Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

ZrO2 Gelcast Foams Coated with Apatite Layers

Potoczek M., Kocyło E., Krauz M., Tłuczek A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2020

|

Vol. 65, iss. 2

885--891

EN

In this work, gel-casting of foams method was used to produce ZrO2 porous ceramics. The obtained foams with total porosity of 89.5 vol% were composed of approximately spherical cells having the mean diameter of 537 ± 153 μm interconnected by circular cell windows having the mean diameter of 152 ± 82 μm. Next, the ZrO2 foams were coated with fluorapatite (FA) and hydroxyapatite (HA) layers by slurry infiltration. The intermediate fluorapatite (FA) layer was introduced to prevent the chemical reactions between ZrO2 and HA at high temperatures during sintering process. The ZrO2 samples containing only HA coatings, were also tested, for comparison. The obtained ceramic biomaterials were subjected to in vitro tests in the simulated body fluid (SBF) solution. The results show that the ZrO2 foams with FA/HA layers possessed better bioactivity than the foams with the HA/HA coating.

2

Ceramika piankowa z ZrO2 wytworzona metodą gel-casting

Kocyło E., Potoczek M.

Materiały Ceramiczne

|

2018

|

T. 70, nr 3

242--250

PL

W pracy przedstawiono sposób otrzymywania wysokoporowatego dwutlenku cyrkonu metodą żelowania spienionej zawiesiny z użyciem agarozy jako środka żelującego. Metoda ta pozwala na wytworzenie ceramiki o dużej porowatości w postaci materiałów piankowych o kulistych makroporach, zwanych komórkami pianki, które są połączone kanałami we wspólnych ściankach komórek (tzw. oknami). Przygotowano zawiesiny o różnym stężeniu biopolimeru, mieszczącym się w przedziale 0,22%-1,30% wag. w przeliczeniu na masę proszku ceramicznego, które następnie spieniano i żelowano w celu sporządzenia porowatych kształtek. Otrzymano materiały o porowatości całkowitej wynoszącej 66,0%-89,5% z przeważającym udziałem porowatości otwartej. Rozkład wielkości komórek oraz okien określono metodą analizy obrazu na podstawie mikrofotografii skaningowych. Przeprowadzone obserwacje morfologiczne wykazały, że rozmiar komórek i okien ulegał zwiększeniu wraz ze wzrostem porowatości pianki. W zależności od porowatości średnia wielkość komórki wynosiła od 102,7 µm do 536,9 µm, a średnia wielkość okna wahała się od 20,2 µm do 152,3 µm. Kształtki zostały również scharakteryzowane pod względem właściwości mechanicznych: wytrzymałości na ściskanie oraz modułu Younga.

EN

The objective of the present work consists in the development of highly porous zirconium dioxide foams by the gel-casting method using agarose as a gelling agent. This method allows the production of ceramics with a high total porosity of foam materials with approximately spherical cells interconnected by circular cell windows. Slurries with different concentrations of biopolymer were prepared, being in the range (0.22-1.30)wt% with regard to ceramic powder, which was then foamed and gelled to make porous shaped bodies. The total porosity of zirconia foams was in the range from 66.0 vol.% to 89.5 vol.%. The morphological observations showed that the size of cells and cell windows increased with increasing porosity of the foam. Depending on porosity the average cell size ranged from 102.7 µm to 536.9 µm, while the average cell window size varied from 20.2 µm to 152.3 µm. The samples were also characterized in terms of mechanical properties: compressive strength and Young's modulus.

3

Assessment of Failure Strength of Real Alumina Foams with Use of the Periodic Structure Model

Nowak M., Nowak Z., Pęcherski R. B., Potoczek M., Śliwa R. E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 4

1903--1908

EN

The subject of the study are alumina foams produced by gelcasting method. The results of micro-computed tomography of the foam samples are used to create the numerical model reconstructing the real structure of the foam skeleton as well as the simplified periodic open-cell structure models. The aim of the paper is to present a new idea of the energy-based assessment of failure strength under uniaxial compression of real alumina foams of various porosity with use of the periodic structure model of the same porosity. Considering two kinds of cellular structures: the periodic one, for instance of fcc type, and the random structure of real alumina foam it is possible to justify the hypothesis, computationally and experimentally, that the same elastic energy density cumulated in the both structures of the same porosity allows to determine the close values of fracture strength under compression. Application of finite element computations for the analysis of deformation and failure processes in real ceramic foams is time consuming. Therefore, the use of simplified periodic cell structure models for the assessment of elastic moduli and failure strength appears very attractive from the point of view of practical applications.

4

Wpływ właściwości reologicznych zawiesin Ti2AlC na mikrostrukturę porowatych węglików wytworzonych metodą żelowania spienionej zawiesiny

Chmielarz A., Potoczek M.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 1

4 -- 8

PL

Termodynamicznie stabilne węgliki o budowie nanolaminatowej stanowią grupę materiałów łączących w sobie cechy zarówno metali, jak i ceramiki. Materiały te wytworzone w postaci porowatej mogą być zastosowane między innymi jako przewodzące prąd elektryczny podłoża do katalizatorów oraz matryce do kompozytów o strukturze infiltrowanej. W niniejszej pracy wykorzystano metodę żelowania spienionej zawiesiny do wytworzenia porowatych tworzyw z Ti2AlC. W roli środka żelującego użyto agarozę. Przygotowano gęstwy o różnych stężeniach agarozy: 0,8%, 1,1% oraz 1,3% wag. w przeliczeniu na masę proszku ceramicznego, które następnie spieniano i żelowano w celu sporządzenia porowatych kształtek. Stwierdzono, że lepkość zawiesiny Ti2AlC przeznaczonej do spieniania jest czynnikiem kształtującym porowatość całkowitą oraz rozmiar komórek pianki i okien w ściankach komórek. Wraz ze wzrostem lepkości zawiesiny przeznaczonej do spieniania zaobserwowano zmniejszanie porowatości całkowitej w piankach oraz rozmiaru komórek pianki i okien w ściankach komórek.

EN

Ternary carbides such as MAX phases are nano-layered ceramics that exhibit a unique combination of characteristics typical of both ceramics and metals. In porous forms they can be used for example as catalyst supports or as preforms for metal-ceramic interpenetrating composites. In this work porous Ti2AlC foams were manufactured by the gel-casting method with the use of agarose as a gelling agent. The rheological properties of Ti2AlC slurries with different agarose content were investigated. A correlation between the viscosity of the starting slurry and the microstructure of the final foam has been found. The mean cell size and window size as well as the total porosity decreased with increasing agarose concentration in the starting slurry.

5

Pianki z Ti2AlC przeznaczone na matryce do kompozytów ceramiczno-metalicznych o strukturze infiltrowanej

Potoczek M., Chmielarz A., Śliwa R. E.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2015

|

R. 60, nr 11

577--581

PL

Kompozyty metalowo-ceramiczne o strukturze infiltrowanej charakteryzują się unikalną przestrzenną strukturą wzajemnie przenikających się szkieletów fazy metalowej i fazy ceramicznej. Najczęstszym sposobem wytwarzania tego typu kompozytów jest infiltracja roztopionego metalu do porowatej kształtki ceramicznej. W tej pracy do wytworzenia porowatych materiałów z T i2AlC zastosowano metodę żelowania spienionej zawiesiny ceramicznej (ang. gel-casting of foams). Metoda ta pozwala na wytworzenie ceramiki porowatej w postaci materiałów piankowych. Wytworzono pianki ceramiczne o porowatości całkowitej w zakresie 80÷90 %, które następnie charakteryzowano pod względem rozmiarów makroporów i połączeń między makroporami, porowatości otwartej i wytrzymałości na ściskanie. Wielkości te określają przydatność ceramiki porowatej do procesu infiltracji ciśnieniowej roztopionymi metalami. Stwierdzono, że rozmiar makroporów zawarty był w granicach 381÷547 μm, a rozmiar połączeń między makroporami mieścił się w zakresie od 77 do 134 μm. Pianki o porowatości w zakresie 80÷90 % charakteryzowały się dużą, jak na materiały wysokoporowate wytrzymałością na ściskanie, która zawarta była granicach 8÷18 MPa.

EN

MAX phases are a group of advanced ceramics with nano-layered structure. They have Mn+1AXn composition, where M is an early transition metal, A is an element of A group and X is a carbon and/or nitrogen. The growing interest in this novel group of materials results in their unique combination of characteristics typical of both ceramics and metals. They are elastically stiff good thermal and electrical conductors, resistant to chemical attack, and have relatively low thermal expansion coefficients. On the other hand, they are relatively soft and most are readily machinable, thermal shock resistant and damage tolerant. MAX phases can be produced both in dense and in porous form. In porous form they can be used for example as catalyst supports and preforms for metal-ceramic interpenetrating composites. One method to achieve an interpenetrating microstructure of a composite is the infiltration of a molten metal into a porous ceramic body called a preform. In this work porous Ti2AlC foams were manufactured by the gel-casting method with the use of agarose as an environmentally friendly gelling agent. This technique consists of the combination of the gel-casting process as well as the aeration of ceramic suspensions. It was used because it allows to manufacture porous ceramics in the form of highly porous bodies with homogeneous morphology with controlled porosity and pore size. Ti2AlC foams possessing total porosity in the range of 60÷90 % were manufactured and their microstructure was characterized in order to determine their applicability for the metal melt infiltration technique. Foams having total porosity of 77,9 and 85,3 % were chosen for the further investigation because of the fact that their open porosity was almost the same as the total porosity. As it was shown on the SEM images the samples presented a highly interconnected porous network. The average cell and cell window size was determined on the base of SEM image analysis. Cell size ranged from 381 to 547 μm and the average cell window size ranged from 77 to 134 μm. The strength of the foams was high and ranged from 8 to 18 MPa for the materials having porosity of 85,3 and 77,9 % respectively. This relatively high strength is typical for the porous materials manufactured by gelcasting technique. A relative high compression strength as well as the open porosity of Ti2AlC foams make them suitable for pressure metal melt infiltration in order to produce ceramic-metal interpenetrating composites.

6

Pianki korundowe wytworzone metodą gel-casting przeznaczone do infiltracji polimerami

Potoczek M., Ligoda J., Śliwa R. E.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 2

104--108

PL

Kompozyty polimerowo-ceramiczne o strukturze infiltrowanej charakteryzują się unikatową przestrzenną strukturą wzajemnie przenikających się szkieletów fazy polimerowej i ceramicznej. Jednym ze sposobów wytwarzania tego typu kompozytów jest infiltracja ciekłego polimeru do porowatej kształtki ceramicznej. W niniejszej pracy zastosowano kształtki z ceramiki korundowej o budowie pianki, wytworzone metodą żelowania spienionej zawiesiny (ang. gelcasting of foams). Zaletą tej ceramiki jest wyższa wytrzymałość mechaniczna w porównaniu z wytrzymałością wysokoporowatej ceramiki otrzymywanej dotychczas najbardziej popularną techniką, którą jest osadzenie ceramicznej masy lejnej na spienionym podłożu polimerowym (ang. polymeric sponge method). Przed procesem infiltracji wyznaczono porowatość całkowitą i otwartą pianek, a także rozmiar makroporów i połączeń pomiędzy makroporami. Wyznaczono także wytrzymałość na ściskanie, a także przepuszczalność pianek korundowych. Pianki ceramiczne infiltrowano trójfunkcyjną żywicą epoksydową, aby otrzymać materiały kompozytowe charakteryzujące się zwiększoną wytrzymałością mechaniczną oraz zmniejszoną palnością, przy jednocześnie małej gęstości – mogące mieć potencjalne zastosowanie w lotnictwie.

EN

Ceramic-polymer composites are characterized by the unique spatial structure of interpenetrating skeletons of polymer and ceramic phases. Infiltration of a liquid polymer into a porous ceramic material is the way of producing these type of composites. In this paper, alumina (α-Al2O3) samples of a foam structure produced by the gelcasting of foams process were used. The advantage of ceramic foams manufactured by the gelcasting method is higher mechanical strength when compared to those produced by the most popular technique known as the polymeric sponge method. Before the infiltration process, the alumina samples were characterized in terms of total and open porosity; sizes of macropores and interconnections between macropores were also determined. Compressive strength and permeability of the alumina foams were studied. The alumina foams were infiltrated by three-functional epoxy resins in order to obtain composite materials of low density having enhanced mechanical strengths and reduced flammability. These materials have potential application in aerospace industry.

7

Mechanical Properties of The Ceramic Open-Cell Foams of Variable Cell Sizes

Nowak Z., Nowak M., Pęcherski R. B., Potoczek M., Śliwa R. E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 3A

1957--1963

EN

The mechanical properties and numerical model of ceramic alumina open-cell foam, which is produced by the chemical method of gelcasting with different cell sizes (porosities) are presented. Geometric characteristics of real foam samples were estimated from tomographic and scanning electron microscopy images. Using this information, numerical foam model was proposed. A good agreement between the numerical model and the results elaborated from microtomography was obtained. To simulate the deformation processes the finite element program ABAQUS was used. The main goal of this computation was to obtain macroscopic force as a function of applied vertical displacement in compression test. As a result of numerical simulation of compression test of alumina foam for different values of porosity, the Young modulus and the strength of such foams were estimated.

PL

W pracy określono własności mechaniczne i przedstawiono model numeryczny ceramicznej pianki korundowej (α-Al2O3) o komórkach otwartych i różnej porowatości, otrzymanej metodą żelowania spienionej zawiesiny (gelcasting). Metoda ta pozwala na tworzenia pianek zawierających różnej wielkości komórki a w konsekwencji na otrzymywanie pianek o różnej porowatości. Wielkości charakteryzujące geometrię rzeczywistych pianek ustalono z wykorzystaniem tomograficznych obrazów 3D oraz obrazów z mikroskopu skaningowego. Informacje te wykorzystano przy opracowywaniu modelu numerycznego takiej pianki. Uzyskano model numeryczny o duż ej zgodności symulowanej mikrostruktury z obrazami otrzymanymi z mikrotomografu. Symulacje numeryczne procesu deformacji przeprowadzono przy użyciu programu elementów skończonych ABAQUS. Z symulacji numerycznych otrzymano zmianę wielkości siły w funkcji przemieszczenia górnej powierzchni. Określono również zmianę modułu Younga oraz wytrzymałości na ściskanie pianek korundowych w funkcji porowatości.

8

Mechanical Properties of Alumina Foam/Tri-Functional Epoxy Resin Composites with an Interpenetrating Network Structure

Ligoda-Chmiel J., Potoczek M., Śliwa R. E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2757--2762

EN

Methods of measuring effective material properties, including Young’s, Kirchoff’s modulus or Poisson’s ratio for composites with an interpenetrating network structure, where the both constituent phases have widely different physical properties, do not lead to an unambiguous interpretation. The commonly- known static methods have the basic disadvantage that higher strain values are needed in order to obtain proper results which is generally impossible to achieve in the case of brittle materials, e. g. ceramics or polymers, as well as for composites created by connecting both these components. The measurement of strain values during the stress test, decreases the values of Young’s modulus from several per cent to several dozen per cent, due to appearance of micro fractures in the brittle materials. If there are differences in the values, then a special form and an appropriate amount of samples are needed. Dynamic methods of predicting an effective material properties (ultrasonic and impulse excitation of vibration techniques) are much more accurate, and their non- destructive nature mean that the samples can be used again in other experiments. This paper uses the traditional compression test and ultrasonic and impulse excitation of vibration methods to compare and analyze the experimental material properties, such as Young’s modulus, Kirchoff’s modulus and Poisson’s ratio using alumina foam/tri-functional epoxy resin composites with an interpenetrating network structure.

PL

Metody wyznaczania stałych materiałowych, m.in. modułu Younga, Kirchoffa oraz współczynnika Poissona kompozytu o strukturze infiltrowanej, w którym obie fazy ciągłe charakteryzują się zupełnie innymi właściwościami fizycznymi, nie są jednoznaczne w interpretacji. Powszechnie znane metody statyczne pomiaru mają tę ujemną stronę, że do otrzymania dokładnych wyników, konieczne są większe odkształcenia, co jest z reguły niemożliwe do osiągnięcia dla materiałów kruchych, tj. ceramicznych lub polimerowych, a tym samym dla kompozytów powstałych przez połączenie tych dwóch komponentów. Pomiar odkształcenia względnego, powstającego podczas przyłożonego naprężenia obniża wartość mierzonego modułu Younga od kilku do kilkudziesięciu procent, z uwagi na pojawiające się w próbce mikropęknięcia. Ze względu na duży rozrzut wyników, metoda ta wymaga specjalnego kształtu i odpowiedniej ilości próbek. Dynamiczne metody wyznaczania stałych materiałowych (metoda ultradźwiękowa, metoda wzbudzania impulsu akustycznego) są znacznie dokładniejsze i nie mają wyżej wymienionych niedogodności, ponadto są to pomiary nieniszczące, pozwalające na ponowne wykorzystanie próbek do innych badań. W niniejszej pracy dokonano analizy porównawczej wartości eksperymentalnych stałych materiałowych, tj. modułu Younga, modułu Kirchoffa kompozytów pianka korundowa/trójfunkcyjna żywica epoksydowa o strukturze wzajemnie przenikających się faz, otrzymanych tradycyjną metodą statycznego ściskania, a także metodą ultradźwiękową oraz metodą wzbudzania impulsu akustycznego.

9

Pianki korundowe do infiltracji metalami i polimerami

Potoczek M., Śliwa R. E., Ligoda J.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2013

|

R. 58, nr 11

704--708

PL

Kompozyty metalowo-ceramiczne, a także polimerowo-ceramiczne o strukturze infiltrowanej charakteryzują się unikalną przestrzenną strukturą wzajemnie przenikających się szkieletów fazy metalowej lub polimerowej i fazy ceramicznej. Najczęstszym sposobem wytwarzania tego typu kompozytów jest infiltracja ciekłego metalu lub polimeru do porowatej kształtki ceramicznej. Do infiltracji ciekłymi metalami lub polimerami zastosowano piankowe kształtki korundowe (α-Al2O3), wytworzone metodą żelowania spienionej zawiesiny (ang. gelcasting of foams). W procesie infiltracji ciśnieniowej stopu AlMg5 do pianki korundowej uzyskano kompozyt metalowo-ceramiczny (AlMg5/Al2O3) o strukturze infiltrowanej charakteryzujący się pełnym wypełnieniem komórek pianki przez metal i dobrym przyleganiem na granicy faz ceramika/metal. Stwierdzono, że kompozyt AlMg5/Al2O3 w porównaniu do stopu AlMg5 może osiągać wyższe wartości naprężeń ściskających. Wytworzono także kompozyty korundowo-polimerowe o osnowie z pianki ceramicznej, stosując jako wypełnienie elastyczny poliuretan oraz żywicę epoksydową. Stwierdzono, że kompozyt żywica epoksydowa/pianka korundowa w porównaniu do pianki korundowej może osiągać wyższe wartości naprężeń ściskających, a kompozyt poliuretan/pianka korundowa większe odkształcenia nie powodujące zniszczeń.

EN

Metal-ceramic composites or polymer-ceramic composites are characterized by a unique spatial structure of interpenetrating phase being metal or polymer and ceramic phase. The most common method for manufacturing such composites is the infiltration of molten metal, or polymer into porous ceramics. In this paper the alumnia foams (α-Al2O3) manufactured by gelcasting of foams method were used as proforms for metal or polymer infiltration. A direct pressure infiltration process was used to infiltrate the alumina foams with an AlMg5 alloy resulting in an interpenetrating microstructure. Due to the open cell structure of the Al2O3 foams, macropores in alumina preform were completely filled by metal. Microstructural characterization of the composites revealed a special topology of skeleton and good integrity of metal/ceramic interface. It was found that AlMg5/Al2O3 composites were characterized high compression strength, better than an AlMg5 alloy. Polymer- ceramics composites were also manufactured in the process of infiltration of a polyurethane or epoxy resin into alumina foams. It was found that epoxy/alumina foams composites were characterized high compression strength, better than the alumina foam as well as the polyurethane/alumina foams composites were characterized by ability to achieve large deformation.

10

On the reconstruction method of ceramic foam structures and the methodology of Young modulus determination

Nowak M., Nowak Z., Pęcherski R. B., Potoczek M., Śliwa R. E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 4

1219--1222

EN

In the present paper a finite element model was used to investigate the mechanical properties such as Young’s modulus of open-cell ceramic foam. Finite element discretization was derived from real foam specimen by computer tomography images. The generated 3D geometry of the ceramic foam was used to simulate deformation process under compression. The own numerical procedure was developed to control finite element mesh density by changing the element size. Several numerical simulations of compression test have been carried out using commercial finite element code ABAQUS. The size of the ceramic specimen and the density of finite element mesh were examined. The influence of type and size of finite element on the value of Young’s modulus was studied, as well. The obtained numerical results have been compared with the results of experimental investigations carried out by Ortega [11]. It is shown that numerical results are in close agreement with experiment. It appears also that the dependency of Young’s modulus of ceramic foam on density of finite element mesh cannot be ignored.

PL

W pracy przedstawiono metodę określania własności mechanicznych np. modułu Younga porowatych pianek ceramicznych o otwartych komórkach. Wykorzystując obrazy z tomografii komputerowej rzeczywistej struktury pianki otrzymano siatkę elementów skończonych. Przestrzenny obraz geometrii pianki wykorzystano do symulacji numerycznej procesu deformacji w próbie ściskania. Opracowano własną procedurę numeryczną do generowania elementów skończonych o różnej wielkości i kontroli gęstości siatki elementów. Przeprowadzono szereg symulacji numerycznych procesu ściskania pianek z wykorzystaniem programu elementów skończonych ABAQUS. Ustalono wpływ rodzaju i wielkości elementów skończonych jak również wielkości samej próbki na wartość modułu Younga wyliczonego dla próby jednoosiowego ściskania. Otrzymane numerycznie wartości modułów Younga porównano z wartościami z doświadczeń opublikowanych w pracy Ortegi [11]. Otrzymane rezultaty z symulacji numerycznych są w dobrej zgodności z doświadczeniem. Ustalono, ze wartości modułu Younga dla porowatych pianek ceramicznych zależy od gęstości siatki elementów skończonych i nie może być pomijana.

11

Acoustic absorption of a new class of alumina foams with various high-porosity levels

Zieliński T. G., Potoczek M., Śliwa R. E., Nowak Ł. J.

Archives of Acoustics

|

2013

|

Vol. 38, No. 4

495--502

EN

Recently, a new class of ceramic foams with porosity levels up to 90% has been developed as a result of the association of the gelcasting process and aeration of the ceramic suspension. This paper presents and discusses original results advertising sound absorbing capabilities of such foams. The authors man- ufactured three types of alumina foams in order to investigate three porosity levels, namely: 72, 88, and 90%. The microstructure of foams was examined and typical dimensions and average sizes of cells (pores) and cell-linking windows were found for each porosity case. Then, the acoustic absorption coefficient was measured in a wide frequency range for several samples of various thickness cut out from the foams. The results were discussed and compared with the acoustic absorption of typical polyurethane foams proving that the alumina foams with high porosity of 88-90% have excellent sound absorbing properties competitive with the quality of sound absorbing PU foams of higher porosity.

12

Modelowanie struktury geometrycznej i wytrzymałości na ściskanie pianek ceramicznych przeznaczonych do infiltracji ciekłymi metalami

Potoczek M., Śliwa R. E., Pęcherski R., Nowak Z., Nowak M.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2011

|

R. 56, nr 11

594-597

PL

Kompozyty metalowo-ceramiczne o strukturze infiltrowanej charakteryzują się unikatową przestrzenną strukturą wzajemnie przenikających się szkieletów fazy metalowej i fazy ceramicznej. Najczęstszym sposobem wytwarzania tego typu kompozytów jest infiltracja roztopionego metalu do porowatej kształtki ceramicznej. W niniejszej pracy zastosowano piankowe kształtki korundowe (Al2O3), wytworzone nową metodą otrzymywania ceramiki porowatej, którą jest żelowanie spienionej zawiesiny (ang. gelcasting of foams). W projektowaniu właściwości mechanicznych pianek ceramicznych przeznaczonych do infiltracji roztopionymi metalami, a także w badaniach właściwości mechanicznych kompozytów w postaci pianki ceramicznej infiltrowanej metalem powstaje potrzeba odtworzenia struktury ceramicznego szkieletu kompozytu. W tym celu opracowano numeryczny model struktury piankowej odzwierciedlający jej rzeczywistą budowę, która charakteryzuje się rozrzutem wartości średnic komórek wokół wielkości średniej i występowaniem zwartych obszarów fazy polikrystalicznej w lukach między komórkami o kształcie kulistym. Porównano wyniki doświadczalne dla próby ściskania pianki korundowej z wynikami obliczeń symulacji numerycznej z zastosowaniem MES. W procesie infiltracji ciśnieniowej stopu AlMg5 do pianki korundowej uzyskano kompozyt metalowo-ceramiczny (AlMg5/Al2O3) o strukturze infiltrowanej charakteryzujący się pełnym wypełnieniem komórek pianki przez metal i dobrym przyleganiem na granicy faz ceramika/metal.

EN

More recently, interest has arisen in composites where both phases are continuous, resulting in an interpenetrating microstructure. One method to achieve such a microstructure is the infiltration of a molten metal into a porous ceramic body called a preform. In order to obtain the porous alumina material (Al2O3) a new method of manufacturing of porous ceramics known as "gelcasting of foams" was applied. For better understanding the mechanical properties of ceramic foams and metal-ceramic interpenetrating composites, numerical model of ceramic foams is needed. In this work we present a numerical model of real foam with different cell sizes and dense struts between them. Using the numerical foam model the simulation measurements where the foam was sandwiched between two plates perpendicular to the z-axis and a force was applied parallel to the z-axis were performed. The compression in z-direction was estimated. The simulation results showed good agreement with real compression tests. A direct pressure infiltration process was used to infiltrate the preforms with an AlMg5 alloy resulting in an interpenetrating microstructure. Due to the open cell structure of the Al2O3 foams, macropores in alumina preform were completely filled by metal. Microstructural characterization of the composites revealed a special topology of skeleton and good integrity of metal/ceramic interface.

13

Microstructure and physical properties of AlMg/Al2O3 interpenetrating composites fabricated by metal infiltration into ceramic foams

Potoczek M., Śliwa R. E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1264-1264

EN

This work presents aluminium alloy-alumina (AlMg5/Al2O3) composites, where both phases are interpenetrating through-out the microstructure. Ceramic preforms for metal infiltration were produced by a new method of manufacturing of porous ceramics known as gelcasting of foams. Porous ceramics fabricated by this method is characterized by a continuous network of spherical cells interconnected by circular windows. Alumina (Al2O3) preforms used for infiltration process, were characterized by 90% porosity. The median diameter of spherical cell was 500 μm, while the median diameter of windows was 110 μm. A direct pressure infiltration process was used to infiltrate the preforms with an AlMg5 alloy resulting in an interpenetrating microstructure. Due to the open cell structure of the Al2O3 foams, macropores in alumina preform were completely filled by metal. Microstructural characterization of the composites revealed a special topology of skeleton and good integrity of metal/ceramic interface. The density of AlMg5/Al2O3 composites was 2.71 g/cm3, while the porosity was less than 1%.

PL

W pracy opisano kompozyty metalowo-ceramiczne (AlMg5/Al2O3) o strukturze infiltrowanej charakteryzującej się wzajemnym przenikaniem szkieletów obydwu faz. Preformy ceramiczne (Al2O3) do infiltracji roztopionymi metalami wytworzono nową metodą otrzymywania wysokoporowatej ceramiki, która jest żelowanie spienionej zawiesiny (ang. gelcasting of foams). Porowata ceramika wytworzona ww. metodą charakteryzuje się występowaniem sferycznych makroporów, zwanych takze komórkami pianki, połączonych okienkami na wspólnych ściankach komórek, co sprawia, ze porowatość próbki jest otwarta. Preformy korundowe przeznaczone do infiltracji charakteryzowały sieęporowatością 90%, modalna średnicą komórek pianki 450 μm i modalna srednica okien na sciankach komórek 115 μm. W procesie infiltracji ciśnieniowej stopu AlMg5 do pianek korundowych uzyskano kompozyty metalowo-ceramiczne o strukturze infiltrowanej charakteryzujące się pełnym wypełnieniem sferycznych makroporów preformy ceramicznej przez metal i dobrym przyleganiem na granicy faz ceramika-metal, co potwierdziły obserwacje morfologiczne zgładów i przełomów. Gęstość kompozytów wynosiła 2,71 g/cm3, a porowatość mniej niż 1%.

14

Otrzymywanie, charakterystyka i ocena biologiczna wysokoporowatej bioceramiki hydroksyapatytowej

Ślósarczyk A., Potoczek M., Paszkiewicz Z., Zima A., Lewandowska-Szumieł M., Chróścicka A.

Materiały Ceramiczne

|

2010

|

T. 62, nr 2

224-229

PL

Celem przeprowadzonych badań było uzyskanie, charakterystyka składu fazowego i mikrostruktury oraz ocena biologiczna wysokoporowatych materiałów implantacyjnych na bazie hydroksyapatytu. Materiały te zostały otrzymane metodą żelowania spienionej zawiesiny oraz poprzez odwzorowanie porowatej matrycy organicznej. Wykazano, że obie powyższe metody pozwalają uzyskać monofazową bioceramikę hydroksyapatytową o wielkości makroporów dochodzących do 900 μm. Przy zastosowaniu metody odlewania żelowego spienionej zawiesiny dodatkowo obecne są na ściankach otaczających sferyczne makropory okienka o rozmiarze 10–200 μm. Interesująca architektura porów tworzywa wyprodukowanego na bazie gąbki poliuretanowej pozwoliła uzyskać podczas hodowli komórkowej bardziej równomierne rozmieszczenie komórek w całej objętości próbek.

EN

The aim of this study was fabrication, characteristisation of phase composition and microstructure, as well as biological evaluation of the highly porous hydroxyapatite-based implantation materials. The methods of gelcasting of foams and replacement of porous organic matrix were used to fabricate the materials. It was stated that each method results in obtaining monophase hydroxyapatite bioceramics with the size of macropores up to 900 μm. When the gelcasting of foams method was applied, windows were additionally present in the walls surrounding the spherical macropores. Interesting pores architecture of the material produced on the basis of polyurethane spongy let a more homogeneous cell distribution in the whole volume of the samples to be obtained during the cell culture.

15

Kompozyty metalowo-ceramiczne wytwarzane przez infiltrację ciśnieniową metalu do ceramicznej preformy o budowie piany

Potoczek M., Śliwa R. E., Myalski J., Śleziona J.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2009

|

R. 54, nr 11

688-692

PL

Jednym ze sposobów poprawy właściwości użytkowych metali w przemyśle lotniczym jest zastępowanie tych tworzyw kompozytami metalowo-ceramicznymi. Już od wielu lat produkowane są kompozyty zbrojone fazą ceramiczną w postaci cząstek lub włókien. Jednak w tego typu kompozytach faza ceramiczna nie jest fazą ciągłą. Niniejsza praca poświęcona jest wytwarzaniu kompozytów metalowo-ceramicznych (AlCu5/Al2O3) o strukturze infiltrowanej charakteryzującej się wzajemnym przenikaniem szkieletów obydwu faz. Preformy ceramiczne (Al2O3) do infiltracji roztopionymi metalami wytworzono nową metodą otrzymywania wysokoporowatej ceramiki, którą jest żelowanie spienionej zawiesiny (ang. gelcasting of foams). Preformy ceramiczne o budowie piany o porowatości w zakresie 60-90 % charakteryzowano pod względem wytrzymałości mechanicznej i przepuszczalności fazy ciekłej. Wytrzymałość mechaniczna i przepuszczalność fazy ciekłej określają przydatność ceramiki porowatej do procesu infiltracji ciśnieniowej roztopionymi metalami. W procesie infiltracji ciśnieniowej stopu AlCu5 do pianek Al2O3 o porowatości 88 % uzyskano kompozyty metalowo-ceramiczne o strukturze infiltrowanej charakteryzujące się pełnym wypełnieniem sferycznych makroporów preformy ceramicznej przez metal i dobrym przyleganiem na granicy faz ceramika-metal.

EN

In order to enhance the useful properties of metals in aerospace applications the replacement of these materials by metal matrix composites is used. Traditionally, most work in this sector has focused on particle- or fiber reinforced composites where the ceramic phase is not continuous. This work presents aluminium alloy-alumina (AlCu5/Al2O3) composites, where both phases are interpenetrating throughout the microstructure. Ceramic preforms were produced by a new method of manufacturing of porous ceramics known as gelcasting of foams. The obtained ceramics foams with porosity in the range 60-90 % were characterized in terms of the mechanical compression and flexural strengths and water permeability. A balance between flow resistance and mechanical strength has to be found and preforms with porosity of 88 % have chosen for metal infiltration. A direct pressure infiltration process (3 MPa) was used to infiltrate the preforms with AlCu alloy resulting in an interpenetrating microstructure.

16

Ceramika porowata do infiltracji metalami wytwarzana metodą żelowania spienionej zawiesiny

Potoczek M., Myalski J., Śleziona J., Śliwa R. E.

Inżynieria Materiałowa

|

2009

|

Vol. 30, nr 6

536-539

PL

Kompozyty metalowo-ceramiczne o strukturze infiltrowanej charakteryzują się unikalną przestrzenną strukturą wzajemnie przenikających się szkieletów fazy metalowej i fazy ceramicznej. Praktycznie jedynym sposobem wytwa-rzania tego typu kompozytów jest infiltracja roztopionego metalu do poro-watej kształtki ceramicznej zwanej preforO. W niniejszej pracy zastosowa-no preformy z ceramiki korundowej (a-Al23) o budowie piany, wytworzone nową metodą otrzymywania ceramiki porowatej, którą jest żelowanie spie-nionej zawiesiny (ang. gelcasting offoams). Metoda żelowania spienio-nej zawiesiny umożliwia wytwarzanie ceramiki o porowatości w zakresie 60+95%. Jej zaletą jest wyższa wytrzymałość mechaniczna w porównaniu z wytrzymałością wysokoporowatej ceramiki otrzymywanej dotychczas najpopularniejszą techniką, którą jest osadzenie ceramicznej masy lejnej na spienionym podłożu polimerowym (ang. polymeric sponge method). Po procesie spiekania (1550°C, 2 h), preformy korundowe przeznaczo-ne do infiltracji ciekłym metalem charakteryzowały się występowaniem sferycznych makroporów (komórek piany) o średnicy modalnej 450 um, połączonych ze sobą okienkami na ściankach komórek piany o średnicy mo-dalnej 122 um. Gęstość pozorna porowatych kształtek korundowych wyno-siła 0,468 g/cm3, a porowatość całkowita 88%. Udział porów zamkniętych wynosił mniej niż 1%. Wytrzymałość mechaniczna na ściskanie porowatych kształtek korundowych wynosiła 5,1 MPa, a wytrzymałość na zginanie 3,5 MPa. Obecność okienek na ściankach komórek piany powodowała, że preformy charakteryzowały się wysoką przepuszczalnością fazy ciekłej rów-ną 2-10-10 m2. W procesie infiltracji ciśnieniowej stopu AlCu5 do porowatych kształtek korundowych uzyskano kompozyty metalowo-ceramiczne o strukturze in-filtrowanej, charakteryzujące się pełnym wypełnieniem sferycznych makro-porów preformy ceramicznej przez metal i dobrym przyleganiem na granicy faz ceramika-metal.

EN

Morę recently, interesthas arosen in composites where both phases are conti-nuous, resulting in an interpenetrating microstructure. One method to achive such a microstructure is the infiltration of a molten metal into a porous ce-ramic body colled a preform. In order to obtain the porous alumina materiał (a-Al2O3) a new method of manufacturing of porous ceramics known as "gel-casting of foams" was applied. In Table 1 the results of apparent density, % of theoretical density, open and total porosity of alumina foams are presen-ted. Figurę 1 presents SEM observations of alumina foams. The alumina fo-ams were typically composed of aproximately spherical cells interconnected by circual windows. Figure 2 is the comparison of the associations among spherical pores for the cellular ceramics obtained by two different techniques: (a) gelcasting of foams, and (b) polymeric sponge method. The presence of densified struts is the main microstructure difference between the gel-casting technique and the polymeric sponge method. Figure 3 is the inter-po-re connection (window) size distribution of the alumina gelcast foam, while Figure 4 is the spherical pore (celi) size distribution. The mode window diameter was found to be 122 (im, while the modę celi diameter was 450 (im. In Table 2 the results of water permeability measurements as well as the results of compressive and fluxural strengths of alumina foams are presented. The data in Table 2 show that the alumina foam ensures high mechanical strength and high permeability The gelcast alumina foams were used as preforms for AlCu5 alloy infiltration by pressure technique. Figure 5 shows the microstructure of the AlCu5/ A12O3 interpenetrating composite obtained by pressure infiltration of metal into porous A12O3 preform. Macropores in the alumina preform were com-pletely filled by metal.

17

Zastosowanie układu metakryloamid - N, N'-metylenobisakryloamid w formowaniu ceramiki korundowej metodą odlewania z gęstwy żelującej

Potoczek M., Zawadzak E., Majcherczyk H.

Materiały Ceramiczne

|

2004

|

R. 56, nr 1

19-24

PL

Zbadano zastosowanie hydrożeli otrzymanych z monomerów niskotoksycznych (metakryloamidu i N,N'-metylenobisakryloamidu) do procesu formowania ceramiki korundowej metodą odlewania z gęstwy żelującej. Główną zaletą badanego układu jest niewielki stopień toksyczności oraz mała lepkość gęstw ceramicznych o wysokim udziale fazy stałej (55% obj.). Badania dynamicznych właściwości mechanicznych (moduł zachowawczy, moduł stratności i lepkość zespolona) mokrych hydrożeli polimetakryloamidu wykazały wzrost stopnia usieciowania w funkcji stężenia inicjatora. Zbadano wpływ stężenia inicjatora na czasy inicjacji gęstw ceramicznych z udziałem monomerów na poziomie 2,5% mas. oraz na wytrzymałość mechaniczną wysuszonych kształtek uformowanych metodą odlewania z gęstwy żelującej. W zależności od stężenia inicjatora 0,3-2% mas. na masę monomerów czas inicjacji w temperaturze pokojowej malał wraz ze wzrostem stężenia inicjatora i zawarty był w granicach od 7 do 22 min. Kształtki uzyskane z gęstwy żelującej charakteryzowały się wysoką wytrzymałością mechaniczną po procesie suszenia. Przy optymalnym stężeniu inicjatora równym 1,3% mas. na masę monomerów, wartości wytrzymałości mechanicznej na zginanie i na rozciąganie próbek uformowanych metodą odlewania z gęstwy żelującej wynosiły odpowiednio 5,6 i 2,7 MPa, a ich gęstość pozorna stanowiła 57% gęstości teoretycznej korundu.

EN

Hydrogels obtained from low-toxicity monomers (methacrylamide and N,N'-methylenebisacrylamide) were studied in terms of their application to form of alumina ceramics by gel-casting method. The advantage of the system is a small degree of toxicity and simultaneously Iow viscosity of high solid loading (55 vol.%) suspensions. The dynamic mechanical properties of wet polimethacrylamide hydrogels were characterized by storage and loss moduli and complex viscosity using oscillatory rheometry. These study showed an increase of polimerisation degree of polimethacrylamide hydrogels with increasing of initiator level. The initiator effect on idle times of ceramic suspensions with fixed monomers level on 2,5 wt.% as well as on green flexural and tensile strengths of gelcasts was determined. The idle time decreased with increasing of the initiator level. Depending on the initiator concentration 0.3 - 2 wt.% (on the monomers base) the idle time varied between 7-22 min. at room temperature. For the optimum initiator concentration (1,3 wt.% on the monomers base) the green flexural and tensile strengths were 5.2 and 2.7 MPa, respectively. The apparent density of alumina gelcasts was 57% of theoretical density of corundum.

18

Formowanie ceramiki metodą odlewania z gęstwy żelującej przy użyciu kopolimeru monometakrylanu glikolu metoksypolietylenowego i 1-winylo-2-pirolidonu

Potoczek M., Galina H.

Przemysł Chemiczny

|

2003

|

T. 82, nr 8-9

948-950

19

Badania nad zastosowaniem poliuretanów do procesu prasowania proszków ceramicznych oraz obróbki mechanicznej niewypalonych półfabrykatów

Król P., Król B., Pielichowski J., Potoczek M.

Materiały Ceramiczne

|

2002

|

R. 54, nr 4

129-137

PL

Przedstawiono korzyści wynikające z zastosowania spoiw organicznych do formowania wyrobów ceramicznych. Opisano zależności między strukturą polimerów, a ich właściwościami fizycznymi istotnymi dla otrzymywania kształtek ceramicznych - temperaturą zeszklenia, zwilżalnością i wodorozcieńczalnością dypersji polimerowych. Przedstawiono przykłady dotychczas stosowanych polimerów oraz koncepcje syntezy nowych rodzajów dyspersji opartych na jonomerach poliuretanowych, kompozycjach poliuretanowo-akrylowych typu IPN i multiblokowych dyspersjach polimetakrylowo - poliuretanowych. Zaprezentowano struktury chemiczne oraz wybrane metody syntezy polimerów i kompozycji polimerowych najbardziej obiecujące dla wytwarzania spoiw przydatnych w obróbce mechanicznej niewypalonych półfabrykatów ceramicznych.

EN

In the current work many advantages of organic binding materials for ceramic-products forming were introduced, as well as the interdependance between polymer structure and their physical properties such as - glass transition temperature, wettability and dillution in water. Several examples of commonly used polymers were compared with new kinds of dispersions, which were synthesised using polyurethane ionomers, acrylpolyurethane IPN compositions and polymethacrylate-polyurethane dispersions. We presented several chemical structures and methods of polymer and composition's synthesis, which were the most promise for binding materials for mechanical working of unburnt ceramic semi-fabricated products.

20

Kompozycje polimerowe z modyfikowanymi smektytami

Oleksy M., Galina H., Potoczek M.

Zeszyty Naukowe. Chemia / Politechnika Śląska

|

2001

|

z. 146

165-167

EN

An influence of substituents at quaternary nitrogen atom of ammonium salts used for modification of bentonites on their adsorptive properties towards styrene vapours has been studied. The best properties have been found for bentonites modified with quaternary ammonium salts which consisted of at least one aromatic substituent (preferably benzyl one) and a branched aliphatic substituent with a long carbon chain (more than 8 carbon atoms). It has been shown that the selected modified bentonites are better adsorbers of styrene vapours than the popular active carbon.