Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mechanical properties of Si3N4 – graphene composites sintered by SPS method

Klimczyk P., Jaworska L., Cygan S., Morgiel J., Major Ł., Olszyna A.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2017

|

Vol. 57, no. 4

235--239

EN

Silicon nitride powder with a small addition of magnesium oxide and yttria stabilized tetragonal zirconia fine particles was used as a starting material. Multilayer graphene nanoplatelets were used as filler for silicon nitride based composites. Graphene content in the mixtures was 0‒2 wt. %. The composites were obtained by the Spark Plasma Sintering method at 1650°C under 35 MPa of uniaxial pressure. Separation of the agglomerated graphene platelets in the matrix was observed for these materials. Insufficient dispersity of graphene slightly decreased the mechanical properties of Si3N4 ceramics. The SEM and TEM microstructural analysis of sintered materials show that the applied pressure during the sintering process leads to the orientation of the graphene phase and in consequence causes anisotropy of properties. The differences of friction coefficients were examined with the Ball-on-Disc method for the two directions (parallel and perpendicular to the pressing axis). Also the specific wear rate of the ball for the direction parallel to pressing axis differ significantly in comparison to the wear for the direction perpendicular to the pressing direction.

2

Determining the shape and volume of the post-mining basin in Kadzielnia area, Kielce

Klimczyk P., Krawczyk K., Ptak J., Sawadro K., Siarek A., Stępień A., Szewczyk J., Walkiewicz K.

Structure and Environment

|

2016

|

Vol. 8, no. 2

131--139

EN

Long-term exploitation of limestone in Kadzielnia in the centre of Kielce created the post-mining basin of considerable size. For some time it was filled with water, forming the lake Szmaragdowe (Emerald Lake), which dried out 30 years ago. Because of the restoration projects of the lake it became necessary to determine its volume; the data on the size of the basin have not so far been presented in publications. This volume was determined using modern measurement technologies: in the part filled with water – bathymetric measurement, in the dry part – scanning tacheometry. As a result of measurements and calculations, volumes of the part filled with water (23.000 m3) and of the dry part (277.000 m3) were determined. The spatial model of the basin and topographic maps were also created.

3

Studies on high pressure-high temperature synthesis of carbon clathrates

Leszczyński J., Wojciechowski K., Koleżyński A., Klimczyk P.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 5-6

512--513

EN

Ab initio DFT calculations were used for theoretical analysis of crystal and electronic structure of C46, Li8C46 and Li8B6C40 carbon clathrates. Simultaneously experimental attempts of carbon clathrates synthesis from fullerene C60 at pressure 8 GPa were made. For a specific conditions polymerized form of fullerene – fullerite was obtained.

PL

Przeprowadzono obliczenia ab initio metodą DFT w celu analizy struktury krystalicznej i elektronowej hipotetycznych klatratów węglowych C46, Li8C46 i Li8B6C40. Jednocześnie podjęto próby syntezy klatratów węglowych z fullerenu C60 pod ciśnieniem 8 GPa. W pewnych warunkach otrzymano spolimeryzowaną formę fullerenu – fulleryt.

4

Nowe możliwości badawcze Centrum Badań Materiałów i Technologii Spiekania SINTERCER

Putyra P., Jaworska L., Klimczyk P., Cyboroń J., Cygan S., Skrabalak G.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 5-6

430--437

PL

Przedstawiono założenia realizowanego przez Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania międzynarodowego projektu pt.: „Rozwój centrum procesów spiekania i wymiana wiedzy dotyczącej metod spiekania specjalnych materiałów kompozytowych o osnowie ceramicznej w warunkach braku równowagi termodynamicznej” – REGPOT-CT-2013-316232-SINTERCER. Scharakteryzowano zakres prac obejmujących modernizację aparatury do spiekania wysokociśnieniowego materiałów supertwardych oraz przedstawiono cel i możliwości aparatury badawczej zakupionej w ramach projektu.

EN

Presented are the requirements for the international cooperation Project entitled: “Development of a SINTERing CEntRe and exchange of know-how on the methods of advanced ceramic composite materials sintering process under non-equilibrium conditions of, REGPOT-2012-2013-1 EU FP7 Research Potential” – REGPOT-CT-2013-316232-SINTERCER. The scope of modernization of equipment used for high-pressure sintering of super-hard materials is specified as well as the purpose and capacities of the research equipment procured under this project.

5

Mechanical properties of pressure sintered alumina-graphene composites

Rutkowski P., Klimczyk P., Jaworska L., Stobierski L., Zientara D., Tran K.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 2

168--175

EN

The work concerns the alumina-graphene materials sintered by two different pressure methods. The preparation route of the matrix-graphene mixture was discussed in the paper. The prepared compositions with different amount of graphene were hot-pressed or spark plasma sintered. The influence on uniaxial pressure during the sintering process on the microstructure was studied by the SEM microstructural observations and ultrasonic measurements. The work presents also the results of measurements of elastic and mechanical properties. Wear tests were made and friction coefficients determined by the ball-on-disk method.

PL

Praca dotyczy materiałów korund-grafen spiekanych za pomocą dwóch metod ciśnieniowych. Dyskusji poddano metodę przygotowania mieszaniny złożonej z proszku osnowy i grafenu. Mieszaniny o różnej zawartości grafenu prasowano na gorąco lub konsolidowano w warunkach spiekania wspomaganego polem elektrycznym. Wpływ jednoosiowego prasowania podczas spiekania na mikrostrukturę zbadano, stosując obserwacje mikrosrukturalne SEM i pomiary ultradźwiękowe. Praca zawiera również wyniki pomiarów właściwości sprężystych i mechanicznych. Test odporności na zużycie i pomiary współczynników tarcia wykonano za pomocą metody kula na dysku.

6

Modelowanie zjawisk mechanicznych i cieplnych występujących podczas spiekania w toroidalnych kowadłach Bridgmana

Grabowski G., Klimczyk P., Cygan S.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 3

228--233

PL

Przedstawiono główne założenia, pozwalające na modelowy opis zagadnień mechanicznych i cieplnych występujących podczas spiekania z użyciem toroidalnych kowadeł Bridgmana. Na ich podstawie skonstruowano modele obliczeniowe, w których wykorzystano rzeczywistą geometrię kowadeł i wszystkich części składowych istotnych dla modelowanego procesu. Obliczenia wykonano metodą elementów skończonych, z zastosowaniem komercyjnego środowiska obliczeniowego ANSYS. Uzyskane wyniki porównano z wartościami zarejestrowanymi podczas pomiarów kontrolnych, co pozwoliło na potwierdzenie słuszności przedstawionych założeń w obszarze zjawisk cieplnych.

EN

The paper presents basic requirements providing for exemplary description of mechanical and thermal issues that occur during sintering operation in the Bridgman-type toroidal anvils. To meet these requirements, calculation models were developed, where actual geometry of the anvil and all components relevant to the modeled process were applied. The calculations were carried out to the finite element method using ANSYS commercial computing environment. Simulation results were compared with the values collected during control measurements, which confirmed the presented requirements in relation to the thermal phenomena scope.

7

Spiekanie nanokrystalicznych faz azotkowo-borkowych

Wyżga P., Jaworska L., Bućko M.M., Szutkowska M., Klimczyk P.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 2

98--102

PL

Badania przedstawione w tym artykule opisują zagadnienia związane ze spiekaniem, głównie metodami ciśnieniowymi, i oceną kompozytów TiN-TiB2, otrzymanych z nanoproszków wykonanych przez różnych producentów, wykorzystujących różne metody syntezy. W pracy zastosowano sześć rodzajów nanoproszków komercyjnych, opierających się na fazach TiN oraz TiB2. Mieszanki kompozytowe zostały przygotowane w stosunku mas. 70% TiN : 30% TiB2 oraz 50% TiN : 50%TiB2. Wykazano silną zależność pomiędzy składem fazowym proszków a składem fazowym i właściwościami otrzymanych materiałów. Szczególnie niekorzystnym zjawiskiem jest tworzenie się miękkiej, heksagonalnej odmiany azotku boru, za którą odpowiada obecność w proszkach kwasu borowego w postaci sassolinu, który jest stosowany w produkcji dwuborku tytanu. Potwierdzono, że skład fazowy proszków bardzo silnie wpływa na przebieg procesu spiekania i sposób zagęszczania próbki. Krzywe spiekania dla badanych proszków nanometrycznych różnią się od tych rejestrowanych w przypadku tych samych składów kompozytu otrzymywanego z proszków mikrometrycznych. Stopień zagęszczenia mieszanek określony był na podstawie pomiarów gęstości i porowatości spieków kompozytowych. Przeprowadzono obserwację morfologii proszków i mikrostruktury spieczonych materiałów przy pomocy mikroskopii SEM i TEM. Analiza składu fazowego była wykonana metodą rentgenowską, natomiast badania składu chemicznego za pomocą spektrometru EDS. Największe wartości gęstości i twardości HV0,3 uzyskano w przypadku spieku wykonanego metodą SPS w temperaturze 1900 °C i czasie 5 minut przy ciśnieniu 35 MPa.

EN

The study presented in this paper describes issues related to pressure sintering and investigation of TiN-TiB2 composites obtained by using nanopowders originated from various producers. Six types of commercial powders that contained TiN and TiB2 phases were used. Composite mixtures of 70 wt.% TiN - 30 wt.% TiB2 and 50 wt.% TiN - 50 wt.% TiB2 were sintered. There was a strong correlation between the phase composition of the starting powders and the phase composition and properties of related sinters. The formation of hexagonal boron nitride was especially disadvantageous due to its low hardness, and resulted from the presence of remnants of sassolite (boric acid) in the titanium diboride powders. It was confirmed that the phase composition of the powders had a strong influence on the SPS sintering process and sample consolidation. This was proved by sintering curves registered by an SPS apparatus. The sintering curves for the nano-powders differed from the curves registered for micrometric powders. Density, hardness and Young’s modulus were the criteria of densification of powder mixtures. For characterization of the nanopowder morphology and the microstructure of the sintered bodies, transmission electron microscopy and scanning microscopy were used, respectively. Phase analysis was performed by the X-ray diffraction method, whereas chemical analysis was carried out by using an EDS spectrometer. The SPS sintered materials showed the highest value of density and the highest hardness HV0.3, when sintered at 35 MPa for 10 minutes at a temperature of 1900 °C.

8

Modelowanie rozkładu temperatury w toroidalnej komorze Bridgmana

Grabowski G., Klimczyk P.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 4

446--450

PL

Przeprowadzona symulacja miała na celu określenie rozkładu temperatury w toroidalnej komorze Bridgmana w początkowym etapie procesu spiekania. Obliczenia wykonano metodą elementów skończonych (MES) i wykorzystano w nich model geometryczny, odwzorowujący grafitowy element grzejny, w którym umieszczony był spiekany materiał oraz otaczające go kształtki mineralno–polimerowe, pełniące równocześnie rolę medium przenoszącego ciśnienie, izolatora elektrycznego i cieplnego. Nagrzewanie w modelu jest realizowane przepływem prądu elektrycznego, którego zmiany napięcia i natężenia w funkcji czasu odpowiadały rzeczywistym wartościom występującym podczas procesu spiekania z wykorzystaniem aparatury wysokociśnieniowo-wysokotemperaturowej - HPHT (ang. high pressure high temperature). Weryfikacji wyników, a w szczególności poprawności zastosowanych w obliczeniach stałych materiałowych, dokonano na podstawie porównania wartości napięcia i natężenia przepływającego prądu oraz temperatury - obliczonych na podstawie modelu - z wartościami zarejestrowanymi podczas pomiarów kontrolnych. Uzyskana dobra zgodność wartości porównawczych dla prezentowanego modelu pozwala na jego dalszą rozbudowę, uwzględniającą kolejne etapy procesu HPHT.

EN

The simulation was aimed to determine the temperature distribution in the Bridgman-type toroidal apparatus in the initial stage of the sintering process. Calculations were performed using the finite element method (FEM). A geometric model, which mapped a graphite heating element, sintered material and mineral-polymer gaskets, fulfilling also the role of a medium for pressure transmission, and both electrical and thermal insulator, was used. Heating in the model was realized by the flow of electric current whose changes as a function of time correspond to actual values, which occur during the sintering process in a high-pressure high-temperature apparatus (HPHT). Verification of the results was made on the basis of comparison of the calculated values of current voltage, current flow, and temperature to the values recorded in the control measurements. The resulting good agreement between calculated and measured values allows further development of the presented model, including next stages of the HPHT process.

9

Właściwości użytkowe tworzyw z układu B4C–CrSi2–hBN

Rutkowski P., Klimczyk P.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 3

343--351

PL

W pracy przedstawiono wyniki dotyczące otrzymywania tworzyw zawierających osnowę z węglika boru. Do osnowy wprowadzano fazę syntezowanego krzemku chromu, który z jednej strony miał za zadanie obniżenie temperatury spiekania, a z drugiej podwyższenie odporności na kruche pękanie. Do tworzywa wprowadzono heksagonalny azotek boru w ilościach (2-8)% objętościowych w celu obniżenia współczynnika tarcia. Materiały otrzymano na drodze prasowania na gorącą w temperaturze o 150 ºC niższej niż dla tworzyw spiekanych w układzie B4C/h-BN. Wszystkie uzyskane tworzywa scharakteryzowano pod względem fazowym, strukturalnym, mikrostrukturalnym, właściwości sprężystych oraz właściwości mechanicznych. Otrzymano tworzywa o wytrzymałości na zginanie sięgającej 540 MPa, współczynniku krytycznej intensywności naprężeń 4,7 MPa•m1/2 oraz obniżonej w stosunku do czystego węglika boru wartości współczynnika tarcia i podwyższonej odporności na zużycie ścierne.

EN

In the paper, the results on the manufacturing boron carbide matrix materials were presented. The synthesized chromium silicide phase was added to the matrix to lower the sintering temperature and to increase the fracture toughness. Hexagonal boron nitride was introduced in a quantity of (2-8) vol.% to the composite as a solid lubricate. The materials were hot-pressed at the temperature of 150 ºC lower than used for the naturally sintered B4C/h-BN composites. The studied bodies were subjected to the phase and microstructural analysis, microstructural observations, and elastic and mechanical property measurements. The materials with a bending strength of 540 MPa and a fracture toughness of 4.7 MPam1/2 were manufactured. The lowered friction coefficient and lowered abrasion wear were recorded in comparison to the pure boron carbide material.

10

Badania tribologiczne ceramiki narzędziowej metodą Ball-on-Disc

Klimczyk P.

Mechanik

|

2012

|

R. 85, nr 11

953-956

PL

Omówiono podstawowe zagadnienia związane ze zużywaniem się i trwałością narzędzi skrawających oraz z metodami pomiaru właściwości tribologicznych materiałów narzędziowych. Przedstawiono wyniki badań porównawczych współczynnika tarcia i wskaźnika zużycia, przeprowadzonych w Instytucie Zaawansowanych Technologii Wytwarzania metodą Ball-on-Disc w temperaturze pokojowej i podwyższonej, kompozytu SiC + 30% mas. Si3N4 otrzymanego metodą spiekania wysokociśnieniowego oraz materiału komercyjnego na bazie Si3N4.

EN

Discussed are the problems related to wear and life of cutting tools and to estimation of tribological properties of tool materials. Also presented are the results of comparative testing of friction coefficient and wear index of the SiC + 30 percent Si3N4 by weight composite as obtained by the high pressure sintering process in the Institute of Advanced Manufacturing Technology vs commercially available material based on Si3N4.

11

Diamond composites with nanoceramic boride bonding phases

Szutkowska M., Jaworska L., Rozums M., Klimczyk P., Bucko M.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2012

|

Vol. 53, nr 2

85-91

EN

Purpose: Basic mechanical properties of the studied tool composites and microstructure of diamond- titanium diboride composite, and diamond-titanium diboride-titanium nitride composite with participation of nanopowders have been presented. Design/methodology/approach: Composites were prepared on the basis diamond powders of 3-6 Μ (MDA36, Element Six) and the TiB2/TiN nanopowders of below 45 nm (Neomat Co. Lithuania firm) and nanopowder of TiB2 with size of crystallite below of 100 nm (American Elements firm). Different amount of a bonding phase changing in range from 10 to 30 wt% was used. Compacts in the shape of disc with dimension ∅15x5 mm were sintered at pressure 8.0�}0.2 GPa and temperature of 2235 K using the Bridgman type apparatus. Microstructure studies using scanning microscope, X-ray and electron diffraction phase analysis were used. Findings: The influence of the bonding phase amount on the tested properties was observed. Vicker�fs hardness HV1 was changed in the range from 20.0 to 50.0 GPa, Young�fs modulus (E) from 360 to 600 GPa and density (�Ď) from 3.30 to 3.63 g/cm3. The highest values of Vickers hardness and Young�fs modulus were obtained for diamond composites sintered with 10 wt% TiB2 of bonding phase. Practical implications: In this work the effect of reduction powder size from submicron scale to nano scale of two ceramic bonding phases: titanium diboride and titanium diboride-nitride in diamond composites on selected mechanical properties has been reported. The results show that using of the TiB2 powders in nano scale size increase the Vicker�fs hardness about 30 wt% in comparison to using of the TiB2/TiN phase. Originality/value: These investigations allow enhance possibility of using this materials as burnishing tools and rational use of existing ceramic tools.

12

Comparison of Uniaxial and Rotational Magnetostriction of Nonoriented and Grain-oriented Electrical Steel

Klimczyk P., Somkun S., Anderson P., Moses A.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2011

|

R. 87, nr 9b

33-36

EN

Surface domain patterns in electrical steel, which appear under rotational magnetisation, were noted to be comparable to those which are observed under high compressive stress. This paper presents comparison of peak to peak magnetostriction of Epstein strips under high compression magnetised along rolling and transverse directions, and disc samples under rotational and uniaxial magnetisation with no external stress applied. Good correlation was found between magnetostriction measurement results obtained in the rolling direction of non-oriented Epstein strips under high compression and disc samples under rotational magnetisation. Also it was observed that the rotational magnetostriction of grainoriented electrical steel is greater than its uniaxial value under compressive stress.

PL

Artykuł prezentuje porównanie magnetostrykcji pasków Epsteina magnesowanych wzdłuż i prostopadle do kierunku walcowania (podanych naprężeniu) oraz próbek w formie dysku poddanych magnesowaniu osiowemu i rotacyjnemu (bez naprężenia). W przypadku blach niezorientowanych znaleziono korelację między magnetostrykcją w kierunku walcowania oraz stratami przy magnesowaniu rotacyjnym. W przypadku blach zorientowanych magnetostrykcja rotacyjna była większa niż jednoosiowa przy naprężeniu próbki.

13

Kompozyty z regularnym azotkiem boru i ich zastosowanie w obróbce skrawaniem

Klimczyk P.

Prace Instytutu Zaawansowanych Technologii Wytwarzania. Zeszyty Naukowe

|

2011

|

nr 88

114-114

PL

W ramach pracy przeprowadzono badania nad oddziaływaniem azotku boru z wybranymi związkami tytanu (TiN, TiC, TiB2, Ti3SiC2) w kompozytach spiekanych techniką wysokociśnieniową (HPHT), a także ustalono zależności pomiędzy ich składem fazowym, parametrami otrzymywania oraz właściwościami mechanicznymi i technologicznymi. Wstępny skład fazowy kompozytów ustalono w wyniku obliczeń równowag chemicznych w układach BN-wybrane związki tytanu. Otrzymane kompozyty poddano badaniom strukturalnym i fazowym z wykorzystaniem metod dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), spektroskopii rentgenowskiej (XANES), spektroskopii fotoelektronów (XPS), mikroskopii elektronowej skaningowej (SEM) i transmisyjnej (TEM), jak również systematycznym badaniom właściwości fizycznych i mechanicznych, w tym z zastosowaniem metod nieniszczących. Wybrane kompozyty poddano testom skrawania. Kompozyty charakteryzują się bezporowatą strukturą z równomiernie rozprowadzonymi składnikami w całej ich objętości. W procesie spiekania tworzą się nowe fazy, których liczba i rodzaj są ściśle uzależnione od parametrów ciśnieniowo-temperaturowych oraz od udziału ilościowego dodatków modyfikujących. Wykrywalność tych faz jest różna w zależności od charakterystyki danej metody. Zastosowanie wielu, wzajemnie uzupełniających się metod analizy fazowej pozwoliło na właściwą interpretację wyników. Badania właściwości fizycznych i mechanicznych kompozytów, ze względu na niewielki rozmiar próbek, polegały na pomiarach gęstości metodą hydrostatyczną, modułu Young 'a i liczby Poisson 'a metodą ultradźwiękową oraz twardości metodą Vickers'a. Dla zanalizowania zależności między strukturą kompozytów a ich stałymi sprężystości przeprowadzono zarówno badania porównawcze, jak też modelowe. Wartości modułów sprężystości wzdłużnej kompozytów są ściśle powiązane z ilością i rodzajem dodatku modyfikującego, a także z parametrami ich spiekania: temperaturą i czasem. Ze wzrostem udziału objętościowego cBN w badanych kompozytach ich moduły Young'a wzrastają. Dla każdej grupy kompozytów określono charakterystyczny zakres temperatur i czasów spiekania, zapewniających ich dobre właściwości fizyczne i mechaniczne. Najwyższą trwałością charakteryzują się ostrza skrawające wykonane z kompozytów modyfikowanych azotkiem tytanu. Ostrza te swoją skrawnością dorównują produktom światowych liderów w dziedzinie narzędzi skrawających.

EN

In the research the interactions between cubic boron nitride and selected titanium compounds (TiN, TiC, TiB2, Ti3SiC2) in composites obtained by HPHT (High Pressure — High Temperature) method as well as a dependence between their phase composition, sintering parameters, mechanical and technological properties, were studied. The preliminary estimation of a phase composition of the composites was carried out by calculations of chemical equillibria in BN-selected titanium compounds systems. The sintered composites were subjected to phase and structure analysis using the following methods: X-ray diffraction (XRD), X-ray absorption near edge spectroscopy (XANES), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electron microscopy (SEM and TEM). Mechanical and technological properties of the composites were also investigated. The composites showed a compact structure without pores with components uniformly distributed within their volume. New phases were formed during synthesis process. Their number and type strongly depended on the parameters of synthesis (pressure, temperature) and on the type and quantity of modifying agents. Detectability of these phases varies depending on the characteristics of the method used for analysis. Application of many different, complementary phase analysis methods allows to interpret the results properly. Due to the small size of samples testing of the mechanical properties of composites consisted of measuring the hardness by the Vickers method and elasticity constants by the ultrasonic method. To analyze the relationship between the structure of composites and their moduli of elasticity both, comparative studies as well as a model studies, were carried out. The values of elastic constants of composites are closely related to the quantity and the type of modifying additives and to the parameters of sintering (T, t). Generally, with increasing volume ratio of cBN grains in the tested composites their Young's modulus also increases. Characteristic, optimal conditions which gave good mechanical properties for each group of composites were determined. The best cutting ability showed cutting edges made of composites with TiN compound as binding phase. It is comparable with that of tools produced by the world leaders.

14

Kompozyt narzędziowy na osnowie regularnego azotku boru z wieloskładnikową fazą wiążącą

Klimczyk P., Figiel P., Laszkiewicz-Łukasik J.

Mechanik

|

2011

|

R. 84, nr 11

880-882

PL

Przedstawiono wyniki badań kompozytu narzędziowego na osnowie regularnego azotku boru (cBN) z wieloskładnikową fazą wiążącą w postaci związków tytanu, otrzymanego drogą spiekania wysokociśnieniowego. Badane spieki charakteryzują się bezporowatą mikrostrukturą oraz dobrymi właściwościami mechanicznymi (moduł Younga 550 GPa, twardość HV10 29 GPa, odporność na kruche pękanie 9 MPa ź m do 1/2). Technologiczne próby toczenia stali zahartowanej narzędziami z tego kompozytu wykazały ich kilkunastokrotnie większą trwałość w porównaniu z narzędziami komercyjnymi. Kompozyty charakteryzują się również przewodnictwem prądu elektrycznego na poziomie umożliwiającym ich obróbkę metodami elektroerozji.

EN

There are presented the results of tests performed on the tool grade composite metal consisting of isometric boron nitride (cBN) matrix with multiple binder phase built up from titanium compounds obtained by means of high pressure sintering process. The sinters reveal non-porous microstructure and high mechanical properties (Young Module =550 GPa, Vicker hardness HV10=29 GPa, fracture toughness 9 MPa ź m to the 1/2). Hardened steel turning tests have proved the tools made from the tested composite metal demonstrating a dozen times higher durability in comparison with the commercial quality cutting tools. Composites are also noted for good electrical conductivity, which makes it possible to apply the spark erosion methods for their machining.

15

ZrO2 submicropowder compaction using slip and dry methods

Figiel P., Pędzich Z., Jaworska L., Klimczyk P., Królicka B.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 1

117--122

EN

Three compaction methods of ZrO2 submicropowder: traditional uniaxial pressing, the pressure filtration method, and centrifugal compaction of slips using the HCP method (High-Speed Centrifugal Compaction Process), were compared. Pore size distribution of ZrO2 green compacts was measured using the method of mercury porosimetry. The most important influence on the HCP deposition process was expected by the centrifugal sedimentation conditions (velocity, duration of the process, dispersing agent) and the rotor geometry. The deposition process was carried out using an ultra-centrifuge with a rotational speed of 20000 rpm through 15 min for dispersive liquids of various pH. The influence of powder compaction method on properties of pressureless sintered ZrO2 compacts was analyzed. Microstructure observations were performed by SEM, and Vickers hardness measurements, dependent on a distance from the top surface to the bottom surface of samples, were taken. The HCP powder compaction strongly depends on pH of the ZrO2 colloidal suspensions. The highest density and hardness values are obtained for ZrO2 compacts which are prepared by the traditional uniaxial pressing of powders. The samples compacted using the HCP and the pressure filtration method are characterized by the layering of properties and variations in hardness distribution. But in the HCP compaction material, there is a nonporous area which is transparent.

PL

Porównano trzy metody zagęszczania submikronowego proszku ZrO2: tradycyjne prasowanie jednoosiowe, prasowanie filtracyjne i odśrodkowe zagęszczanie masy lejnej przy użyciu metody HCP (high-speed centrifugal compaction process). Rozkład wielkości porów surowych wyprasek ZrO2 zmierzono metodą porozymetrii rtęciowej. Najważniejszego wpływu na proces osadzania HCP upatrywano w warunkach sedymentacji odśrodkowej (prędkość, czas trwania, czynnik dyspergujący) i geometrii wirnika. Proces osadzania przeprowadzono z wykorzystaniem wirówki pracującej przy szybkości obrotowej 20000 obr/min, przez 15 min, w przypadku mas lejnych o różnym pH. Analizie poddano wpływ metody zagęszczania proszku na właściwości spiekanych swobodnie wyprasek ZrO2. Przeprowadzono obserwacje mikrostruktury za pomocą SEM oraz pomiary twardości Vickersa na przekroju badanych próbek, w kierunki ich prasowania. Zagęszczanie proszku ZrO2 metodą HCP mocno zależy od pH masy lejnej. Największe wartości gęstości i twardości uzyskano w przypadku wyprasek ZrO2, które przygotowano metodą tradycyjnego, jednoosiowego prasowania proszku. Próbki HCP i prasowane filtracyjnie charakteryzowały się zróżnicowaniem właściwości zależnie od warstwy i zmianami w rozkładzie twardości. Jednakże, w materiale zagęszczanym metodą HCP występują nieporowate, transparentne obszary.

16

Alumina composites with solid lubricant participations, sintered by SPS-method

Putyra P., Figiel P., Podsiadło M., Klimczyk P.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 2

107-110

EN

The paper presents the sintering results of Al2O3-Ti(C,N) ceramics with the additions of solid lubricant materials. Al2O3-Ti(C,N) based ceramics with solid lubricating substances were sintered by the SPS-method. In the phase known as lubricants, the following materials were used: MoS2, WS2, CaSO4, SrSO4 and MoO3 and CaO. The Al2O3-Ti(C,N) ceramics were also prepared with the addition of TiB2. The SPS-sintered materials were characterized by values of relative density from 93 to 99%. In the case of the addition of 10 and 30% TiB2, the relative density, Young's modulus and hardness HV1 were close or equal to the values of the base material. For other additions, the Young's modulus ranged from 74 to 83% and hardness from 62 to 76% of the Young's modulus and hardness value for the base material. Regardless of the additive or its volume, the fraction of the friction coefficient was 49 to 86% of the friction coefficient value for the base material. Taking into account the value of the friction coefficient and the physical and mechanical properties, the most promising material is a ceramic with the addition of TiB2 or MoO3 with CaO.

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczących spiekania ceramiki o osnowie Al2O3Ti(C,N) z dodatkami faz poślizgowych. Scharakteryzowano właściwości mechaniczne i tribologiczne wytworzonych materiałów. Spośród faz określanych jako poślizgowe do badań wykorzystano następujące materiały: MoS2, WS2, CaSO4, SrSO4 oraz MoO3 i CaO. Biorąc pod uwagę niski współczynnik tarcia ceramiki o osnowie TiB2, wytworzono również ceramikę Al2O3Ti(C,N) z dodatkiem wysokotopliwej fazy TiB2. Materiały spiekane metodą SPS odznaczały się wartościami gęstości względnej od 93 do 99%. W przypadku materiałów z dodatkiem 10 i 30% TiB2 wartości gęstości względnej, modułu Younga oraz twardości HV1 były zbliżone bądź równe wartościom materiału bazowego. Dla pozostałych dodatków moduł Younga wynosił od 74% do 83%, a twardość od 62 do 76% wartości modułu i twardości materiału Al2O3-Ti(C,N). Niezależnie od rodzaju dodatku i jego udziału objętościowego obniżono współczynnik tarcia od 49 do 86% wartości współczynnika tarcia materiału bazowego. Najniższą wartość współczynnika tarcia zmierzono dla materiału po spiekaniu SPS z dodatkiem WS2. Materiał ten jednak odznaczał się względnie niskim modułem Younga oraz twardością. Biorąc pod uwagę wartość współczynnika tarcia oraz właściwości fizyczne i mechaniczne, najbardziej obiecującym materiałem jest ceramika z dodatkiem TiB2 oraz MoO3 i CaO.

17

Cubic boron nitride based composites for cutting applications

Klimczyk P., Figiel P., Petrusha I, Olszyna A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2011

|

Vol. 44, nr 2

198--204

EN

Purpose: The aim of our work was to obtain durable fined-grained cBN-Si3N4 composite with high values of hardness and fracture toughness, which can be successfully used as a cutting tool. Little quantity of the Si3N4 nanopowder fills up the porous between cBN grains thus result in resistance to crack propagation by means so called “crack deflection” mechanism. Design/methodology/approach: Two variants of the cBN-Si3N4 composites („I” - with micropowder cBN and „II” - with mixture of micro- and nanopowdes cBN) contained 3% of nanodispersed Si3N4 powder, have been sintered at High Pressure - High Temperature (HPHT) conditions. Basic physical-mechanical properties, phase composition and microstructure of sintered materials have been investigated. Findings: The comparison of the mechanical properties of cBN-Si3N4 (I) and cBN-3N4 (II) composites showed that the addition of 10% cBN nanopowder to mixture caused small increase in hardness from 4750 up to 4855 HV10 and decrease in Young’s modulus from 842 to 812 GPa. Fracture toughness of both type of composites is on the same level above 10 MPa-m1/2. Research limitations/implications High hardness of cBN-Si3N4 composites present a technical challenge in shaping of them. Commercial application of presented materials, e.g. cutting tools production, needs to develop a high efficient cutting, lapping and grinding techniques. Practical implications: The material obtained could be successfully applied for different cutting applications due to its favourable combination of hardness and fracture toughness. Originality/value: Commercial superhard materials, so called “high content cBN composites”, have usually 10-20 vol% of binding phase, often in the form of Ti or/and Al compounds. In the presented work only 3% of Si3N4 phase was used as a sintering aid. The high content of cBN phase allows to keep Young’s modulus and hardness values close to the theoretical ones for pure PcBN.

18

Nowe możliwości technologiczne i badawcze materiałów przeznaczonych na części maszyn i narzędzia

Jaworska L., Putyra P., Klimczyk P., Zybura M.

Mechanik

|

2010

|

R. 83, nr 10

710-713

PL

Opisano zagadnienia dotyczące najnowocześniejszych metod spiekania materiałów wysokotopliwych, szczególnie tworzyw ceramicznych. Omówiono podstawowe założenia różnych technik spiekania (swobodne spiekanie w próżni i w obecności atmosfer ochronnych, spiekanie wysokociśnieniowe, plazmowe spiekanie iskrą elektryczną, selektywne spiekanie wiązką laserową). Opisano także szczegóły preparatyki materiałów ceramicznych przeznaczonych do badań mikrostrukturalnych na mikroskopie skaningowym, przedstawiono nowe urządzenia i stanowiska przeznaczone do badań szoków termicznych i badań tribologicznych zakupione w ramach projektu MCITiM nt. „Doposażenie infrastruktury badawczej Małopolskiego Centrum Innowacyjnych Technologii i Materiałów” realizowanego w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka, lata 2007-2013, Priorytet 2 – Infrastruktura sfery B+R, Działanie 2.2 – Wsparcie tworzenia wspólnej infrastruktury badawczej jednostek naukowych.

EN

Described are the problems related to the state of art sintering process of high-melting and in particular ceramic materials. Discussed are essentials of different sintering processes such as free protective gas or vacuum sintering, or high pressure sintering, electro-spark plasma or selective laser beam sintering method.

19

Ceramiczne tworzywa narzędziowe z udziałem faz nanometrycznych

Jaworska L., Szutkowska M., Smuk B., Klimczyk P., Królicka B.

Mechanik

|

2010

|

R. 83, nr 4

275-279

PL

Na podstawie wyników badań własnych przeprowadzono analizę zjawisk i zagrożeń dotyczących spiekania ceramicznych nanoproszków. Przedstawiono wyniki spiekania swobodnego i wysokociśnieniowego trzech tworzyw kompozytowych z udziałem nanoproszków. Zaprezentowano trzy grupy materiałów: o osnowie Si3N4, Al203 oraz o osnowie diamentu.

EN

Analysis of the phenomena and hazards related to the process of sintering ceramic nano powders and ceramic materials containing nano powders were carried out with reference to the home investigation. Presented are the alternative free and high pressure sintering operations on composites containing nano powders. These materials were split into three groups: material one with Si3N4 matrix, material two with Al203 matrix and material three with diamond matrix.

20

Challenges in magnetostriction measurements under stress

Klimczyk P., Moses A., Anderson P., Davies M.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2009

|

R. 85, nr 1

100-102

PL

Magnetostrykcja paska blachy może zostać zmierzona podczas poddawania próbki zewnętrznym naprężeniom mechanicznym. Istnieje wiele czynników, które należy wziąć pod uwagę przy tego typu pomiarach aby wyniki były powtarzalne i dokładne. Artykuł opisuje negatywne czynniki i trudności konstrukcyjne jak również i ich rozwiązania, które mają bezpośredni wpływ na zmierzone wartości magnetostrykcji

EN

The magnetostriction of a magnetic strip steel can be measured while subjecting the sample to an external stress. There are many factors involved in ensuring this measuring technique is accurate and reproducible. This paper explains those negative factors and construction issues that have a direct influence on the magnetostriction value and methods of overcoming them.