Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Kompozyty ceramika korundowa-polimer bioresorbowalny otrzymywane metodą infiltracji

Domańska A., Boczkowska A., Jaegermann Z., Biesiada K., Kurzydłowski K. J.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 3

252-257

PL

Przedstawiono wyniki badań nad kompozytami ceramika korundowa-polimer bioresorbowalny, otrzymywanymi w wyniku infiltracji porowatej ceramiki prepolimerem, który krystalizowano, a następnie poddawano reakcji wydłużania makrocząsteczek wodą. Tak otrzymane kompozyty cechują się ponad 6-krotnie wyższą wytrzymałością na ściskanie niż porowata ceramika, a także znacznie wyższą od kompozytów, w których pory ceramiki wypełnione są poliuretanem bioresorbowalnym uzyskanym powszechnie stosowaną metodą poliaddycji łańcuchów prepolimeru glikolem etylenowym. W celu oszacowania stopnia wypełnienia porów przeprowadzono obserwacje mikrostruktury kompozytów za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Zbadano także wytrzymałość na ściskanie porowatej ceramiki korundowej, poliuretanu na bazie poli( -kaprolaktono)diolu otrzymanego z krystalicznego prepolimeru wydłużanego wodą oraz kompozytów ceramika-polimer. Badania wykazały, że pory ceramiki są dobrze wypełnione poliuretanem, a wytworzone kompozyty cechują się bardzo dobrą wytrzymałością na naprężenia ściskające.

EN

During the past two decades significant advances have been made in the development of materials for biomedical applications. Deragadable polymeric biomaterials are preferred candidates for developing therapeutic devices such as temporary prostheses, three-dimensional porous structures as scaffolds for tissue engineering and as controlled/sustained release drug delivery vehicles. The paper presents the results of studies on alumina ceramics-bioresorbable polymer composites. The idea of biocomposite is that the polymer degrades and in the empty space tissue will grow. The biocomposites were obtained by infiltration of porous ceramics with prepolymers, solidified in the final stage due to crystallization. The prepolymer was crystalized at various temperatures, and subsequently chain-extended with water. Such composites have higher compressive strength in comparison to porous ceramics itself (over 6x) and to composites obtained with the application of polyurethanes in which ethylene glycol was used as chain extender. Scanning electron microscopy (SEM) was used to investigate the composites microstructure and to determine whether or not the pores were fully filled with polymer. Compressive strength of porous alumina ceramics, of poly( -caprolactono)diol polyurethanes obtained from crystalline prepolymers extended by water and of the composites fabricated by infiltration method was tested. The results showed that pores of ceramics were fully filled with polyurethanes. The obtained alumina ceramics-bioresorbable polymer composites also exhibit higher resistance for compressive stresses. Researched composites give new perspectives for medical applications, because it assembles with biocompatible components and have higher compressive strength and fracture toughness in comparison with porous ceramic.

2

Targety ceramiczne na bazie tlenku cyrkonu do otrzymywania nanokrystalicznych żaroodpornych i żarowytrzymałych powłok

Biesiada K., Kostecki M., Olszyna A.

Problemy Eksploatacji

|

2007

|

nr 1

35-43

PL

Technologia ceramicznych barier termicznych (TBC) oparta jest głównie na materiałach z jedną barierą termiczną w postaci 7YSZ. Wysoka zawartość Y2O3 zapewnia wysoką stabilność fazową tworzywa YSZ. Niemniej poszukiwania alternatywnych materiałów na TBC prowadzone są najczęściej w kierunku modyfikacji tlenku cyrkonu. Osiągnięcie tego celu umożliwia zastosowanie proszku ZrO2 stabilizowanego Y2O3 i domieszkowanego tlenkami La, Gd i Nd. W pracy przedstawiono badania nad wytworzeniem katodowego targetu ceramicznego na bazie tlenku cyrkonu do otrzymywania metodami PVD nanokrystalicznych żaroodpornych i żarowytrzymałych powłok TBC, charakteryzującego się dużą gęstością (bliską gęstości teoretycznej) oraz jednorodną budową strukturalną i chemiczną.

EN

Thermal barrier ceramics (TBCs) has chiefly been produced in the 7YSZ form with the single thermal barrier. The high content of Y2O3 in the YSZ materials ensures their good phase stability. Nevertheless, investigastions aimed at finding alternative TBC materials are most often directed towards the zirconium oxide ZrO2 modified by various methods. Attempts have been made with a ZrO2 powder stabilized with Y2O3 and doped with La, Gd and Nd oxides. The present study was concerned with the fabrication of a cathodic zirconium oxide based ceramic target using the PVD methods, with the aim of producing nanocrystalline TBC coatings resistant to heat high density (close to the theoretical value), and is homogeneous in both the structural and chemical terms.

3

GRADED Al203-SiC(whiskers) and Al203-Si3N4(whiskers) COMPOSITES SURFACE-MODIFIED WITH NANO-CRYSTALLINE DIAMOND (NCD) INTENDED FOR CUTTING TOOL EDGES

Biesiada K., Kostecki M., Olszyna A.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

611-617

EN

The paper presents the results of examinations of the gradient-type composites with the composition: Al203+6vol%SiCw/ .../Al203+15vol%SiCw, A1203 + 1% wt. Si3N4w/.../Al203 + 5%wt. Si3N4vv/ and surface - modified with nanocrystalline diamond (NCD). The gradient composites characterize increase mechanical strength properties: Young modulus (E), hardness (HV) and fracture toughness (K,r). The superhard layers (NCD) were produced by r.f. PECVD. Values of the nano-hardness of the layers change from 11,2 [GPa] to 33,3 [GPa] with the NCD layer deposited on the W203+6vol.%SiCw/ .../Al203+15vol.%SiCw/ composite, and from 5,4 [GPa] to 21,1 [GPa] with the NCD layer deposited on the AlĄ+lwt%Si3N4W/.../Al203+5wt.%Si3N4w/ composite.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań kompozytów gradientowych A1203 + 6% obj. SiCw/.../ A1203 + 15% obj. SiCw/ oraz A1203 + 1% wag. Si3N4w/.../Al203 + 5% wag. Si3N4w/ ze zmodyfikowaną warstwą wierzchnią nanokrystalicznego diamnetu (NCD). Otrzymane kompozyty gradientowe charakteryzowały się podwyższonymi właściwościami wytrzymałościowymi tj. modułem Younga E, twardością HV oraz krytycznym współczynnikiem intensywności naprężeń K]C. Supertwarde warstwy nanokrystalicznego diamentu wytwarzano metodą r.f. PECVD. Wartości nanotwardoości otrzymanych warstw (NCD) na kompozycie gradientowym Al203+6obj.%SiCw/ .../Al203+15obj.%SiCw/ zmieniały się od 11,2 [GPa] do 33,3 [GPa] a na kompozycie Al203+lwag%Si3N4w/.../Al203+5wag.%Si3N4w NCD od 5,4 [GPa] do 21,1 [GPa].

4

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).

5

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).

6

Supertwarde warstwy węglowe i azotku boru na płytkach narzędziowych Al2O3-Mo

Biesiada K., Kostecki M., Olszyna A.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 11

248-253

PL

W pracy zbadano wpływ supertwardych warstw ceramicznych (węglowych i azotku boru), nanoszonych metodą plazmy impulsowej na płytki skrawające wykonane z kompozytów warstwowych NCD (c-BN)/Al2O3/Al2O3+x%obj.Mo), na właściwości skrawnościowe tak syntetyzowanych płytek narzędziowych. Podłoża kompozytu warstwowego otrzymywano metodą odlewania folii. Maksymalne zagęszczenie spieków (96%), a także maksymalną wytrzymałość na zginanie (819 MPa) oraz współczynnik intensywności naprężeń (7,75 MPam(1/2)) uzyskano dla kompozytu warstwowego Al2O3/Al2O3+14% obj.Mo. Proces nanoszenia supertwardych warstw prowadzony był jedynie na nakładkach skrawających, wykonanych z tego kompozytu. Skład fazowy nanoszonych powłok badano metodą Ramana. Nanoszone warstwy węglowe identyfikowano jako nanokrystaliczny diament (NCD) zanieczyszczony superdrobnoziarnistym grafitem, zaś warstwy azotku boru jako mieszaniną "grubokrystalicznej" fazy c-BN oraz nanokrystalicznych faz h-BN i E-BN. Przeprowadzono badania grubości powłok, a także ich chropowatości, adhezji do podłoża, współczynnika tarcia oraz twardości. Wyniki badań właściwości skrawnościowych płytek narzędziowych NCD (c-BN)/Al2O3/Al2O3+14%obj.Mo przedstawiono w postaci zużycia V(Bmax) w funkcji drogi skrawania L stopu aluminium PA16. Badania wskazały, że otrzymane w wyniku nanoszenia metodą plazmy impulsowej PACVD warstwy węglowe oraz azotku boru na płytkach narzędziowych Al2O3/Al2O3+14% obj.Mo mają dobre właściwości skrawnościowe przy obróbce stopu aluminium PA16. Dla próbki NCD/Al2O3/Al2O3+14%obj.Mo wzrost trwałości ostrza w porównaniu do płytki niepokrytej wynosi 65%, zaś dla próbki c-BN/Al2O3/AhO3+14%obj.Mo wynosi on 40%.

EN

The aim of the study was to examine how the cutting properties of tool blades are affected by super-hard ceramic (carbon and boron nitride) coatings produced by the impulse plasma method (PACVD). The cutting plates were made of layered NCD (c-BN)/Al2O3/Al2O3+x%Mo composites produced by foil casting. The highest density (96%), the greatest bending strength (819 MPa) and the highest stress intensity factor (7.75 MPam(1/2)) were obtained with the layered Al2O3/Al2O3+ +14 vol.%Mo composite, and, thus, it was only this composite which was used for further experiments with depositing the super-hard coatings. The phase composition of the coatings was examined by Raman spectroscopy. The deposited carbon layers were identified to be nanocrystalline diamond (NCD) contaminated with super-finegrained graphite, whereas the boron nitride layers appeared to be a mixture of the 'coarsegrained' c-BN phase with the nano-crystalline h-BN and E-BN phases. The thickness, roughness, adhesion to the substrate, friction coefficient and hardness of the coatings were examined. The results of examination of the cutting properties of the NCD (c-BN)/Al2O3/Al2O3+14vol.% Mo tool plates in cutting the PA16 aluminium alloy are presented as the wear V(Bmax), versus cutting path L. The results evidently show that, when tested in cutting hard aluminium alloys, the carbon and boron nitride coatings deposited on the Al2O3/Al2O3+14%Mo cutting plates by PACVD have good cutting properties. The service life of the coated plates compared to that of uncoated plates increased by 65% with the NCD coatings and by 40% with c-BN coatings.

7

Kompozyty Ti3Al-TiB2

Kostecki M., Biesiada K., Olszyna A.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 10

221-226

PL

Przedstawiono wyniki modyfikacji fazy Ti3Al w celu poprawy odporności na pękanie oraz odporności na utlenianie w wysokich temperaturach, poprzez wprowadzenie do osnowy cząstek ceramicznych dwuborku tytanu (TiB2). Technologia otrzymania kompozytów Ti3Al-TiB2 składa się z operacji: mieszania proszków wyjściowych, suszenia T = 90°C, granulowania, prasowania jednoosiowego p = 20 MPa, dogęszczania izostatycznego p = 120 MPa oraz spiekania próbek pod ciśnieniem p = 35 MPa w T = 1673 K, 1 h. Określono właściwości fizyczne wytwatrzanych kompozytów Ti3Al+40%TiB2: gęstość, porowatość i nasiąkliwość metodą hydrostatyczną (rys. rys. 3 i 4). Wykonano jakościową analizę fazową kompozytu Ti3Al+40%wag.TiB2 (rys. 8). W wyniku spiekania pod ciśnieniem proszków Ti3jAl+x%TiB2 (x = O, 10, 20, 30, 40% wag.) otrzymano materiał o dużej twardości - 920 HV10 i wysokim współczynniku intensywności naprężeń K(Ic) = 97 MPa m1/2 (rys. 5). Badania kinetyki utleniania przeprowadzono w temperaturze 1173 K w atmosferze powietrza. Krzywe kinetyki utleniania (rys. 9) dla wszystkich badanych kompozytów mają charakter paraboliczny. Wartość stałej szybkości utleniania Kp dla Ti3Al wynosi 3,2 10(-3) mg2/cm4s, natomiast dla kompozytu TijAl+40%TiB2. 5 10(-4) mg2/cm4s. Obecność twardej fazy TiB2 spowodowała znaczny wzrost właściwości wytrzymałościowych kompozytów Ti3Al+x%TiB2. Mechanizm odpowiedzialny za obserwowane wzmocnienie w badanych kompozytach jest związany z wyhamowaniem i odchylaniem pęknięć na cząstkach fazy ceramicznej TiB2. Natomiast poprawa odporności na utlenianie kompozytu o zawartości 40% TiB2 wynika prawdopodobnie z obecności zwartej zgorzeliny, chroniącej podłoże przed szybkim utlenieniem.

EN

The study is concerned with improving the propertics of Ti3Al, in the first place the fracture toughness and resistance to oxidation at high temperatures, by introducing ceramic particles of titanium diboride (TiB2) into its matrix. The technology of the Ti3Al-TiB2 composites involves the following operations: mixing the starting powders, drying the mixture at T = 90°C, granulating, uniaxial pressing at p = 20 MPa, isostatic consolidation at p = 120 MPa, and sintering the samples at T = 1673 K under the pressure p = 35 MPa. The physical properties of the sintered composites, such as the density, porosity, and absorptiveness (determined by the hydrostatic method) were examined (Figs. 3, 4). A qualitative phase analysis of the Ti3Al+40wt.%TiB2 composite has shown that it contains the Ti3Al and TiB2 phases (Fig. 8). After sintering, the Ti3Al+x%TiB2 (x = 0,10,20, 30,40 wt.%) composite shows a high hardness of 920 HV10 and a high stress intensity factor K(Ic) = 97 MPa m1/2 (value obtained for the Ti3Al+40wt.%TiB2 composite). The oxidation kinetics of the composites was examined at a temperature of 1173 K in an air atmosphere. The oxidation kinetics curves are shown in Figure 9. We can see that, in all the sintered samples examined, the curves have the parabolic character. The value of the parabolic oxidation rate constant Kp is equal to 3.2 10(-3) mg2/cm4s in the Ti3Al samples and 5 o 10(-4) mg2/cm4s in the Ti3Al+40%TiB2 samples. The increased strength of the Ti3Al+x%TiB2 composites can be attributed to the presence of the TiB2 ceramic grains. The hardening occurs as a result of the cracks formed in the ceramic phase particles being deflected and bridged. The increased resistance against oxidation observed in the composite added with 40% of TiB2 is probably due to the formation of a solid scale, which protects the substratc against rapid corrosion.

8

Modyfikacja właściwości TiAl cząstkami ZrO2

Biesiada K., Olszyna A.

Inżynieria Materiałowa

|

2004

|

R. XXV, nr 5

823-828

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad modyfikacją właściwości TiAl, przede wszystkim zwiększeniem odporności materiału na kruche pękanie poprzez wprowadzenie do osnowy cząstek ceramicznych tetragonalnego tlenku cyrkonu (TZ-3Y). Technika wytwarzania materiałów kompozytowych TiAl + x% ZrO2 obejmuje: mieszanie proszków, suszenie, granulowanie, prasowanie jednoosiowe (p = 20MPa), dogęszczanie izostatyczne (p = 120 MPa), oraz spiekanie swobodne próbek( T=1300°C ÷ 1350°C/ 1 h w próżni p = 10^-4 Pa, argonie) lub spiekanie pod ciśnieniem (T = 1250°C/ 1 h, p = 35 MPa) (rys. 3). Oznaczono właściwości fizyczne kompozytów TiAl + x% ZrO2, takie jak: gęstość, porowatość, nasiąkliwość metodą hydrostatyczną (rys. 4 - 7). Przeprowadzono jakościową analizę fazową kompozytu TiAl -I- 40 % wag. ZrO2, która wykazała występowanie następujących faz: tetragonalny, jednoskośny tlenek cyrkonu (śladowe ilości), TiAl, Al2TiO5, Al2O3 (rys. 8). Zbadano własności wytrzymałościowe: stałe sprężystości (E, G, v) (rys. 10-12) twardość (HV) i odporność na kruche pękanie sposobem Vickersa (rys. 13-14). W wyniku spiekania kompozytu TiAl + x %ZrO2 (x = 0, 10, 20, 30, 40% wag. ZrO2) pod ciśnieniem (p = 35 MPa), otrzymano materiały o twardości 586 HV10 i wysokim współczynniku intensywności naprężeń, K(IC) = 126 MPa x m^1/2 (wartość dla kompozytu TiAl + 40 % wag. ZrO2). Bardzo wysokie wartości współczynnika intensywności naprężeń obserwowane w kompozytach TiAl-ZrO2 spowodowane są obecnością ziaren tetragonalnego tlenku cyrkonu - wzmocnienie w wyniku przemiany fazowej t-ZrO2 ->j-ZrO2, a także obecnością ziaren Al2TiO5 oraz ZrO2 - odchylanie i mostkowanie pęknięć.

EN

The study is concerned with the modification of the properties of TiAl, in particular aimed at improving the fracture toughness of this material, by introducing ceramic particles of the tetragonal zirconium oxide (TZ-3Y) into its matrix. The technological operations involved in the production of the TiAl + x %ZrO2 composite are: mixing of starting powders, drying the mixture at T = 90 °C, granulating, uniaxial pressing at p = 20 MPa, isostatic compacting at p = 120 MPa, and free sintering at T= 1300 ÷ 1350°C in vacuum or argon for 1 h or hot pressing at T = 1250°C, p = 35 MPa for 1 h (Fig. 3). The physical properties of the TiAl + x % ZrO2 composites thus produced, such as the density, porosity and absorptivity were determined using the hydrostatic method (Figs. 4 -7). The phases identified in the TiAl + 40 wt. % ZrO2 composite by a qualitative phase analysis were: tetragonal and monoclinic (traces) zirconium oxides, TiAl, Al2TiO5, Al2O3 (Fig. 8). The strength properties of the composite, such as the modulus of elasticity (E, G, v), hardness (HV) and fracture toughness, were examined using the Vickers method (Figs. 10-14). The TiAl+x%ZrO2 (x = 0, 10, 20, 30, 40 wt.%) composites hot-pressed under a pressure of 35 MPa show a high hardness of 586 HV10 and a high stress intensity factor K(IC) of 126 MPa ź m^1/2 (the latter value was measured in the TiAl + 40 wt. % ZrO2 composite). The very high values of the stress intensity factor measured in the TiAl-ZrO2 composites can be attributed to the presence of the tetragonal zirconium oxide grains (hardening due to the phase transformation t-ZrO2 ->j-ZrO2) and also presence distribution of the Al2TiO5 and Al2O3 grains (crack deviation and bridging).

9

Kompozyty Ti3Al-ZrO2

Biesiada K., Olszyna A.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 7

182-186

PL

Przedstawiono wyniki badań nad modyfikacją właściwości Ti3Al, przede wszystkim zwiększenia odporności materiału na kruche pękanie poprzez wprowadzenie do osnowy cząstek ceramicznych tetragonalnego tlenku cyrkonu (TZ-3Y). Technologia kompozytów Ti3Al-ZrO2 składała się z następujących operacji: mieszanie proszków wyjściowych, suszenie (T = 90°C), granulowanie, prasowanie jednoosiowe (p = 20 MPa), dogęszczanie izostatyczne (p = 120 MPa) oraz spiekanie swobodne próbek (T = 1400:1550°C, 1 h), w próżni, argonie lub też spiekanie próbek pod ciśnieniem (T = 1400°C, 1 h, p = 35 MPa) (rys. 3). Następnie oznaczono właściwości fizyczne kompozytów Ti3Al+x%ZrO2, takie jak: gęstość, porowatość, nasiąkliwość metodą hydrostatyczną (rys. rys. 4-6). Przeprowadzono również jakościową analizę fazową kompozytu Ti3Al+40%wag.ZrO2, która wykazała występowanie następujących faz: tetragonalny, jednoskośny (śladowe ilości) tlenek cyrkonu oraz heksagonalny Ti3Al (rys. 7). Zbadano także własności wytrzymałościowe: twardość HV i odporność na kruche pękanie metodą Vickersa (rys. rys. 9 i 10). W wyniku spiekania kompozytu Ti3Al+x%ZrO2 (x = O, 10, 20, 30, 40% wag.) pod ciśnieniem (p = 35 MPa) otrzymano materiały o wysokiej twardości 710 HV10 i wysokim współczynniku intensywności naprężeń Klc = 45 MPa • m1'2 (wartość dla kompozytu Ti3Al+40%wag.ZrO2). Wzrost właściwości wytrzymałościowej kompozytów Ti3Al+x%ZrO2 należy przypisać obecności ziaren fazy ceramicznej t-ZrO2. Grupa mechanizmów odpowiedzialnych za obserwowane wzmocnienie w badanych kompozytach jest bezpośrednio związana z przemianą fazową odmiany tetragonalnej w jednoskośną.

EN

The study is concerned with the modification of the properties of Ti3Al, in particular aimed at improving the fracture toughness of this material, by introducing ceramic particles of the tetragonal zirconium oxide (TZ.-3Y) into its matrix. The technological operations involved in the production of the Ti3Al+x%ZrO2 composite are: mixing the starting powders, drying the mixture at T = 90°C, granulating, uniaxial pressing atp = 20 MPa, isostatic compacting atp = 120 MPa, and free sintering at T = 1400:1550°C in vacuum or argon for 1 h or hot pressing at T = 1400°C, p = 35 MPa for 1 h (Fig. 3). The physical properties of the Ti3Al+x%ZrO2 composites thus produced, such as the density, porosity and absorptivity were determined using the hydrostatic method (Figs. 4-6). The phases identified in the Ti3Al+40wt.%ZrO2 composite by a qualitative phase analysis were: tetragonal and monoclinic (traces) zirconium oxides and hexagonal Ti3Al (Fig. 7). The strength properties of the composite, such as the hardness (HV) and fracture toughness, were also examined using the Vickers method (Figs. 9 and 10). The Ti3Al+x%ZrO2 (x = 0,10,20,30, 40 wt.%) composites hot-pressed under a pressure of 35 MPa show a high hardness of 710 HV10 and a high stress intensity factor Klc of 45 MPa • m1/2 (the latter value was measured in the Ti3Al+40wt.%ZrO2 composite). The increased values of the strength parameters of the Ti3Al+x%ZrO2 composites can be attributed to the presence of the t-ZrO2 ceramic phase grains. The mechanisms responsible for the hardening observed in the composites can directly be related to the tetragonal-to-monoclinic phase transformation that takes place during the sintering.

10

Modyfikacja właściwości faz międzymetalicznych z układu Ti-Al cząstkami tetragonalnego tlenku cyrkonu

Biesiada K., Olszyna A.

Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

R. XXIV, nr 6

249-252

PL

W pracy porównano wyniki badań nad modyfikacją właściwości Ti3Al oraz TiAl cząstkami tetragonalnego tlenku cyrkonu (TZ-3Y). Celem badań było zwiększenie odporności na kruche pękanie spieków faz międzymetalicznych. Z surowców wyjściowych tj. proszków Ti3Al, TiAl, ZrO2 (TZ-3Y) otrzymano w wyniku spiekania kompozyty Ti3Al+x%ZrO2, TiAl+x%ZrO2 (x=0,10,20,30,40% wag.) Oznaczono właściwości fizyczne kompozytów takie jak: gęstość, porowatość, nasiąkliwość, skład fazowy oraz własności wytrzymałościowe: stałe sprężystości (E, G, upsilon), twardość, odporność na kruche pękanie oraz energię pękania. Przeprowadzono także obserwacje mikrostruktur. W wyniku spiekania pod ciśnieniem otrzymano materiały o wysokiej twardości (HV) i wysokim współczynniku intensywności naprężeń (KIC): 710 HV10, KIC=45 MPa rad m (wartości dla kompozytu Ti3Al+40%wag.ZrO2), 586 HV10, KIC=126 MPa rad m (wartości dla kompozytu TiAl+40%wag.ZrO2).

EN

The study is compare with the modification of the properties of Ti3Al and TiAl by introducing ceramic particles of the tetragonal zirconium oxide (TZ-3Y). The aim of investigation was the enlargement fracture toughness sintered intermetallic phases. With the starting powders Ti3Al, TiAl, ZrO2 (TZ-3Y) are received during sintered hot pressing Ti3Al+x%ZrO2, TiAl+x%ZrO2 (x=0, 10, 20, 30, 40% wt.) composites. Marked the physical properties of the Ti3Al+x%ZrO2, TiAl+x%ZrO2 composites, such as the density, porosity, absorbability, phase constitution and the strength properties: modulus of elasticity (E, G, upsilon), hardness, fracture toughness and crack energy. Observations of the microstructures are also conducted. During sintered hot pressing are received materials of high hardness (HV) and high critical stress intensity factor (KIC): 710 HV10, KIC=45 MPa rad m (value for Ti3Al+40% wt. ZrO2 composite), 586 HV10, KIC=126 MPa rad m (value for TiAl+40% wt. ZrO2 composite).

11

Kompozyty o zmodyfikowanych właściwościach na osnowie faz międzymetalicznych z układów Ti-Al oraz Ni-Al

Olszyna A., Michalski A., Oleszak D., Garbacz H., Biesiada K., Jaroszewicz J., Matysiak H., Rosiński M., Świderska-Środa A.

Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

R. XXIV, nr 4-5

195--203

PL

Praca przedstawia wyniki badań nad syntezą kompozytów: NiAl-TiC otrzymanych na drodze syntezy mechanicznej i zagęszczania wybuchowego oraz NiAl-TiC, NiAl-TiN i NiAl-Al2O3 spiekanych impulsowo pod ciśnieniem normalnym. Kompozyty na osnowie faz międzymetalicznych z układu Ti-Al otrzymano metodą proszkową in situ, a następnie zagęszczano je spiekając pod ciśnieniem lub też syntezowano kompozyty gradientowe Ti3Al-ZrO2. Spieki charakteryzowano mikrostrukturalnie oraz badano wybrane właściwości fizyczne (gęstość, porowatość, twardość HV, współczynnik intensywności naprężeń KIC oraz żaroodporność). W wyniku mechanicznej syntezy otrzymano nanometryczne proszki NiAl-TiC, które po zagęszczeniu wybuchowym osiągają gęstość 97 % i posiadają bardzo wysoką twardość 1370 HV0,1. W pracy zoptymalizowano parametry spiekania impulsowego pod ciśnieniem normalnym kompozytów NiAl-TiC, NiAl-TiN i NiAl-Al2O3.

EN

The study presents the results of experiments on the synthesis of the NiAl-TiC composites by mechanical synthesis followed by explosion consolidation and the NiAl-TiC, NiAl-TiN and NiAl-Al2O3 composites by sintering in a pulsed way under normal pressure. Composites with an intermetallic matrix of the Ti-Al system were produced by the in situ powder sintering followed by hot pressing or by the synthesis of the gradient-type Ti3Al-ZrO2 composites. Characterization of the sintered materials included microstructural examinations and measurements of certain selected physical properties, such as the density, porosity, hardness HV, stress intensity factor KIC and heat resistance. The mechanical synthesis gave nanocrystalline NiAl-TiC powders, which after explosion consolidation, achieved a density of 97 % and a very high hardness of 1370 HV0.1. The experiments permitted optimising the process parameters of the fabrication of the NiAL-TiC, NiAl-TiN and NiAl-Al2O3 composites by pulse sintering under normal pressure.