

Inżynieria Biomateriałów

|

2005

|

R. 8, nr 47-53

92--96

PL

W artykule przedstawione zostały wyniki badań nad otrzymaniem materiału kompozytowego ceramiczno-polimerowego o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego. W opracowanym kompozycie fazę ceramiczną stanowi porowaty spiek z mieszaniny hydroksyapatytu i fosforanu wapnia, a fazą polimerową wypełniającą pory ceramicznego tworzywa ceramicznego jest biodegradowalny makromonomer laktydowo-węglanowy, w różnym stopniu wypełniający pory ceramicznej osnowy. Opracowane materiały zostały poddane wstępnym badaniom pozwalającym zakwalifikować kompozyt jako nośnik dla żywych komórek a także sprawdzić możliwość stosowania tej grupy materiałów w inżynierii tkankowej. Z pierwszych prób wynika, że zastosowane materiały z fosforanów wapnia są dobrze tolerowane przez ludzkie komórki osteogenne w hodowli in vitro.

EN

The paper presents the results of studies on obtaining polymer-ceramic composites based on a porous ceramic material. In the composite developed the ceramic phase consists of a porous ceramic sinter of a mixture of hydroxyapatite and calcium phosphate, and the polymer phase, filling the pores of the ceramic material, consists of a biodegradable lactide-carbonate macromonomer which fills, to a variable degree, the pores of the ceramic base. The obtained materials were subjected to preliminary investigations enabling to qualify the composite as a carrier for living cells an to check the possibility of using this group of materials in the tissue engineering. Preliminary tests have shown that the calcium phosphate materials used are well tolerated by osteogenic human cells in in vitro cultures.

15

Kompozyty ceramika-polimer o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego z gradientem porowatości

Szafran M., Rokicki G., Bobryk E., Lamenta A.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 11

231-236

PL

Przedstawiono wstępne wyniki badań nad otrzymywaniem kompozytów ceramika-polimer o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego z gradientem porowatości. Ceramiczne tworzywo porowate z gradientem porowatości wytworzono metodą laminowania i spiekania folii ceramicznych. Folie otrzymano metodą "tape casting". Proszkiem ceramicznym stosowanym w badaniach był Al2O3 o średniej wielkości ziaren 0,5 [mikro]m i powierzchni właściwej 8,28 m2/g (BET). Folie ceramiczne otrzymywano w układzie wodnym i niewodnym. W układzie wodnym spoiwem był poli(alkohol winylowy) plastyfikowany gliceryną, natomiast w układzie bezwodnym poliwinylowy butyral) plastyfikowany ftalanem n-butylu. Substancją porotwórczą stosowaną w badaniach była mikroceluloza o wielkości cząstek w zakresie 25-75 [mikro]m. W celu uzyskania ceramicznego tworzywa porowatego surowe folie ceramiczne układano w sposób przedstawiony na rysunku 1 i laminowano w temperaturze 110°C. Po procesie laminowania przeprowadzono proces spiekania kształtek w temperaturze 1550°C/1 h, uzyskując próbki o właściwościach przedstawionych w tabeli 1. Do tak przygotowanych ceramicznych kształtek porowatych wprowadzono makromonomery dimetaakrylowe, które syntezowano z dilaktydu i węglanu trimetylenu w sposób przedstawiony na rysunku 2. Założono, że stosunek części węglanowej do laktydowej będzie wynosił jak 1:1, 1:3 i 3:1. Makromonomery wprowadzono w pory, stosując podciśnienie, i przeprowadzono polimeryzację w porach ceramicznego tworzywa porowatego. Stopień zapełnienia porów wynosił od 60 do 81%. Obrazy przełamów osnowy ceramicznej i kompozytu ceramika-polimer przedstawiono na rysunku 5. Badania wytrzymałościowe otrzymanych kompozytów wykazały, że zależność naprężenia od odkształcenia dla kształtek kompozytowych ma inny charakter w porównaniu do kształtek bez polimeru w porach, przy jednoczesnym wzroście wytrzymałości od 10 do 20% (rys. 6 i tab. 3). Przedstawione badania wykazały, że metodą laminowania i spiekania folii ceramicznych można otrzymać ceramiczne tworzywo porowate z gradientem porowatości, którego pory można wypełnić biodegradowalnym polimerem o kontrolowanym stopniu biodegradacji.

EN

In the paper preliminary studies on the preparation of ceramics-polymer composites based on porous ceramic material with porosity gradient are presented. The porous ceramic material was obtained applying lamination and sintering of ceramic tapes. The tapes were prepared using tape-casting method. Al2O3 of average grain size 0.5 [micro]m and specific surface measured by the BET method equal to 8.28 m2/g was used as a ceramic powder. Ceramic tapes were prepared using water or organic solvent as a dispersing medium. In the water system poly(vinyl alcohol) plasticized with glycerin was used as a polymeric binder, whereas in nonaqueous system poly(vinyl butyral) plasticized with dibutyl phtalate was used. Microcellulose of particles size 25+7S um was applied as a porophore. To obtain porous ceramic material green ceramic tapes of different composition were laminated at 110°C (Fig. 1), and sintered at 1550°C for 1 h. The properties of the ceramic samples are presented in Table 1. To obtain ceramics-polymer composite dimethacrylic macromonomers were introduced into pores of the obtained ceramic samples. Macromonomers were synthesized by copolymerization of dilactide and trimethylene carbonate (1:1; 1:3; 3:1) and then reacted with methacryloyl chloride according to the scheme in Figure 2. Macromonomers were introduced into porous samples under reduced pressure and polymerized at room temperature using radical initiator. The degree of pores filling was in the range 60-80%. The pictures of the ceramics-polymer fractures are presented in Figure 5. The mechanical properties investigations of the composites indicated that the strain-stress behaviour is different from this for samples without polymer in pores. Mechanical strength of composite samples was 10 to 20% higher in comparison with that of unmodified ones (Fig. 6 and Tab. 3). The new method of obtaining ceramic material with gradient porosity that can be easily transform into ceramics-polymer composites was developed.

16

Kompozyty ceramiczno-polimerowe na bazie porowatego hydroksyapatytu i makromonomerów laktydowo-węglanowych

Szafran M., Bobryk E., Bereza M., Parzuchowski P.

Inżynieria Biomateriałów

|

2004

|

R. 7, nr 38-42

150-154

PL

W artykule przedstawiono wstępne wyniki badań na otrzymaniem biozgodnego, porowatego materiału syntetycznego, o określonej orientacji porów w przestrzeni, umożliwiającej komórkom kostnym "zagnieżdżenie się" oraz tworzenie kości. Opracowano kompozyt ceramiczno-polimerowy, w którym fazę ceramiczną stanowi porowaty spiek z hydroksyapatytu a fazę polimerową (biodegradowalną), zapełniającą w różnym stopniu pory, makromonomer laktydowo-węglanowy. Taki skład kompozytu pozwolił pogodzić dużą porowatość materiału z wymaganą wytrzymałością mechaniczną oraz spełnić warunek biozgodności.

EN

The introductory results of studies on the obtaining of a biocompatible, porous synthetic material of defined orientation of pores in space, permitting the bone cells to infest and form bones, are presented. A ceramic-polymer composite has been developed, in which a porous ceramic of hydroxyapatite is the ceramic phase and a lactide-carbonate macromonomer is the polymer (biodegradable) phase filling to a various degree the pores. Such a composite composition permitted to reconcile the high porosity of the material with the required mechanical strength and fulfill the biocompatibility condition.

17

Wytrzymałość na rozrywanie pierścieni wyciętych z filtrów ceramicznych. Cz. II.

Puff Z., Bobryk E., Raabe J., Kowalczuk A.

Szkło i Ceramika

|

2003

|

R. 54, nr 6

34-37

EN

Previous paper (part I) describes some methods of monotubular ceramic filters disruptive strength measurements. They are free of difficulties caused by classic methods of especially purpose made samples ripping. Current paper is devoted to assessment of reliability of probably most simple and convenient methods of disruptive strength testing for tubular ceramic filters. The method is diamentric compression of ring samples. Rings with 1 cm hight were cut from extrusion molded tubular filters with external diameter of 2,15. Authors present results of K4 stress intensity coefficient which was used for desruptive strength calculations based on results of diametric compression of ring-shape samples. K4 results were verified by comparison with results from tubular and ring-shape samples disruption with use of internal pressure.

18

Wytrzymałość na rozrywanie i ściskanie pierścieni wyciętych z filtrów ceramicznych (część I).

Puff Z., Bobryk E., Raabe J.

Szkło i Ceramika

|

2003

|

R. 54, nr 3

28-31

19

Badania właściwości materiałów ferroelektrycznych w zakresie mikrofal

Jaszczyszyn E., Szafran M., Modelski J., Bobryk E.

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

|

2003

|

Vol. 49, z. 2

247-256

PL

W pracy przedstawiono impulsową metodę do pomiaru parametrów materiałów ceramiczno-polimerowych, przydatnych do zastosowań w zakresie mikrofal. Przeprowadzono także badania kompozytowych warstw ceramiczno-polimerowych zawierających modyfikowany ceramiczny proszek ferroelektryczny typu Ba0.65Sr0.35TiO3 oraz odpowiedni polimer, w którym w sposób dyskretny rozproszone zostały ziarna tego proszku. Otrzymane współczynniki przestrajania skutecznej przenikalności elektrycznej pozwalają stwierdzić, że warstwy takie nadają się do opracowania nowych typów anten oraz podzespołów mikrofalowych.

EN

Pulse method for microwave measurement of the ceramic-polymer materials parameters has been developed. Ceramic-polymer composite substrates with modified ferroelectric powder Ba0.65Sr0.35TiO3 and appropriate polymer (grains of the powder have been sprayed into polymer with specific method) have been also investigated. The powder Ba0.65 Sr0.35TiO3 has been synthesized at the temperature range 1150-1350C/3h and admixture (from 0,5% to 3%) of oxides of nickel or manganese or iron have been added. The ferroelectric powder after being granulated (into grinder) according to desired size (1-5 um) has been utilized in order to obtain ceramic-polymer films. The substrates of the ceramic-polymer composite have been designed such that volume of the ferroelectric powder was from 75% to 97,5%. However, volume of the polymer was at the range from 2,5 to 25%. Thickness of the composite layer has been chosen from 100 to 500 um. The type of the polymer required for obtaining the composite with desired parameters has been also investigated. Main properties of the composite are mechanical resistance and flexibility. They permit to operate easy with obtained substrate and cover conductive plane with it. The polystyrene and polyvinyl butyral are the best among many investigated polymers. The proposed pulse method for microwave measurement of the ceramic-polymer materials parameters is based on measurement of the pulse delay to after pulse passed of the microstrip line fragment. The substrate of the microstrip line is realized with ferroelectric material. Utilizing this pulse method permits to accurately define the pulse delay without matched to microstrip, but it does not permit to assign losses. Because permittivities of the investigated materials are primarily unknown this way might be very useful. Microstrip line can be matched and the losses can be determined by changing pulse magnitudes. Obtained results (e.g. tuning ability coefficient of the effective permittivity) show that ceramic-polymer substrate can be utilized in designing new type of antennas and microwave devices.

20

Odporność na pękanie kompozytów Al2O3-Fe otrzymanych metodą odlewania z ceramicznych mas lejnych

Oziębło A., Konopka K., Kurzydłowski K., Szafran M., Bobryk E.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 7

285-290

PL

W artykule opisano sposób wytworzenia kompozytów AI2O3-Fe metodą odlewania z ceramicznych mas lejnych, opracowanych pod kątem poprawy odporności na pękanie. Wytworzony kompozyt badano metodą zginania trójpunktowego. Wyznaczono moduł Younga E, krytyczny współczynnik intensywności naprężeń kic oraz jego zależność od długości pęknięcia C (tzw. krzywe R). Kompozyt wykazał wartość współczynnika KIc istotnie wyższą od wartości dla czystego Al2O3. Stwierdzono także wzrost wartości współczynnika KIc w miarę wzrostu długości pęknięcia C. W celu opisu propagacji pęknięcia zbadano mikrostruktury kompozytu z użyciem metod stereologicznych. Analizując drogę pęknięcia z użyciem mikroskopii świetlnej i skaningowej mikroskopii elektronowej stwierdzono, że najczęstszym typem oddziaływania pęknięcia z cząstkami metalicznymi jest ich omijanie po granicy miedzyfazowej. Powoduje to wydłużenie drogi pękania i wzrost współczynnika KIc.

EN

In this study a novel method for production of Al2O3-Fe composite by the ceramic slip casting was investigated. These composite have been prepared to improve the fracture toughness of the ceramic. Three point bending was used to measure Young modulus E, critical stress intensity factor, and its dependence of cracks length C. The investigations showed that the composite have a higher values of KIc coefficient than alumina. Also it has been found that this coefficient grows was function of the crack length. In order to analyze the geometry of cracks path, scanning electron microscope was used. It has been found that cracks are deflected by the Fe particles. As a result the crack length increases and the fracture toughness is higher.