Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Materiały ceramiczne, metaliczne i kompozytowe spiekane metodą SPS

Putyra Piotr, Jaworska Lucyna, Podsiadło Marcin, Laszkiewicz-Łukasik Jolanta

Obróbka Plastyczna Metali

|

2019

|

T. 30, nr 2

145--164

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości fizycznych i mechanicznych materiałów ceramicznych, metalicznych i kompozytowych wytwarzanych metodą SPS. Materiały wytwarzane tą metodą znalazły zastosowanie między innymi jako narzędzia skrawające oraz elementy zawierające ziarna diamentu do szlifowania i wygładzania. Zaprezentowano krzywe spiekania materiałów o osnowie Al2O3 wytwarzanych metodą SPS. Określono wpływ nagrzewania prądem impulsowym na czas trwania procesu spiekania materiałów tlenkowych i kompozytowych o osnowie Ab03 w porównaniu do spiekania swobodnego i mikrofalowego. Przedstawiono krzywe spiekania oraz wybrane właściwości materiałów o osnowie Al2O3 z dodatkiem stałych faz smarujących (WS2) oraz z dodatkiem dwuborku tytanu. W przypadku zastosowania spiekania SPS możliwe jest otrzymywanie materiałów przy niższych parametrach (temperatura i czas wygrzewania) odznaczających się dobrymi właściwościami fizycznymi i mechanicznymi. Wprowadzenie faz WS2 oraz TiB2 do osnowy materiałów kompozytowych AbOrTi(C,N) umożliwiło znaczące obniżenie współczynnika tarcia. W pracy przed stawiono również właściwości materiałów o osnowie azotku krzemu. Materiały o osnowie Si3N4 z dodatkiem faz o dobrej przewodności elektrycznej (np. TiN, TiB 2) spiekane metodą SPS odznaczały się wysoką twardością, modułem Younga oraz niską opornością elektryczną. Poprawa przewodności elektrycznej tworzyw ceramicznych o osnowie Si,N4 umożliwiła zastosowanie obróbki elektroerozyjnej do formowania gotowych wyrobów. Zaprezentowano materiały ceramiczne (TaB2) wytwarzane w wyniku reakcji syntezy tantalu i boru podczas nagrzewania. Porównano właściwości fizyczne i wytrzymałościowe materiałów borkowych wytwarzanych metodą spiekania reakcyjnego SPS oraz materiałów barkowych spiekanych z komercyjnych proszków TaB2. Przedstawiono także właściwości materiałów supertwardych o osnowie metalicznej konsolidowanych przy zastosowaniu techniki spiekania reakcyjnego FAST/SPS. Egzotermiczna reakcja syntezy proszków w trakcie procesu spiekania SPS umożliwia zwiększenie kinetyki nagrzewania i konsolidacji kompozytowych materiałów z dodatkiem proszków diamentowych w zakresie niższych temperatur bez grafityzacji fazy supertwardej.

EN

The paper presents the results of physical and mechanical properties of ceramic, metallic and composite materials obtained using the SPS method. Materials sintered by this method have been used, among others, as cutting tools and grinding and polishing elements containing diamond grains. The sintering curves of Al203 matrix materials produced by SPS are presented. The influence of pulse current heating on the duration of the sintering process of oxide and composite materials with the Al203 matrix was determined. The properties of SPS sintering materials were compared with the properties of materials after conventional and microwave sintering processes. The sintering curves and selected properties of Al203 based materials with the addition of solid lubricating phases (WS2) and the addition of titanium diboride are presented. In the case of using SPS sintering it is possible to obtain materials characterized by high physical and mechanical properties at lower parameters (temperature and duration).The additive ofWS2 and TiB2 phases to the matrix of AI203-Ti(C,N) composite materials made it possible to significantly reduce the friction coefficient. The paper also presents the properties of materials based on silicon nitride sintered by SPS method. Si.ifV1 based materials with the addition of phases with good electrical conductivity (eg TiN, TiB2) sintered with SPS method were characterized by high hardness, Young's modulus and low electrical resistance. The improvement of electrical conductivity of Si3N4 ceramic materials enabled the use of electro discharge machining process to form finished products. The ceramic materials (TaB2) produced as a result of the synthesis reaction of tantalum and boron during heating were presented. The physical and mechanical properties of boride materials produced by the reaction sintering SPS and boride materials sintered of commercial TaB2 powders were compared. It also presents the properties of super-hard materials with a metallic matrix consolidated using the FAST/SPS reaction sintering technique. The exothermic reaction of powder synthesis during the SPS sintering process allows to increase the kinetics of heating and consolidation of composite materials with the addition of diamond powders in the range of lower temperatures without graphitization of the super-hard phase.

2

Spiekanie ceramiki azotkowej metodą SPS

Wyżga Piotr, Klimczyk Piotr, Cyboroń Jolanta, Figiel Paweł

Mechanik

|

2019

|

R. 92, nr 5-6

366--370

PL

Ze względu na wyjątkowe właściwości ceramiki azotkowej jest ona bardzo często wykorzystywana w szeroko pojętej technice. Otrzymywanie wyrobów z azotku krzemu wiąże się jednak z koniecznością stosowania zaawansowanych metod, gdyż ten materiał jest trudno spiekalny. W wyniku spiekania prądem impulsowym SPS/FAST (spark plasma sintering/field assisted sintering technique) otrzymano gęste spieki ceramiczne z układu Si3N4-Al2O3-Y2O3. Parametry spiekania mieszanki zoptymalizowano tak, aby uzyskać możliwie najwyższe parametry spieków, takie jak: gęstość, moduł Younga, twardość i odporność na pękanie. W ramach pracy analizowano wpływ ciśnienia i prądu impulsowego, stosowanych w metodzie SPS/FAST, na spiekalność oraz na wybrane właściwości fizyczne i mechaniczne otrzymanych materiałów. Celem wprowadzenia do osnowy Si3N4 dodatków Al2O3 i Y2O3 była aktywacja trudno spiekalnego proszku azotku krzemu i w konsekwencji – osiągnięcie wysokiej gęstości otrzymanego spieku. Najlepszymi właściwościami charakteryzował się spiek otrzymany w temperaturze 1700°C i pod ciśnieniem 63 MPa; czas wytrzymania w temperaturze spiekania wynosił 15 min. Gęstość uzyskanej próbki osiągnęła 98% wartości teoretycznej, a pozostałe parametry wynosiły: moduł Younga – 298 GPa, twardość Vickersa – 17,7 GPa, odporność na pękanie powierzchniowe – 6 MPa∙m1/2.

EN

Due to the unique properties of ceramics materials based on nitride, it could be used in the broadly understood technique. However, obtaining silicon nitride materials requires it to use the advanced methods of manufacturing, mostly because this material is difficult to sinter. Dense ceramic sinters were obtained from the system Si3N4-Al2O3-Y2O3 by applied pulsed current – SPS/FAST method (spark plasma sintering/field assisted sintering technique). The sintering parameters of the initial mixture were optimized to obtain the highest possible sinter properties, such as: density, Young’s modulus, hardness and fracture toughness. In the presented work the influence of pressure and pulse current, used in the SPS/FAST method, on sinterability and on selected physical and mechanical properties of the obtained materials was analyzed. The purpose of introducing the Al2O3 and Y2O3 additions to the Si3N4 matrix was to activate the hard-to-sinter silicon nitride powder and consequently to achieve a high density of the sintered samples. The best properties were characterized by sinter obtained in 1700°C and under pressure 63 MPa; the holding time at sintering temperature was 15 min. The density of the obtained sample has reached 98% theoretical value, and the other parameters were: Young’s modulus – 298 GPa, Vickers hardness – 17,7 GPa, fracture toughness – 6 MPa∙m1/2. KEYWORDS: Si3N4, SPS sintering, Young’s modulus, hardness

3

Obróbka elektroerozyjna kompozytów na osnowie z azotku krzemu i węglika krzemu

Nowakowski Andrzej, Putyra Piotr, Krzywda Tadeusz

Mechanik

|

2019

|

R. 92, nr 2

115--118

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości fizycznych i mechanicznych ceramiki na osnowie z Si3N4 oraz SiC z dodatkami faz węglikowych, azotkowych i borkowych o dobrej przewodności elektrycznej. Określono gęstość, moduł Younga, twardość HV1 oraz przewodność elektryczną poszczególnych materiałów. Ceramiczne materiały kompozytowe z udziałem faz przewodzących zostały wytworzone z zastosowaniem urządzenia do spiekania metodą SPS (spark plasma sintering). Materiały odznaczające się dobrą przewodnością elektryczną kształtowano w procesie obróbki elektroerozyjnej EDM (electro discharge machining).

EN

The paper presents the results of physical and mechanical properties of the and Si3N4 and SiC matrix ceramics with additives of good electrical conductivity carbides, nitrides and borides phases. The density, Young’s modulus, hardness HV1 and electrical conductivity of each material were investigated. Ceramic composite materials with the participation of the conductive phases have been produced using SPS (spark plasma sintering) method. Materials characterized by good electrical conductivity were shaped using EDM (electro discharge machining) method.

4

Obróbka EDM ceramiki spiekanej metodą SPS

Nowakowski A., Krzywda T., Putyra P.

Mechanik

|

2018

|

R. 91, nr 3

240--243

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości fizycznych i mechanicznych ceramiki o osnowie z Al2O3, Si3N4 z dodatkami faz o dobrej przewodności elektrycznej oraz ceramiki o osnowie z TiB2. Określono gęstość, moduł Younga, twardość HV1 oraz przewodność elektryczną poszczególnych materiałów. Ceramiczne materiały kompozytowe z udziałem faz przewodzących zostały wytworzone z zastosowaniem urządzenia do spiekania metodą SPS (spark plasma sintering). Materiały odznaczające się dobrą przewodnością elektryczną kształtowano w procesie obróbki elektroerozyjnej EDM (electro discharge machining).

EN

Presented are the analysis of physical and mechanical properties of the Al2O3, SiC and Si3N4 matrix ceramics with additives of good electrical conductivity phases and TiB2 matrix ceramics. The density, Young’s modulus, hardness HV1 and electrical conductivity of each material were investigated. Ceramic composite materials with the participation of the conductive phases have been produced using SPS (spark plasma sintering) method. Materials characterized by good electrical conductivity were shaped using EDM (electro discharge machining) method.

5

Zastosowanie urządzenia SPS w procesie spiekania reakcyjnego materiałów ceramicznych

Putyra P., Laszkiewicz-Łukasik J., Jaworska L.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 4

294--297

PL

Omówiono metodę spiekania materiałów z wykorzystaniem nagrzewania iskrą elektryczną SPS i metodę spiekania reakcyjnego SPS na przykładzie ceramiki TaB2. Syntezę proszków tantalu i boru oraz proces spiekania przeprowadzono w ramach jednego etapu technologicznego. Zaprezentowano wyniki badań mikrostrukturalnych oraz pomiarów gęstości pozornej, modułu Younga i twardości Vickersa materiałów po reakcji syntezy i procesie spiekania.

EN

The Spark Plasma Sintering (SPS) method for densification of ceramic materials and the SPS reactive sintering process at the example of tantalum diboride (TaB2) ceramic was described. Synthesis of tantalum and boron mixture and follow sintering process were carried out in one production stage. The results of microstructural investigation, apparent density measurements, Young's modulus and Vickers hardness of the materials obtained by synthesis reaction and by sintering process are presented.

6

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.

7

Stale szybkotnące spiekane metodą SPS

Madej M., Garbiec D.

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2015

|

R. 60, nr 8

379--385

PL

W artykule przedstawiono wyniki w zakresie badania mikrostruktury spiekanych metodą SPS kompozytów na osnowie stali szybkotnącej gatunku M3/2. Kompozyty na osnowie stali szybkotnącej wytwarzano do tej pory wieloma metodami, jednak metoda iskrowego spiekania plazmowego (Spark Plasma Sintering) stanowi nowatorską metodę ich wytwarzania. Materiał badawczy stanowiły kształtki ze stali szybkotnącej z dodatkiem żelaza i z dodatkiem żelaza i miedzi. Kształtki spiekano metodą SPS z wcześniej przygotowanych mieszanek proszków. Kompozyty poddano badaniom gęstości względnej, twardości, wytrzymałości na zginanie. W pracy przedstawiono także mikrostruktury spiekanych kompozytów.

EN

The article presents the results for the investigations of the microstructure and properties of HSS based composites sintered by SPS method. HSS based composites could be produced by a many methods, but the method of spark plasma sintering (Spark Plasma Sintering) is a novel method for their preparation. The powder compositions used to produce composites were: 45%Fe-15%Cu-40%M3/2 and M3/2+50 % Fe. The powders were sintered by SPS method at 950 °C under pressure 50 MPa for 2,5 minutes. The as-sintered composites were tested for density, Brinell hardness and bending strength. From the analysis of the obtained results it has been found that the mechanical properties are mainly affected by the chemical compositions of composites and its porosity. The analysis have shown that the addition of copper reduces the hardness while increasing the bending strength. The study also shows the microstructure of the as-sintered composites.

8

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.

9

Ceramika narzędziowa z dodatkami stałych substancji smarujących

Putyra P.

Mechanik

|

2011

|

R. 84, nr 4

318-320

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych oraz tribologicznych ceramiki o osnowie Al2O3-Ti(C,N) z dodatkami mającymi obniżyć współczynnik tarcia. Najniższą wartość współczynnika tarcia zanotowano dla materiału po spiekaniu SPS z dodatkiem WS2.

EN

Presented are the results of mechanical and tribological tests performed on ceramic material consisting of the AI203-Ti(C,N) matrix with friction reducing additives. The minimum coefficient of friction has been noted with the SPS material sintered with addition of WS2.

10

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.

11

Alumina-Ti(C,N) ceramics with TiB2 additives

Putyra P., Podsiadło M., Smuk B.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2011

|

Vol. 47, nr 1

27-32

EN

Purpose: The aim of the study presented in this article is to determine the effect of TiB2 addition on the selected properties of ceramic tool materials. The effect of titanium diboride additives on the density, porosity, Young’s modulus and Vickers hardness of Al2O3-Ti(C,N) matrix ceramics was determined. Design/methodology/approach: Al2O3-Ti(C,N) ceramics with TiB2 addition were sintered by SPS method. Materials for SPS sintering were pressed in graphite die with pressure of 35 MPa. The max. pressure was obtained after 10 minutes. Sinter process was operated in nitrogen atmosphere. Density, Vickers hardness and Young’s modulus was determined for these materials. The materials were also subjected to tribological analysis. The results were compared with the properties of Al2O3-Ti(C,N) matrix material. Findings: The use of SPS-method in the production of ceramic materials is possible reduce sintering temperature and sintering time. Depending on the TiB2 additives used, the relative density values of individual materials were in the range of 94.4% to 97.7%. Young’s modulus values for these materials were in the range of 392 GPa to 414 GPa, and Vickers hardness in the range of 1966 to 2225 HV1. The results of tribological analysis showed a friction coefficient value for the matrix material of 0.51. For the other materials, the friction coefficient values were in the range 0.31 to 0.49. Practical implications: Ceramic materials with the addition of titanium diboride may be used in cutting tools. Study of the composition and production technology of such tools allows for the minimisation of the use of liquid cooling lubricants in the machining process and the achievement of higher cutting speeds. Originality/value: Titanium diboride additives were added to the structure, resulting in a reduced coefficient of friction, which was measured at between 61% and 96% of the base material coefficient.