Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Thermoelectric properties of bismuth-doped magnesium silicide obtained by the self-propagating high-temperature synthesis

Bucholc Bartosz, Kaszyca Kamil, Śpiewak Piotr, Mars Krzysztof, Kruszewski Mirosław J., Ciupiński Łukasz, Kowiorski Krystian, Zybała Rafał

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2022

|

Vol. 70, nr 3

art. no. e141007

EN

Doping is one of the possible ways to significantly increase the thermoelectric properties of many different materials. It has been confirmed that by introducing bismuth atoms into Mg sites in the Mg2Si compound, it is possible to increase career concentration and intensify the effect of phonon scattering, which results in remarkable enhancement in the figure of merit (ZT) value. Magnesium silicide has gained scientists’ attention due to its nontoxicity, low density, and inexpensiveness. This paper reports on our latest attempt to employ ultrafast self-propagating high-temperature synthesis (SHS) followed by the spark plasma sintering (SPS) as a synthesis process of doped Mg2Si. Materials with varied bismuth doping were fabricated and then thoroughly analyzed with the laser flash method (LFA), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) with an integrated energy-dispersive spectrometer (EDS). For density measurement, the Archimedes method was used. The electrical conductivity was measured using a standard four-probe method. The Seebeck coefficient was calculated from measured Seebeck voltage in the sample subjected to a temperature gradient. The structural analyses showed the Mg2Si phase as dominant and Bi2Mg3 located at grain boundaries. Bismuth doping enhanced ZT for every dopant concentration. ZT = 0.44 and ZT=0.38 were obtained for 3wt% and 2wt% at 770 K, respectively.

2

SiC-based composites made with SHS derived powders

Wojteczko Kamil, Wojteczko Agnieszka, Strzelecka Marta, Jach Katarzyna, Rosiński Marcin, Liu Yongsheng, Znahg Chengyu, Bućko Mirosław M., Pędzich Zbigniew

Composites Theory and Practice

|

2020

|

R. 20, nr 1

17--22

EN

The applications of silicon carbide-based composites at extremely high temperatures and under high partial pressure of water vapor require some modifications of the silicon carbide structure and microstructure in order to increase the reliability of the composite component. One of the methods of such modification could be to introduce phases containing yttria or chromia compounds into the composite microstructure. The presented paper reports the results of investigations on the SHS of silicon carbide powders enriched with yttrium or chromium precursors. It was experimentally proven that it is possible by the means of the SHS technique to obtain powders containing only silicon carbide and dispersions of yttrium silicate or yttrium silicide. Such powders were consequently compacted by hot-pressing or the U-FAST technique. The level of densification and the phase compositions of the materials were characterized. It was found that the sintering conditions determine the phase compositions of the sintered samples. Consolidation using the hot-pressing technique leads to the decomposition of silicon carbide and reduction of the remaining starting phases. As an effect, free graphite and carbide phases (YC2 or Cr3C2) appear in the sintered samples. Applying the U-FAST technique and short sintering times lasting a few minutes allows some yttium-silicon phases from the SiC-Y system (oxide, carbide, silicide) to be preserved in the sintered material. In the SiC-Cr system after U-FAST consolidation the CrSi2 silicide phase was preserved, which is not desirable in the final material because of its relatively low melting point of 1470°C.

PL

Zastosowania materiałów kompozytowych na bazie węglika krzemu w warunkach ekstremalnie wysokich temperatur i pod wysokim ciśnieniem parcjalnym pary wodnej wymagają pewnej modyfikacji struktury oraz mikrostruktury węglika krzemu, w celu zwiększania niezawodności kompozytowego komponentu. Jednym ze sposobów takiej modyfikacji może być wprowadzenie do mikrostruktury kompozytowej faz zawierających itr lub chrom. Niniejsza praca prezentuje wyniki badań, otrzymanych syntezą SHS, proszków kompozytowych na osnowie węglika krzemu wzbogaconej prekursorami itru i chromu. Dowiedziono eksperymentalnie, że jest możliwe uzyskanie metodą SHS proszków zawierających tylko węglik krzemu i wtrącenia krzemianu itru lub krzemku itru. Wytworzone proszki zostały poddane zagęszczaniu za pomocą dwóch różnych metod, tj. prasowania na gorąco (HP) oraz techniki U-FAST. Scharakteryzowano poziom zagęszczenia otrzymanych spieków kompozytowych oraz ich skład fazowy. Stwierdzono, że warunki spiekania determinują skład fazowy spieków. Zagęszczanie przez hot-pressing prowadzi do rozkładu węglika krzemu i do redukcji pozostałych faz wyjściowych, w wyniku czego w spiekach pojawia się wolny grafit oraz fazy węglikowe (YC2 lub Cr3C2). Zastosowanie techniki U-FAST i krótkich, kilkuminutowych czasów spiekania pozwala na zachowanie w spiekach z układu SiC-Y faz itrowo-krzemowych (tlenku, węglika i krzemku). W spiekach z układu SiC-Cr zachowana zostaje faza krzemkowa CrSi2, która nie jest pożądana w finalnym materiale ze względu na niską temperaturę topnienia 1470°C.

3

Processing of Porous NiTi Preforms for NiTi/Mg Composites

Kucharczyk A., Naplocha K., Tomanik M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2019

|

Vol. 64, iss. 2

747--752

EN

NiTi alloys are successfully used in engineering and medical applications because of their properties, such as shape memory effect, superelasticity or mechanical strength. A composite with Mg matrix, due to its vibration damping properties, can be characterized by low weight and good vibration damping properties. In this study, a combination of two techniques was used for successful fabrication of Mg composite reinforced by NiTi alloy preform. The porous preforms synthesized by Self-propagating Hightemperature Synthesis (SHS) from elemental powders were subsequently infiltrated with Mg by squeeze casting. The effects were examined with scanning electron microscope with EDS detector, X-ray diffraction and microindentation. The inspection has shown well-connected matrix and reinforcement; no reaction at the interface and open porosities fully infiltrated by liquid Mg. Moreover, analysis of samples’ fracture has exhibited that crack propagates inside the Mg matrix and there is no detachment of reinforcement.

4

Local composite reinforcements of TiC/FeMn type obtained in situ in steel castings

Olejnik E., Szymanski L., Tokarski T., Opitek B., Kurtyka P.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2019

|

Vol. 19, no. 4

997--1005

PL

This dissertation concerns the method of obtaining the in situ local composite reinforce- ments (LCR – Locally Composite Reinforcement) of the TiC–FeMn type in steel castings. The reinforcing phase – titanium carbide (TiC) was obtained by placing the pressed substrates of the synthesis of TiC in the form of compacts into a mold cavity. The basic problem connected with fabricating TiC local composite reinforcements is the phenomenon of fragmentation. In order to reduce this phenomenon, a moderator composed of Hadfield steel at 70 and 90% by weight was introduced to the initial mixture of the TiC substrate powder. As a result, homogenous and dimensionally stable composite reinforcements of the austenite matrix were obtained and examined by analyzing their macrostructure, microstructure, structure, hardness, and wear resistance. An investigation of the phase analysis and microstructure confirmed the presence of the TiC phase in the structure of the composite zones. The hardness of the composite reinforcement ranged from 550 HV to 800 HV30 depending on the proportion between the percentage of the moderator and the content of the pure substrates of the synthesis reaction of the TiC.

5

Numerical Investigation on the Crucible Discharge of Steel and Slag During the Aluminothermic Welding Process

Weiss S., Riehl I., Hantusch J., Gross U.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 1

173--180

EN

The aluminothermic reaction is a type of self-propagating high-temperature synthesis to produce high quality metals and metal oxides en route. The main use of the aluminothermic reaction is in the field of railway welding. The multiphase flow of steel, slag and air in differently shaped crucibles has been numerically investigated in this work with the volume-of-fluid method. The simulations were carried out with the multiphase solver of the open source toolbox OpenFOAM. To validate the numerical results of the three-dimensional simulations, an experiment was carried out to investigate the discharge of a water-oil system from the crucible. A comparison to a numerical 3D simulation showed reasonable accurate results. It can be said that the solver is capable of predicting the point of the oil penetration of the water phase in the experiment.

6

Nanokompozyty z napełniaczami węglowymi otrzymywanymi metodą syntezy spaleniowej

Dąbrowska A., Konopka R.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2017

|

T. 23, Nr 6 (180)

514--518

PL

Artykuł przedstawia podstawowe założenia i koncepcje dotyczące możliwości wykorzystania produktów syntezy spaleniowej (SSW –samopodtrzymująca się synteza wysokotemperaturowa ) jako napełniaczy matryc polimerowych. Omówiono krótko metodę syntezy wraz z kilkoma przykładami otrzymanych materiałów w wybranych układach eksperymentalnych (Ti/tlenek grafenu). Mimo, iż skoncentrowano się na węglowych napełniaczach nanokompozytów (o różnym stopniu rozwarstwienia), SSW umożliwia syntezę różnorodnych struktur, dobranych w zależności od stosowanego polimeru. Otrzymane materiały zostały scharakteryzowane pod względem właściwości fizykochemicznych przy pomocy metod SEM oraz XRD.

EN

The aim of this article is to present the products of SHS (Self-propagating High-temperature Synthesis) as fillers for nanocomposites materials. Although the method is explained in Ti/GO (graphene oxide) reagents mixture leading to carbon nanostructures, one main point out its versatility that enables proper material design for a particular polymer matrix. Obtained nanofillers have been characterized by SEM and XRD.

7

Microporous sialon material with low thermal conductivity

Wierzba W., Wojteczko K., Putyra P., Bućko M. M., Jaworska L., Pędzich Z.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 2

78--83

EN

The self-propagating high temperature synthesis, SHS, was used to prepare the sialon material starting from a mixture of Al, Si, Al2O3 and SiO2 powders. The synthesis conducted in gaseous nitrogen gave as a result the powders composed mainly of Si4Al4O4N4 and γ-AlON. These powders were consolidated by Spark Plasma Synthesis (SPS). As a result, the samples densified to a level of about 90% of theoretical density were obtained. SEM analysis revealed that samples microstructures contained a set of small pores in the range of single micrometers. The measurements of thermal conductivity with the LFA method proved that some of the samples had very small thermal conductivity which was combined with an absence of open porosity and a relatively high level of bending strength. Such a combination of properties is especially favorable for refractory applications because of very good chemical stability and wear resistance of sialons, which were reported in many papers.

PL

Metoda samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS) została wykorzystana do przygotowania materiału sialonowego z mieszaniny proszków metalicznych glinu (Al) i krzemu (Si) oraz korundu (α-Al2O3) i krzemionki (SiO2). Synteza przeprowadzona w atmosferze azotu zaowocowała wytworzeniem proszków składających się głównie z faz Si4Al4O4N4 i γ-AlON. Proszki te zostały spieczone z wykorzystaniem metody iskrowej (SPS). W rezultacie tego procesu otrzymano próbki o gęstości około 90% gęstości teoretycznej. Obserwacje wykonane za pomocą SEM ujawniły, że mikrostruktura tych próbek zawiera zbiór porów zamkniętych w zakresie pojedynczych mikrometrów, zawierających się w dość wąskim przedziale średnic. Pomiary przewodnictwa cieplnego za pomocą metody LFA udowodniły, że niektóre z otrzymanych materiałów mają bardzo niskie przewodnictwo cieplne, mikrostrukturę zawierającą praktycznie wyłącznie porowatość zamkniętą i relatywnie wysoką wytrzymałość mechaniczną. Taka kombinacja cech jest szczególnie korzystna dla wybranych zastosowań ogniotrwałych, ponieważ sialony, co wykazano w szeregu dotychczasowych prac, mają ponadto doskonałą odporność chemiczną i odporność na zużycie czynnikami mechanicznymi.

8

Tribological properties of Al matrix composites reinforced with MAX type phases

Dmitruk A., Naplocha K.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 2

90--96

EN

A method was developed to manufacture Al-Si alloy matrix composites reinforced with MAX phases by squeeze casting pressure infiltration of porous preforms. The MAX phases were synthesized using self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in the microwave assisted mode. For the produced composites abrasive wear resistance tests were carried out using the pin-on-flat method with reciprocating motion for different load values (0.1, 0.2 and 0.5 MPa), while maintaining other parameters (sliding distance, speed) constant. The sliding distance equaled 2000 m with the average speed of 0.3 m/s, whereas the flat counterpart was made of CT70 tool steel with the hardness of 67 HRC and roughness Ra = 0.4÷0.6. Before testing both of the tribosurfaces were degreased with acetone. Volumetric sample consumption was investigated and changes in the structure of the working surfaces were analyzed. Optical and scanning electron microscopy analysis were also performed and elaborated in order to facilitate understanding and interpretation of the wear mechanisms. It was confirmed that the composite materials exhibit more than two times higher wear resistance than that of the matrix itself. The wear rate of the matrix falls within the range of 3.5÷5.5-10−4mm3/Nm, while for the composite material - 1.3÷2.4-10−4 mm3/Nm. In the Al-Si matrix the main wear mechanism was identified to be based on plastic deformation composed of scaling and cracking processes, while for the MAX phase composite it is principally abrasive wear leading to pre-fracture, delamination and extraction of MAX phase platelets.

PL

Opracowano metodę wytwarzania kompozytów na osnowie stopu Al-Si wzmocnionego fazami typu MAX metodą infiltracji ciśnieniowej porowatych preform. Fazy typu MAX syntezowano metodą samorozprzestrzeniającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS) wspomaganej mikrofalami. Dla wytworzonych kompozytów przeprowadzono badania odporności na zużywanie ścierne metodą pin-on-flat realizującą ruch posuwisto-zwrotny dla różnych wartości obciążenia (0,1, 0,2 i 0,5 MPa) przy zachowaniu pozostałych parametrów (droga ścierania, prędkość) stałych. Droga ścierania wynosiła 2000 m przy prędkości średniej 0,3 m/s, zaś przeciwpróbka wykonana była ze stali. Zbadano objętościowe zużycie próbki oraz przeanalizowano zmiany w strukturze powierzchni współpracujących. Przeprowadzono analizę mikroskopową metodami mikroskopii optycznej i skaningowej w celu ułatwienia zrozumienia i interpretacji mechanizmów zużycia. Potwierdzono, że materiały kompozytowe wykazują ponad dwa razy większą odporność na zużywanie ścierne od materiału osnowy. Współczynnik zużycia osnowy wynosił 3,5÷5,5x10−4 mm3/Nm, podczas gdy dla materiału kompozytowego był równy 1,3÷2,4⋅10−4 mm3/Nm. W przypadku osnowy Al-Si zaobserwowano mechanizm zużycia oparty na odkształceniu plastycznym, zaś dla kompozytu wzmocnionego fazami typu MAX było to głównie zużywanie ścierne, prowadzące do powstania pęknięć, delaminacji i ekstrakcji fragmentów płytek faz typu MAX.

9

Kucie w plastycznej matrycy intermetalików TiAl

Szczepanik S., Bednarczyk P.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2016

|

R. 61, nr 3

121--125

PL

Przedstawiono wyniki badań materiałów Ti-Al otrzymanych z mieszanki proszków przez prasowanie, a także w procesie samorozwijającej się syntezy SHS i dodatkowym odkształceniu w plastycznej matrycy. Po odkształceniu w plastycznej matrycy nastąpiło zwiększenie gęstości wyrobów oraz poprawa ich twardości i wytrzymałości na zginanie. Otrzymane materiały o porowatości 2,54 i 3,89% mają strukturę złożoną z ziaren fazy γ czyli TiAl, oraz płytkowych ziaren fazy γ i α2-Ti3Al.

EN

The influence of hot forging in a fluid die of hot pressed and of SHS Ti-Al powder preforms on structure and properties was investigated. Processing increased the density, with the materials having 2.54 and 3.89% porosity, respectively. The structures comprised γ-TiAl grains and γ and α2-Ti3Al platelets. Hardness was 183 ±34 HV10 for the previously hot pressed materials and 147 ±3 HV10 for SHS performs, and bends strengths were 146 MPa and 247 MPa, respectively.

10

Synthesis of Si2Al4O4N4 powder by SHS method

Wierzba W., Ostalecki K., Pędzich Z., Bućko M.M.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 4

305--309

EN

The self-propagating high temperature synthesis, SHS, was used to prepare sialon with the assumed stoichiometry of Si2Al4O4N4 (z = 4). Powders of elemental Al, elemental Si, Al2O3 and SiO2 were chosen to prepare starting mixtures. Molar proportions between elemental silicon and elemental aluminium were changed, and the amounts of aluminium and silicon oxides resulted from the assumed stoichiometry. The mixtures of powders in the form of a loose bed were placed within a high-pressure reactor in a graphite container. The SHS reaction was initialized by a flow of current through the container. The reaction was carried out in the nitrogen atmosphere under a pressure of 0.1 MPa, 1 MPa, or 3 MPa. The influence of composition, grain size distribution of the starting powders and nitrogen pressure on SHS synthesis products was checked by the XRD and SEM methods.

PL

Samorozwijająca się synteza wysokotemperaturowa (SHS) została użyta do wytworzenia proszku β-sialonu o założonej stechiometrii Si2Al4O4N4 (z = 4). Jako surowce wyjściowe wybrano proszki pierwiastkowego Al, pierwiastkowego Si, Al2O3 and SiO2. Zmieniano proporcje molowe pomiędzy pierwiastkowym krzemem i pierwiastkowym glinem, a ilość użytych tlenków glinu i krzemu wynikała z założonej stechiometrii. Mieszanki proszków w formie luźnego złoża były umieszczane w komorze wysokociśnieniowej w grafitowym pojemniku. Reakcja SHS była inicjowana przepływem prądu przez pojemnik. Atmosfera azotu dla przeprowadzenia reakcji była ustalana na poziomie 0,1 MPa, 1 MPa i 3 MPa. Badano wpływ składu chemicznego mieszanki wyjściowej, rozkładu wielkości ziaren surowców oraz ciśnienia azotu na powstające proszki sialonowe. W tym celu wykorzystano metodę dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), mikroskopii skaningowej (SEM) oraz piknometrii helowej.

11

Processing And Properties Of MAX Phases – Based Materials Using SHS Technique

Chlubny L., Lis J., Chabior K., Chachlowska P., Kapusta C.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

859--863

EN

Authors present results of works on the interesting new group of advanced ceramics called MAX phases – Ti-based ternary carbides and nitrides. They have an original layered structure involved highly anisotropic properties laying between ceramics and metals, with high elastic modulus, low hardness, very high fracture toughness and high electrical and heat conductivity. Using Self-Propagating High-Temperature Synthesis (SHS) in the combustion regime it is possible to prepare MAX phases-rich powders that can be used as the precursors for preparation of dense MAX polycrystals by presureless sintering or hot-pressing. Different novel Ti-based phases with layered structures, namely: Ti3AlC2 and Ti2AlC have been synthesized in a combustion regime. The possibility of controlling of combustion phenomena for obtaining near single-phase products is discussed in details as well as some of properties of the materials tested as structure and functional ceramics.

PL

Autorzy przedstawiają wyniki badań nad nową interesującą grupą zaawansowanych materiałów ceramicznych nazywanych fazami MAX – potrójnymi węglikami i azotkami tytanowymi. Posiadają one oryginalną strukturę warstwową, z której wynikają silnie anizotropowe właściwości (wysokie moduły sprężystości, niska twardość, bardzo wysoka odporność na kruche pękanie, dobre właściwości elektryczne i cieplne) umiejscawiające je pomiędzy ceramiką a metalami. Dzięki zastosowaniu Samorozwijającej się Syntezy Wysokotemperaturowej SHS możliwe było otrzymywanie bogatych w fazy MAX proszków, mogących służyć jako prekursory w preparatyce gęstych polikryształów za pomocą spiekania pod ciśnieniem lub swobodnego. Przeprowadzone zostały syntezy dwóch materiałów warstwowych: Ti3AlC2 i Ti2AlC. W artykule przedstawiono możliwości kontrolowania procesu spalania w celu uzyskania niemal jednofazowych produktów a także przedstawiono niektóre właściwości badanych materiałów pod kątem zastosowania jako materiały funkcjonalne i strukturalne.

12

Synteza proszków azotku glinu metodą samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej w obecności soli amonowych

Wilmański A., Bućko M.M.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 3

345--350

PL

Proszki azotku glinu można wytwarzać na drodze samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS) z udziałem glinu i azotu, ale wysoka temperatura tej reakcji powoduje topnienie i/lub odparowanie części metalu, a w konsekwencji niską wydajnością procesu. Obecność łatwo rozkładającej się soli nieorganicznej w wyjściowej mieszaninie może zmniejszyć temperaturę układu utrudniając topienie i koalescencję ziaren glinu, a także ułatwić wnikanie azotu do wnętrza złoża proszkowego. Mieszaniny proszku glinu z różnymi ilościami prostych soli amonowych: chlorku, węglanu i azotanu poddano reakcji SHS pod ciśnieniem azotu równym 0,1 MPa lub 1 MPa. Proszki po reakcji składały się z azotku glinu, nieprzereagowanego glinu, a w niektórych przypadkach tlenoazotku glinu i korundu. Na optymalne warunki syntezy azotku glinu wpływają takie czynniki jak ilość soli - jej wzrost prowadzi do spadku temperatury układu, ciśnienie azotu - wyższe ciśnienie prowadzi do wzrostu temperatury reakcji, a także obecność tlenu w układzie.

EN

Powders of aluminium nitride can be prepared by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) between aluminium and nitrogen but its high exothermic effect causes melting and/or evaporation of aluminium and low efficiency of such reaction. A presence of inorganic salt in the starting powder mixture can decreases a heat evolved in the SHS reaction, hinders melting and coalescence of aluminium, and helps penetration of nitrogen into interior of a powder bed. Mixtures of alumina powder and different amounts of some easy decompose ammonium salts were subjected to the SHS reaction under 0.1 or 1 MPa nitrogen. The powders were composed of aluminium nitride, unreacted aluminium and in some cases aluminium oxynitride and corundum. Different factors influence an optimum conditions for the AlN synthesis: the amount of salt, which increase leads to a decrease temperature of the system, the nitrogen pressure, the higher the pressure the higher the reaction temperature, and the presence of oxygen in the system.

13

Spieki NiAl i Ni3Al wytwarzane w reakcji SHS metodą PPS

Cymerman K., Michalski A.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 1

4--9

PL

Stosując metodę PPS (ang. pulse plasma sintering) z mieszaniny proszków Ni oraz Al z udziałem reakcji SHS (ang. self-propagation high-temperature synthesis) otrzymywano spieki NiAl i Ni3Al. Spiekanie prowadzono w temperaturze 1000 °C i 1100 °C w czasie 5 min przy ciśnieniu prasowania 100 MPa. Otrzymane spieki NiAl i Ni3Al, niezależnie od temperatury spiekania, miały gęstość względną powyżej 98%. Spieki miały drobnokrystaliczną mikrostrukturę. W spiekach NiAl średnie ziarno wynosiło ok. 8 µm, natomiast w spiekach Ni3Al ok. 4 µm. Twardość spieków NiAl otrzymywanych w temperaturze 1000 °C wynosiła 290 HV10, a spieków Ni3Al - 305 HV10.

EN

The NiAl and Ni3Al matrix composites were prepared from mixtures of Ni and Al powders by using pulse plasma sintering (PPS) with participation of the self-propagation high-temperature synthesis (SHS). The sintering processes were conducted under 100 MPa for 5 min at temperatures of 1000 °C or 1100°C. The NiAl and Ni3Al sinters had above 98% of theoretical density apart from the sintering temperature. Both NiAl and Ni3Al sinters had fine grained microstructures; an average grain size was 8 µm and 4 µm, respectively. The NiAl and Ni3Al bodies sintered at 1000 °C had the hardness of 290 HV10 and 305 HV10, respectively.

14

Manufacturing of Porous Al-Cr Preforms for Composite Reinforcing Using Microwave Activated Combustion Synthesis

Naplocha K., Granat K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 3

1125--1127

EN

The combustion synthesis of porous skeletons (preforms) of intermetallic Al–Cr compounds intended for metal matrix composite MMC reinforcing was developed. Mixture of Al and Cr powders with granularity of −10, −44, −74mm were cold isostatic pressed and next ignited and synthetized in a microwave reactor under argon atmosphere (microwave-activated combustion synthesis MACS). In order to ignite the synthesis, microwave energy was focused by a tuner on the specimen. The analysis of reaction temperature diagrams revealed that the synthesis proceeded through the following peritectic transformations: L(liquidus)+Al7Cr→L+Al11Cr2→L+Al4Cr. Moreover, EDS and XRD examinations showed that the reaction proceeded between a solid Cr and a liquid Al to create a distinct envelope of Al9Cr4 on Cr particle which next extended and spreaded over the entire structure. The produced preforms with uniform structure and interconnected porosity were infiltrated with liquid Cu and Al alloy. The obtained composite materials exhibited high hardness, wear and distinct temperature oxidation resistance.

PL

Wytworzono poprzez syntezę spaleniową porowate preformy (szkielety) ze związków międzymetalicznych Al-Cr do umacniania materiałów kompozytowych o osnowie metalowej. Sprasowane na zimno, jednoosiowo (CIP) mieszaniny proszków Al i Cr o ziarnistości −10, −44, −74mm podgrzewano w reaktorze mikrofalowym w atmosferze argonu. W celu zainicjowania syntezy wykorzystano proces aktywacji mikrofalami MACS (microwave-activated combustion synthesis) skupiając promieniowanie na powierzchni próbki za pomocą stroika falowodowego. Na podstawie analizy krzywych temperatur ATD określono przebieg syntezy z następującymi przemianami perytektycznymi:: L(liquidus)+Al7Cr→L+Al11Cr2→L+Al4Cr. Ponadto, analiza chemiczna EDS oraz fazowa XRD wykazały, że reakcja przebiega pomiędzy proszkiem Cr oraz ciekłym Al tworząc wyraźną otoczkę ze związku Al9Cr4 na cząstkach Cr, które z postępem reakcji rozszerzają się i zanikają. Wytworzone preformy o jednorodnej strukturze z otwartymi porowatościami użyto do infiltracji ciekłym Al oraz Cu i wytworzenia kompozytów. Charakteryzowały się one dużą twardością, odpornością na ścieranie oraz odpornością na utlenianie w wysokiej temperaturze.

15

Konsolidacja proszku tlenoazotku glinu otrzymanego metodą SHS

Domagała J., Zdziebło K., Lach R., Bućko M.M.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 3

272--276

PL

Jednym z materiałów o wysokim potencjale aplikacyjnym jako materiał ogniotrwały jest tlenoazotek glinu o strukturze typu spinelu, γ-alon. Materiały na jego bazie, zarówno jednofazowe jak i kompozyty, cechują się dobrymi właściwości mechanicznymi, wysoką odpornością na wstrząsy cieplne, a także wysoką odpornością erozyjną i korozyjną. Dodatkową zaletą γ-alonu jest możliwość wytwarzania metodą SHS stosunkowo dobrze spiekających się proszków, które jednak charakteryzują się słabą prasowalnością. W pracy opisano sposób formowania wyrobów z γ-alonu z wykorzystaniem reakcji hydrolizy azotku glinu, będącego jednym z produktów syntezy SHS, i utworzeniem połączeń wodorotlenkowych. Wypraski sporządzone z proszku z dodatkiem 10-procent masowych wody po dwutygodniowym przechowywaniu miały wytrzymałość dochodzącą do 30 MPa i porowatość otwartą poniżej 30%. Spiekanie swobodne tego typu wyprasek w temperaturze 1700 °C, w czasie poniżej minuty pozwoliło na osiągnięcie gęstości teoretycznej wynoszącej 95%.

EN

Aluminium oxynitride with the spinel-type structure, γ-alon, is the material with high potential for refractory applications. Single-phase alon materials or composites show good mechanical properties, i.e. high thermal shock, high corrosion and erosion resistances. Another advantage concerning γ-alon is the possibility of the usage of the SHS method for producing relatively good powders for sintering, but of rather poor compressibility. This paper describes a method of compaction of SHS-derived γ-alon powder using the hydrolysis reaction of aluminium nitride, which belongs to the products of SHS synthesis. The green bodies made from the powder with an addition of 10 wt.% of water after two weeks of storage reached a strength level up to 30 MPa and an open porosity less than 30%. Pressureless sintering of those compacts for less than one minute at 1700 °C allowed achieving materials of 95% of theoretical density.

16

Badania katalitycznych właściwości Ni3Al otrzymanego metodą wysokotemperaturowej samorozwijającej się syntezy

Kocemba I., Arkatova L., Rynkowski J. M.

Przemysł Chemiczny

|

2011

|

T. 90, nr 3

434-439

17

Materiały kompozytowe na osnowie stopu aluminium umacniane kształtkami Al2O3/Ti/C

Naplocha K., Granat K.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 1

25-29

PL

Opierając się na wysokotemperaturowej syntezie SHS, wytwarzano porowate kształtki ceramiczne do umacniania kompozytów na osnowie stopu aluminium. Wytworzone z mieszaniny włókien tlenu aluminium Saffil, proszku Ti oraz grafitu płatkowego prostopadłościenne próbki umieszczano w komorze mikrofalowej. Magnetron zasilano stałą mocą 540 W, inicjując i podtrzymując reakcję w strumieniu przepływającego gazu CO2. Włókna nadawały kształtce początkową wytrzymałość, natomiast proszki utworzyły twarde związki zawierające Ti. Rejestrowano zmiany temperatury oraz prędkość propagacji syntezy. Kształt krzywych temperatur dla wszystkich próbek był podobny. Największą temperaturę syntezy 1860°C uzyskiwały próbki zawierające 10% Al2O3, 10% Ti i 5% grafitu. Synteza niektórych próbek przebiegała z powtórnym wzrostem temperatury świadczącym o podtrzymywaniu reakcji przez mikrofale. Przeprowadzone obserwacje mikroskopowe wykazały dostateczną jednorodność struktury, choć w niektórych przypadkach spotykano nieprzereagowane do końca cząstki proszku Ti. Analiza chemiczna EDS produktów reakcji potwierdziła występowanie tlenków oraz złożonych związków zawierających Al. i Ti. Niezależnie od zawartości grafitu związki te przyjmowały formę pofałdowanych pasm wokół litych bądź pustych obszarów. W zależności od dostępu do CO2 reakcja mogła być spowalniana, skutkując bardziej zwartymi wydzieleniami Ti. Wytworzone w wyniku syntezy spaleniowej związki tytanu po nasyceniu ciekłym metalem dobrze łączyły się z osnową. Można przypuszczać, że zachodziła reakcja redox i na powierzchni wydzieleń powstawały tlenki aluminium oraz związki międzymetaliczne z układu Al-Ti. Kształtki o jednorodnej strukturze nasycano stopem AlSi7Mg metodą prasowania w stanie ciekłym. Przeprowadzone badania wykazały korzystny wpływ umocnienia na rozszerzalność cieplną oraz twardość HB.

EN

On the base of high temperature synthesis SHS porous ceramic preforms for aluminum matrix composite reinforcing were produced. From mixture of Saffil alumina fibres, Ti powder and flaky graphite block samples were formed, dried and next placed in microwave chamber. Magnetron was supplied with constant power of 540 W to ignite and support reaction in flowing stream of CO2 gas. Fibres create initial skeleton build and preform strength, whereas Ti powder processed to hard titanium compounds. Temperature changes and velocity of synthesis front propagation were recorded. Temperature profiles were similar for all samples. The highest synthesis temperature of 1860°C was detected for samples containing 10% Al2O3, 10% Ti and 5% of graphite, all the percentages v/v. Synthesis of some samples proceeded with second temperature increase as a result microwave radiation support. Microscopic observation showed sufficient structure homogeneity, though in some cases unprocessed Ti particles occurred. Chemical analyze EDS of reaction products revealed presence of oxides and complex Al and Ti compounds. Independently of graphite content these compounds formed folded strips around solid or empty volume. Depends on CO2 availability, reaction could be slowed down resulting in more compacted Ti compounds. Created as a result of combustion synthesis Ti compound after infiltration with liquid metal properly bounded with the matrix. It could be assumed that redox reaction proceeded and on surface of Ti compound alumina and Al-Ti compounds were created. The preforms with homogeneous structure were infiltrated with AlSi7Mg by squeeze casting method. Performed tests showed that reinforcement improved hardness HB and reduced thermal expansion.

18

Epoxy resin/SiC nanocomposites. Synthesis and characterization

Poornima V., Thomas S., Huczko A.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 1

11-14

EN

The sulicon carbide (SiC) nanofibers were produced by self-propagating high-temperature synthesis (SHS). Silicon and polytetrafluoroethylene (TEFLON™) powdered mixture was used as starting reactants. The raw product was chemically processed to isolate and purify SiC nanofibers, several nm in diameter and a length in a micron range. The nanomaterial was used to reinforce epoxy thermosets. Epoxy resin/SiC nanocomposites were prepared by using either ultrasonication or high shear mixing procedures. The dispersion and flexural properties of the nanocomposites prepared by two methods were evaluated and compared. Ultrasonication, in comparison to shear mixing method, yielded superior nanoscale dispersion according to scanning electron microscopy (SEM). As a result of the improvements in nanoscale dispersion, the corresponding improvements in flexural strength and modulus of produced composites were achieved. The better dispersion of SiC nanofibers and properties were obtained with nanocomposite containing 0.25 Phr (parts per hundred epoxy resin) nanomaterial. Thus, even such a low content of 1-D nanomaterial distinctly improves the properties of a composite.

PL

Otrzymywano nanowłókna węglika krzemu (SiC) na drodze samorozprzestrzeniającej się syntezy wysokotemperaturowej. Reagentem była mieszanina proszków krzemu oraz politetrafluoroetenu (Teflon ™). Otrzymany produkt poddano obróbce chemicznej w celu izolacji i oczyszczenia nanowłókien SiC, mających średnice rzędu kilkunastu-kilkudziesięciu nanometrów i długość kilku mikronów. Otrzymany nanomateriał zastosowano w celu modyfikacji - wzmocnienia termoutwardzalnej żywicy epoksydowej. Syntezowano nanokompozyty, stosując mieszanie ultradźwiekowe bądź wysoko wydajne mieszanie ścinające. Określono i porównano uzyskany stopień dyspersji oraz giętkości otrzymanych nanokompozytów. Badania mikroskopowe (SEM) wykazały, że mieszanie ultradźwiękowe jest znacznie efektywniejsze, jeśli chodzi o uzyskany stopień dyspersji nanowłókien. W wyniku podwyższenia dyspersji w nanoskali uzyskane nanokompozyty wykazały poprawę właściwości wytrzymałościowych. Najwyższy stopień dyspersji i najlepsze właściwości wykazały nanokompozyty zawierające nanowłókna SiC zmieszane z żywicą epoksydową w stosunku 0,25/100. Tak więc nawet tak niski dodatek jednowymiarowego materiału istotnie polepsza właściwości kompozytu.

19

Synthesis and properties of hot-pressed Ti-Al-C-N materials

Chlubny L., Lis J., Bućko M. M.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

495-498

EN

Ternary and quaternary materials in Ti-Al-C-N system are specific due to the heterodesmic character of chemical bounds. Such materials can combine properties of ceramics and metal. In the paper SHS synthesis of powders with different stoichiometry, Ti2AlN, Ti3AlC2 and Ti3Al(C, N)2 with usage of intermetallic compounds as precursors is presented. The powders were hot-presses and mechanical and structural properties of dense bodies were examined.

PL

Potrójne oraz poczwórne materiały należące do układu Ti-Al-C-N zwracają na siebie uwagę ze względu na szczególne właściwości, plasujące je pomiędzy materiałami metalicznymi i ceramicznymi. W niniejszej pracy przedstawiono proces syntezy SHS, w wyniku której otrzymywano proszki Ti2AlN, Ti3AlC2 i Ti3Al(C, N)2. Jako substraty stosowane były samodzielnie otrzymywane proszki międzymetaliczne z układu Ti-Al. Otrzymane proszki materiałów potrójnych i poczwórnych prasowano na gorąco. Następnie badano właściwości mechaniczne i strukturalne otrzymanych gęstych spieków.

20

Ewolucja mikrostruktury tworzyw kompozytowych z węglików metali przejściowych

Rutkowski P., Stobierski L.

Materiały Ceramiczne

|

2009

|

T. 61, nr 2

140-145

PL

W niniejszej pracy przedstawiono zmiany strukturalne zachodzące w spiekach składających się z osnowy w postaci wewnątrzsieciowych węglików metali przejściowych oraz fazy modyfikującej będącej niskotopliwym węglikiem chromu Cr(23)C(6). Badania prowadzono na trzech układach materiałów: TiC(0.85) - Cr(23)C(6), NbC(0.95) - Cr(23)C(6) oraz WC - Cr(23)C(6), gdzie modyfikator wprowadzany był w ilościach od 1,5 do 30 % obj.. Omówiono metodykę otrzymywania i preparatykę substratów kompozytów oraz spieków do badań mikrostrukturalnych. Zobrazowano wyniki ewolucji mikrostruktury materiałów w badanych układach. Do omówienia uzyskanych obrazów mikrostruktury spieków wykorzystano wyniki badań rozkładu pierwiastków (EDS) oraz zmian fazowych (XRD) i strukturalnych (Rietveld) wykonanych na próbkach z badanych układów.

EN

The structural changes, which take place in sinters composed of a matrix based on transition metal carbides and the modifying phase in a form of Iow-melting chromium carbide Cr(23)C(6), are presented in the work. The investigations were run on three systems of materials: TiC(0.85)-Cr(23)C(6), NbC(0.95)-Cr(23)C(6) and WC-Cr(23)C(6). The modifier content changed in a range of 1.5 - 30 vol.%. The method of synthesis and preparation of the composite components and the sinters for purposes of microstructural examinations was discussed. The results of microstructure evolution of the investigated materials were shown. The results of the determination of element distribution (EDS), phase changes (XRD) and structural changes (Rietveld), made on the samples of investigated systems, were used in order to discuss the microstructure of sinters.