Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Manufacture of Toughened Al2O3-Based Composites by the Combination of RBAO and SPS Processes

Rocha-Rangel Enrique, Calles-Arriaga Carlos A., López-Hernández Juan, Rodríguez-García José A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2023

|

Vol. 68, iss. 1

249--255

EN

The effect of additions of silver or titanium (0.5 or 3 vol.%) microparticles on the microstructure, as well as some physical properties of Al2O3-based composites, were studied. The processing method for the manufacturing of alumina-based composites was a combination of RBAO and SPS processes. After the SPS process, bodies with almost full density were obtained. Observations by optical microscopy show a very fine and homogenous microstructure in all samples. Concerning mechanical properties, the addition of metals on alumina increases its fracture toughness significantly (112% for the sample with additions of silver, while the composite with additions of titanium fracture toughness increases by 72%). In terms of optical properties, both silver and titanium improve the absorbance in the visible range.

2

Utilising cold sintering process for sintering hydroxyapatite-polyetheretherketone nanocomposite

Abbas H. O., Smeig H. A., Ameer Z. J. A.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2023

|

Vol. 124, nr 1

25--41

EN

Purpose: A novel technique of very low-temperature sintering named the cold sintering process is used to produce Highly dense hydroxyapatite-polyetheretherketone (HA-PEEK) nanocomposites. The polymers and ceramics are sintered at different temperatures; therefore, it is difficult to create ceramic matrix composites using traditional methods because the high temperatures might damage the polymers. It is hard to concurrently treat polymeric materials at high temperatures because HA often sinters at temperatures exceeding 1000°C. So, the study aimed to use a novel low-temperature sintering named Cold Sintering Process (CSP) with a Ts/ Tm ratio greater than 0.2 to alleviate this issue. This method could offer a production path with quick densification and less energy costs to increase throughput. Design/methodology/approach: In the current work, two different routes are used: The direct mixing and dissolution methods were used for powder preparation to fabricate a unique ceramic matrix composite. The study aimed to determine whether the preparation method could produce two continuous phases for better densification. The sintering temperature, pressure, holding time, and PEEK content were selected as the production parameters. The samples are characterised using a scanning electron microscope (SEM), X-ray energy dispersive spectrometry (EDS), an X-ray diffractogram (XRD), and a transition electron microscope (TEM). Also, physical and mechanical property measurements were detected, including density, water contact angle, hardness, and diametral tensile strength (DTS). Findings: It can be observed that a high densification compact (relative density 99.3%) can be observed by using the dissolution method HA-PEEK composites, which can be produced via the cold sintering process. The dissolution method can produce two continuous phases compared with the direct mixing method. All samples exhibit excellent hydrophilicity, which makes them good candidates for biomedical applications. Research limitations/implications: The biggest implication of the cold sintering method is the difficulty of making large-sized and complex-shaped samples. Practical implications: The dissolution method can produce two continuous phases compared with the direct mixing method. All samples exhibit excellent hydrophilicity, which makes them good candidates for biomedical applications. Originality/value: A novel technique was used for the first time to solve the problem of producing ceramic matrix composites with polymer as the dispersion phase.

3

Właściwości mechaniczne kompozytów narzędziowych z tlenku glinu, wzmacnianych węglikoazotkiem tytanu

Szutkowska M., Boniecki M., Podsiadło M., Kalinka A.

Mechanik

|

2018

|

R. 91, nr 5-6

438--442

PL

Przedstawiono właściwości mechaniczne kompozytów na osnowie z tlenku glinu, wzmacnianych Ti(C,N) w ilości 30% masy, wytworzonych na bazie proszków komercyjnych, o mikrometrycznych i nanometrycznych rozmiarach cząstek. Zastosowano bezciśnieniowe spiekanie PS w próżni i spiekanie reakcyjne SPS. Wykonano pomiary: twardości Vickersa, gęstości, modułu Younga i odporności na ścieranie. Odporność na pękanie (KIC) wyznaczono w temperaturze pokojowej i podwyższonej do 1073 K – charakterystycznej dla pracy narzędzia. Właściwości fizyczne i mechaniczne kompozytów Al2O3/Ti(C,N)/ZrO2, wytworzonych na bazie mikroproszków, porównano z właściwościami kompozytów zawierających proszki mieszane, mikrometryczne i nanometryczne, z udziałem proszków nanometrycznych od 17% do 36% masy. Kompozyty Al2O3/Ti(C,N)/ZrO2 z udziałem proszków nanometrycznych wykazują w temperaturze otoczenia niższe wartości KIC (o ok. 10÷30%) w porównaniu z kompozytami wytworzonymi na bazie proszków mikrometrycznych. Natomiast w temperaturze podwyższonej do 1073 K ich odporność na pękanie wzrasta nawet o 30%. Obserwacje mikrostruktury badanych kompozytów przeprowadzono za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej.

EN

The present study reports mechanical properties obtained by reinforcing alumina composites with Ti(C,N) in amount 30 wt.% prepared on the basis micro and nanoscale trade powders. The pressureless sintering PS in a vacuum and SPS method of sintering were used. Vickers hardness, density, Young modulus, wear resistance were evaluated. Fracture toughness (KIC) at ambient and elevated temperatures up to 1073 K, characteristic for tool work was measured. Physical and mechanical properties of the composites Al2O3/Ti(C,N)/ZrO2 based on the powders in microscale were compared with composites containing nanoscale powders in a range from 17 to 36 wt.%. Tested composites with nanoscale powders content reveal lower KIC (approx. 10÷30%) at ambient temperature in comparison to composites based on powders in microscale. However, in the elevated temperatures their fracture toughness increases up to 30%. The observation of the microstructure of tested composites was carried out using scanning electron microscopy.

4

Wybrane materiały stosowane w układach hamulcowych i ich właściwości mechaniczne

Szymczak T., Kowalewski Z.

Transport Samochodowy

|

2017

|

z. 2

87--99

PL

W pracy omówiono wybrane materiały stosowane w układach hamulcowych, jak: żeliwo szare, kompozyty ceramiczne oraz metalowe o osnowie ze stopu aluminium. Zaprezentowano ich zasadnicze właściwości mechaniczne oraz parametry fizyczne. Ponadto, omówiono zmiany granicy plastyczności i wytrzymałości doraźnej żeliwa szarego w warunkach rozciągania prowadzonego przy dziewięciu poziomach temperatury w zakresie od 20 °C do 700 °C.

EN

The paper reports selected materials applied in breaking systems, i.e.: grey cast iron, ceramic and metallic composites with aluminium alloy matrix. Their mechanical and physical properties are presented. Variations of the yield point and ultimate tensile strength determined from tensile tests carried out at nine levels of temperature within a range from 20 °C up to 700 °C are discussed.

5

Wykorzystanie poprodukcyjnych odpadów ceramiki sanitarnej jako napełniacza do kompozytów cementowych o wysokiej odporności chemicznej

Ogrodnik P., Zegardło B., Radzikowska M.

Przemysł Chemiczny

|

2017

|

T. 96, nr 5

1100--1104

PL

Zaprojektowano beton, który zawierał recyklingowe kruszywo ceramiczne oraz gwarantował wysoką odporność na środowiska agresywne. Przygotowano środowisko badawcze w postaci roztworów o podwyższonym stężeniu czynników agresywnych (jonów hydroniowych, siarczanowych, magnezowych i amonowych), symulujących pracę betonu w elementach kanalizacyjnych. Jako kryterium oceny odporności badanego betonu na korozję przyjęto zmianę masy próbek przechowywanych w roztworach oraz zmianę wytrzymałości na ściskanie w porównaniu z próbkami przechowywanymi w wodzie. Recyklingowe kruszywa z ceramiki sanitarnej okazały się odpowiednie do betonów specjalnych o wysokiej odporności na środowiska agresywne chemicznie.

EN

Disintegrated sanitary ceramics waste (size up to 8 mm) was used as grit in the cement mortar (1.33 Mg/m³) setted at 20°C for 107 days. The concrete produced was studied for corrosion in H₃O+, SO₄²⁻, NH₄⁺ and/or Mg²⁺-contg. mediums (mass change for 107 days and for compression strength. The concrete was corrosion resistant.

6

Kompozyty ceramiczne jako pełne wykorzystanie zalet ceramiki

Prochoń M., Biernacka A., Witczak M.

Eliksir

|

2017

|

nr 1

15--16

7

Application of gelcasting method in ceramic-metal composite fabrication

Miazga A., Konopka K., Idźkowska A., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 2

67--70

EN

An attempt has been made to prepare Al2O3/Ni composites with 1 vol.% metal particles by the gelcasting method. Alumina matrix composites with an addition of nickel particles, already used in industry, are produced by various methods. Unfortunately, there is a problem to obtain elements of a complex shape characterized by a uniform distribution of metal particles in a ceramic matrix. For this reason, the authors have attempted to apply the gelcasting method to produce an Al2O3 +1 vol.% Ni composite. The electrokinetic properties of the composite slurries and the influence of the presence of nickel have been studied. The microstructure of green and sintered samples were examined with a scanning electron microscope. Selected physical properties of the composite have been described. The material in the green state was characterized by a density of about 57%, and 97% after sintering, of the theoretical density. Nickel particles were uniformly distributed in the ceramic matrix. The performed studies have confirmed the possibility of using the gelcasting method to produce an alumina-nickel composite.

PL

Celem wytwarzania kompozytów ceramika/metal jest poprawa odporności na pękanie. Kompozyty o osnowie tlenku glinu z dodatkiem niklu są już obecnie materiałem stosowanym. Materiał ten wytwarzany jest różnymi metodami. Problemem niestety jest uzyskanie elementów o skomplikowanym kształcie charakteryzujących się jednorodnym rozmieszczeniem cząstek metalu w ceramicznej osnowie. Z tego powodu autorzy podjęli próbę aplikacji metody gelcasting do wytworzenia kompozytu Al2O3 + 1% obj. niklu. Przeprowadzone zostały badania właściwości elektrokinetycznych, wpływu obecności niklu oraz ilości incjatora na czas polimeryzacji. Próbki w stanie surowym oraz po procesie spiekania badano z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego. Określone zostały także wybrane właściwości fizyczne kompozytu. Materiał w stanie surowym charakteryzował się gęstością ok. 57%, natomiast po procesie spiekania 97% gęstości teoretycznej. Cząstki niklu były jednorodnie rozmieszczone w ceramicznej osnowie. Wykonane badania potwierdziły możliwość wykorzystania metody gelcasting w wytwarzaniu kompozytów Al2O3\Ni.

8

The effect of Ti addition on the microstructure and fracture toughness of BN-Al composite materials synthesized by vacuum infiltration

Chao W, Xiangxin X, Xiaozhou C, He Y, Gongjin Ch

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

509--512

EN

In this paper, we studied the effect of Ti addition on the microstructure and fracture toughness of Boron nitride- Aluminum (BN-Al) composite materials that were synthesized by vacuum infiltration. The BN-Al composite materials were fabricated by preheating the [Ti+BN] preforms at 1700º for 1 hour before Al alloys were infiltrated into the preforms in a vacuum atmosphere at 1100º for 2 hours. X-ray diffraction (XRD) patterns showed that the diffraction peaks of titanium diboride (TiB2) appeared when the [Ti+BN] preforms were preheated. It is thought that metal Al protected are visible and this could be achieved by the generation of TiB2 when Al infiltrated into the preform from fractography. The matching fracture toughness of the [Ti+BN] preforms gradually improve when Ti content was increased.

PL

W niniejszej pracy badano wpływ dodatku Ti na mikrostrukturę i odporność na pękanie kompozytów aluminium-azotek boru (BN-Al), które zostały zsyntetyzowane przez infiltracje w próżni. Kompozyty BN-Al zostały wykonane przez podgrzewanie preform [Ti+BN] w 1700ºC przez 1 godzinę, po czym stopy aluminium infiltrowano do preform w atmosferze próżni w temperaturze 1100ºC przez 2 godziny. Dyfrakcja rentgenowska (XRD) wykazała, że piki dyfrakcyjne diborku tytanu (TiB2) pojawiły się gdy preformy [Ti+BN] zostały podgrzane. Uważa się, że aluminium jest chronione co widoczne jest na przełomach i może to być osiągniete przez wytwarzanie TiB2 gdy Al przeniknęło do preformy. Odporność na pękanie preform [Ti+BN] stopniowo poprawia się, gdy zawartość Ti została zwiększona.

9

Analiza procesów syntezy ceramiki w układach zawierających molibden, krzem i węgiel

Biedunkiewicz A., Figiel P., Gabriel-Półrolniczak U., Krawczyk M.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

597--600

PL

Badano przebieg syntezy ceramik w układzie (NH4)6Mo7O24·4H2O-Si(OC 2H5)4-węgiel aktywny metodą termograwimetryczną. Mieszaniny zawierające krzem otrzymano w niskiej temperaturze metodą zol-żel. Syntezę prowadzono w argonie w zakresie 1000÷1250°C. Produkty gazowe oznaczano metodą spektrometrii mas. Produkty stałe określano metodą XRD. Proces przebiega etapami. W temperaturze t ≤ 400°C (NH4)6Mo7O24·4H2O rozkłada się do MoO3. Potem w zakresie temperatury 773 ≤ t ≤ 792°C MoO3 jest redukowany do MoO2 (lub także do Mo). Synteza Mo2C przebiega w temperaturze rzędu 1000°C (rys. 2). Przed karbotermiczną redukcją SiO2 i syntezą związków zawierających molibden i krzem ma się do czynienia z mieszaninami Mo2C-SiO2-węgiel aktywny. W jednym etapie w 1250°C w argonie następuje synteza SiC i synteza związków zawierających molibden i krzem. W szerokim zakresie składu początkowego mieszanin jako główną fazę otrzymano Mo≤ 4,8Si3C≤ 0,6. Zaproponowany sposób przebiegu procesu potwierdzono badaniami rozkładu (NH4)6Mo7O24·4H2O w argonie, syntezą Mo2C w układzie (NH4)6Mo7O24·4H2O-węgiel aktywny [25] i syntezą SiC w układzie SiO2-węgiel aktywny [24].

EN

The course of synthesis process of ceramic materials in (NH4)6Mo7O24·4H2OSiO 2-active carbon system was investigated by thermogravimetric method. The mixtures containing silicon were obtained at low temperature by solgel method. The synthesis was conducted in argon in the temperature range 1000÷1250°C. The gaseous products were determined by mass spectrometry method, while the solid products were determined by XRD method. The process proceeded in the following way. At the temperature T ≤ 400°C (NH4)6Mo7O24·4H2O decomposes to MoO3. Then at the temperature range 773 ≤ T ≤ 792°C MoO3 is reduced to MoO2 (or also to Mo). The synthesis of Mo2C proceeds at the temperature in the order of 1000°C (Fig. 2). Before the carbothermal reduction of SiO2 and synthesis of compounds containing molybdenum and silicon we deal with the mixtures Mo2C-SiO2-active carbon. In one stage, at 1250°C in argon, synthesis of SiC and compounds containing molybdenum and silicon takes place. In the wide range of initial compositions Mo≤ 4.8Si3C≤ 0.6 was obtained as the main phase. The proposed course of the process was confirmed by the studies on decomposition of commercial (NH4)6Mo7O24·4H2O in argon, synthesis of Mo2C in (NH4)6Mo7O24·4H2Oactive carbon system [25] and synthesis of SiC in SiO2-active carbon system [24].

10

Kompozyty na osnowie Al2O3 przeznaczone na ostrza narzędzi skrawających

Broniszewski K., Zawada A., Olszyna A.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 2

434-438

PL

W artykule opisano sposób wytwarzania i podstawowe właściwości mechaniczne kompozytów Al2O3 – x % wag. TiB2 (x = 1, 2,5, 5, 7,5, 10 i 15). Finalne zagęszczenie kompozytów przebiegało jedną z dwóch metod: spiekanie swobodne lub prasowanie na gorąco. Seria kompozytów spiekanych swobodnie charakteryzowała się niską gęstością względną. Z tego względu dalszym badaniom zostały poddane tylko kompozyty wytwarzane na drodze prasowania na gorąco. W przypadku kompozytów spiekanych pod ciśnieniem uzyskane gęstości względne nie były niższe niż 98,4 %. W pracy przedstawiono również wyniki porowatości i nasiąkliwości próbek. Kompozyty spiekane pod ciśnieniem posiadają wysoką twardością dochodzącą do 1968 HV20 w przypadku próbki Al2O3 – 10 % wag. TiB2. Wyniki modułu Younga są bardzo zbliżone do wartości teoretycznych wyliczonych z reguły mieszanin i zawierają się w przedziale od 399 GPa do 420 GPa.

EN

The article describes a way of production and basic mechanical properties of the Al2O3 – x wt.%TiB2 (x = 1, 2.5, 5, 7.5, 10 and 15) composites. Final densification was carried out by using one of two methods: natural sintering or hot pressing. A series of atmospheric pressure sintered composites showed a low relative density. Thereby only the hot pressed composites were further examined. In case of the hot pressed composites the relative density results were not lower than 98.4 %. In current work, the results of porosity and absorbability measurements are also present. The hot pressed composites have high hardness reaching 1968 HV20 for the Al2O3 – 10 wt.% TiB2 sample. The measured values of Young’s modulus are very close to theoretical values calculated from the rule of mixture, and they range from 399 GPa to 420 GPa.

11

Ceramika w amortyzatorach

Dąbrowski K.

Szkło i Ceramika

|

2010

|

R. 61, nr 4

20-23

PL

Kompozyty ceramiczne są stosunkowo nowym materiałem konstrukcyjnym, charakteryzującym się przede wszystkim typową dla ceramiki małą masą oraz zachowywaniem dobrych właściwości mechanicznych, a zatem i możliwością pracy w bardzo szerokim zakresie temperatur, a ponadto łatwością sterowania właściwościami mechanicznymi, które w różnym stopniu zależą od samej matrycy ceramicznej i od zbrojenia kompozytu, najczęściej różnymi rodzajami włókien.

12

Wpływ dodatku bioszkła na własności kompozytów ceramicznych i polimerowych

Kokoszka J., Cholewa-Kowalska K., Bramowska K., Łączka M., Pamuła E.

Engineering of Biomaterials

|

2009

|

Vol. 12, no. 87

24-31

PL

Celem przeprowadzonych badań było wytworzenie oraz charakterystyka dwóch rodzajów kompozytów: hydroksyapatyt (HA)/bioszkło oraz polimer (PGLA)/bioszkło. Dodatek bioszkła do matryc: polimerowej i hydroksyapatytowej zastosowano w celu modyfikacji własności mechanicznych oraz poprawy bioaktywności wytworzonych kompozytów. Do otrzymania kompozytów zastosowano dwa bioszkła pochodzenia żelowego S2 (80%mol.SiO2, 16%mol.CaO, 4%mol. P2O5) oraz A2 (40%mol.SiO2, 54%mol.CaO, 6%mol. P2O5. Kompozyty hydroksyapatyt/bioszkło zawierały 10% oraz 50%mas. dodatku bioszkła. Za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) i analizy rentgenowskiej (XRD) scharakteryzowano mikrostrukturę oraz skład fazowy otrzymanych kompozytów. Metoda ultradźwiękowa posłużyła do wyznaczenia własności mechanicznych (modułu Younga E) kompozytów. Bioaktywność materiałów została oceniona poprzez zmiany morfologii powierzchni próbek po kontakcie przez 7 i 14 dni z płynem SBF. Na podstawie przeprowadzonych badań określono, iż dodatek 10% A2 (E=12,24GPa) oraz 50% S2 (E=15,54GPa) do matrycy hydroksyapatytowej wpłynął na podwyższenie modułu Younga tych kompozytów w porównaniu do samego hydroksyapatytu (E=9,03GPa). Po kontakcie ze sztucznym osoczem oceniono, iż tworzenie się apatytowej warstwy na powierzchniach kompozytów HA/bioszkło było szybsze dla kompozytów z dodatkiem bioszkła A2 niż w przypadku S2. Wytworzono również kompozyty PGLA/bioszkło, w postaci folii otrzymanych poprzez odlewanie na szalki Petriego roztworów rozpuszczonych: PGLA oraz bioszkła (A2 lub S2). Kompozyty te otrzymano przy udziale objętościowym bioszkła 12%, 21% oraz 33%. Przeprowadzono badania w celu określenia własności mechanicznych (wytrzymałość na rozciąganie, moduł Younga) kompozytów oraz testy w płynie SBF przez okres 5 i 10 dni. Wyniki badań parametrów wytrzymałościowych pokazują, że dodatek, bioszkła do matrycy polimerowej powoduje wzrost zarówno modułu Younga jak i wytrzymałości na rozciąganie tych kompozytów. Po teście w SBF zaobserwowano gwałtowne formowanie się warstwy apatytowej na powierzchni kompozytów - co wskazuje na wysoką bioaktywność otrzymanych materiałów.

EN

The aim of this study was to prepare and evaluate both HA/bioactive glass and resorbable polymer PGLA/bioglass composites. The gel- derived bioglasses were added to HA and PGLA matrix in order to modify mechanical properties and improve bioactivity of obtained composite materials. We have developed two different composites made of hydroxyapatite (HA) and gel derived bioglasses designated S2 (80%mol. SiO2, 16%mol.CaO, 4%mol.P2O5) or A2 (40%mol. SiO2, 54% mol.CaO, 6%mol.P2O5). Concentration of added bioglasses were: 10% and 50 wt.%. Scanning electron microscopy and X- ray diffraction were used to characterize microstructure and phase composition of obtained materials. The elastic properties of HA/bioglass composites (Young modulus E) were analyzed with the use of pulse ultrasonic technique. The bioactivity of composites was assessed by determining the changes of surfaces morphology of composites after soaking in simulated body fluid (SBF) for 7 and 14 days (test in vitro in SBF). We have determined that 10%wt. addition of A2 (E=12,24GPa) and 50wt. % addition of S2 (E=15,54GPa) to the HA matrix results in higher Young's modulus of composites in comparison to pure hydroxyapatite (E=9,03GPa). The rate of Ca-P-rich layer formation in SBF was higher for HA/bioglass composites containing A2 compared to the composites containing S2 bioglass. Moreover, PGLA/bioglass composites were manufactured in the form of foils by solvent casting of the mixtures: dissolved PGLA and bioactive glass A2 and S2 particles. Composites containing 12%, 21% and 33%vol. of bioactive glass were manufactured. Mechanical properties (Rm, E) of composites were evaluated as well as in vitro SBF test was conducted at 5 and 10 days periods times of incubation in SBF. The results of tensile tests show that the addition of bioactive glass increases both tensile strength and Young's modulus of the composites. Rapid formation of apatite-layer on composite surface after incubation in SBF indicates high bioactivity of these materials.

13

Synthesis of the TiN-TiB2 Ceramic Composites Under Various Spark Plasma Sintering Conditions

Petukhov O., Khobta I., Ragulya A., Sakka Y.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 4

957-962

EN

The TiN-TiB2 ceramic composites with different ratios of components have been obtained via spark plasma sintering (SPS) by varying such process parameters as temperature, duration, protective atmosphere and current load. The sintering was performed by means of two Methods and TiN – TiB2 composites with the relative density of 64-99 % were obtained. The samples sintered with the use of superposition of direct and alternative currents had a higher level of properties (HV=19.7-25.4 GPa (load 100 g), fracture strength K1c=5.4-5.8 MPam1/2 (load 20 kg )) in the TiB2 content range 36-60 wt %, as compared with the sintering by a pulsating current.

PL

Ceramiczne kompozyty TiN-TiB2 o różnych proporcjach komponentów otrzymano w wyniku iskrowego spiekania plazmowego (SPS) poprzez różnicowanie takich parametrów procesowych jak temperatura, czas trwania, atmosfera ochronna i obciążenie prądu. Spiekanie zostało przeprowadzone z wykorzystaniem dwóch metod i otrzymano kompozyty TiN-TiB2 o gęstości względnej 64-99 %. Próbki spiekane z wykorzystaniem superpozycji prądu stałego i zmiennego odznaczały się wyższym poziomem właściwości (HV=19.7-25.4 GPa (obciazenie 100 g), odpornosc na pekanie K1c=5.4-5.8 MPam1/2 (obciazenie 20 kg) w zakresie zawartosci TiB2 36-60 wt %, w porównaniu ze spiekaniem przy pomocy pradu tętniącego.

14

Obróbka wybranych materiałów trudnoobrabialnych za pomocą płytek skrawających ceramicznych, w tym powlekanych warstwami PVD

Czechowski K., Wszołek J., Kasina J., Pofelska-Filip I., Smuk B., Kurleto A.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2006

|

z. 66 [227]

59-67

PL

Na podstawie wyników badań przeprowadzonych w Instytucie Zaawansowanych Technologii Wytwarzania przedstawiono możliwości stosowania do obróbki wybranych materiałów trudnoobrabialnych płytek skrawających ceramicznych, w tym powlekanych warstwami PVD. Omówiono ekologiczne, ekonomiczne i technologiczne aspekty ww. obróbki, ze szczególnym uwzględnieniem wymaganej jej dokładności i trwałości ostrzy. Wyniki uzyskane w Instytucie odniesiono do danych z innych ośrodków badawczych krajowych i zagranicznych. W podsumowaniu przedstawiono wnioski poznawcze i utylitarne.

EN

Basing on the results of research work carried out in the Institute of Advanced Manufacturing Technology, the possibilities of applications of uncoated and PVD coated ceramic cutting inserts to the machining of the selected hard to machine materials are presented. Ecological, economic and technological aspects of the above mentioned machining are discussed with special regards to the required accuracy of machining and tool lives of cutting edges. The results obtained in the Institute are compared to the data received at other national and international institutions. The conclusions of cognitive and utility character are presented in the summary.

15

Kompozyty ceramiczne formowane z wykorzystaniem wybranych reakcji enzymatycznych

Tomaszewska-Grzęda A., Szafran M.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 11

297-301

PL

Proces kontrolowanej koagulacji mas lejnych pod wptywem reakcji enzymatycznych (Direct Coagulation Casting) jest od kilku lat tematem prac prowadzonych w Zespole Ceramiki Specjalnej Zakładu Technologii Nieorganicznej i Ceramiki Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej. Polega on na zateżaniu masy lejnej poprzez wewnętrzną powolną zmianę pH (będącą wynikiem rozkładu pewnych substancji pod wpływem enzymów) wokół każdej cząstki proszku ceramicznego, co jest przyczyną zmiany budowy podwójnej warstwy elektrycznej wokół tego proszku zawieszonego w rozpuszczalniku. W pracy przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem kompozytów ceramicznych na drodze kontrolowanej koagulacji ceramicznych mas lejnych z Al2O3, nZrO2 lub mieszaniny wodorotlenków cyrkonu, hafnu i itru. Praca polegała na otrzymaniu i zbadaniu właściwości kompozytów zawierających 95% obj. tlenku glinu i 5% obj. domieszki nZrO2, wprowadzonej na dwa sposoby - jako proszek i jako "żel", a następnie na porównaniu otrzymanych wyników. W tabeli 1 przedstawiono wyniki badań kształtek surowych otrzymanych z ceramicznych mas lejnych z tlenku glinu, z tlenku glinu z 5% dodatkiem nanoproszku tlenku cyrkonu oraz z tlenku glinu z dodatkiem "żelu" o całkowitym stężeniu fazy stałej 54,3% obj., a w tabelach 2-5 - kształtek spiekanych. Rysunki 1-4 przedstawiają kolejne powiększenia kształtki spiekanej otrzymanej metodą DCC z tlenku glinu i "żelu". Uzyskane wyniki badań wskazują na trafność wyboru mieszaniny wodorotlenków cyrkonu, hafnu i itru jako składników kompozytu Al2O3-nZrO2 w miejsce wcześniej stosowanego nZrO2.

EN

The direct coagulation casting by means of enzymatic reactions is the subject of research carried out m the Department of Specialty Ceramics of the Warsaw University of Technology Faculty of Chemistry Division of Inorganic Technology and Ceramics. This method consists in the concentration of the casting slip by internal, slow change of pH (resulting from the decomposition of certain substances by means of enzymes) round each particle of the ceramic powder. This is the reason for the change in the structure of the double electric layer round this powder suspended in a solvent. In the work the results of studies on the obtaining of ceramic composites by direct coagulation casting of slips with Al2O3, nZrO2 or a mixture of zirconium, hafnium and yttrium hydroxides are presented. The work consisted in the obtaining and studying the properties of composites comprising 95 vol.% of aluminum oxide and 5 vol.% of the ZrO2 additive, introduced by two methods - as a powder and as a "gel", and the comparison of the results obtained. Table 1 shows the results of studies of green samples obtained from ceramic casting slips with aluminum oxide, aluminum oxide with a 5 % additive of zirconium oxide nanopowder, and with aluminum oxide with the addition of a gel of total solid phase concentration of 54.3 vol.%. Tables 2-5 show the results of studics of sintered samples. Figures 1-4 show consecutive magnifications of the sintered sample obtained by the DCC method from aluminum oxide and gel. The obtained results of studies show the relevancy of selecting the mixture of zirconium, hafnium and yttrium hydroxides as components of the Al2O3-nZrO2 composite, instead of the earlier used nZrO2.

16

Rola naprężeń cieplnych w kształtowaniu właściwości mechanicznych kompozytów ceramicznych

Rutkowski P., Grabowski G., Stobierski L.

Materiały Ceramiczne

|

2003

|

R. 55, nr 2

69-75

PL

Podczas studzenia wielofazowych tworzyw ceramicznych, w spieczonym materiale powstają naprężenia wewnętrzne wynikające z różnic rozszerzalności cieplnej faz składowych tworzywa. Badania nad wpływem naprężeń cieplnych na właściwości mechaniczne tworzyw kompozytowych przeprowadzone zostały na kompozycie AIN - TiB2 Rolę osnowy pełnił azotek glinu, w którym zdyspergowano dwuborek tytanu w ilościach: 5, 10, 15, 20 i 30 % obj. Współczynnik rozszerzalności cieplnej TiB2 jest blisko dwukrotnie większy od wrc AIN, tak, więc należało oczekiwać, że osnowa znajdować się będzie w stanie naprężeń ściskających, a zmiany udziałów objętościowych prowadzić będą do stopniowego nakładania się pól naprężeń wytwarzanych wokół ziaren fazy zdyspergowanej. Na wytworzonych techniką prasowania na gorąco materiałach określono właściwości sprężyste kompozytów, wykonano pomiary twardości, wytrzymałości na zginanie oraz określono wielkość krytycznego współczynnika koncentracji naprężeń. Ponadto przeprowadzono obserwacje mikroskopowe drogi pękania. Wykonano także obliczenia wielkości naprężeń cieplnych przy użyciu modeli analitycznych Selesinga i Taya oraz symulacje komputerowe stanu naprężeń przy pomocy programu Pro/Mechanica. W badaniach empirycznych stwierdzono występowanie maksimum wytrzymałości na zginanie w tworzywach o zawartości 10 % obj. fazy zdyspergowanej. Zmiany odporności na kruche pękanie miały charakter monotoniczny i wartość współczynnika Klc wzrastała w całym badanym zakresie składów. Poczynione obserwacje można wyjaśnić w oparciu o wyniki prac modelowych. Zwiększanie wytrzymałości na zginanie obserwowano w zakresie udziałów objętościowych, przy których ziarna fazy zdyspergowanej były od siebie oddalone a pola naprężeń wokół nich nie pokrywały się, a stan naprężeń matrycy można określić jako jednorodny. Zbliżanie ziaren fazy zdyspergowanej do siebie prowadzi, jak wykazują to symulacje komputerowe do powstania w ich obszarze naprężeń przeciwnego znaku ("rozciągających"). Ich obecność wspomaga wikłanie, odchylanie i rozgałęzianie drogi niszczenia, zatem prowadzi do zwiększania odporności na kruche pękanie jednak może niekorzystnie wpływać na wytrzymałość mechaniczną wskutek wewnętrznej nukleacji pęknięć.

EN

During cooling of multiphase ceramic materials internal stresses build up. The result from different coefficients of thermal expansion of the constituent phases. The AIN - TiB2 system was used to study the influence of these stresses on the mechanical properties of the resulting composites. AIN played the role of the matrix into which 5 to 30 vol. % TiB2 inclusions were introduced. Coefficient of thermal expansion of TiB2 in nearly two times larger than that of AIN. This implies that the matrix should be under compressive stresses. It should also be expected that stress field around isolated inclusion grains will be more and more overlap with the increased TiB2 concentration. Hot pressing technique was applied to prepared samples suitable for elastic properties, fracture toughness and bending strength determination. Crack path were followed by microscopic observations. The stresses were calculated using Selsing and Taya equations. Also computer analyses of stress distribution using Pro/Mechanica programme were performed. Maximum strength was found in the system of 10 vol. % TiB2 content. Within the whole studied range KIc increased monotonically with the inclusion concentration. Model considerations allowed us to understand these results. Increase of strength occurred in the composition range of lower inclusion concentration. Within this range stresses around the neighbouring grains of inclusions do not overlap and stresses in the matrix are of the same sign. Inclusions grains approaching with their concentration lead to the overlapping of the stress fields related to them. Computer simulations indicates that it causes tensile stresses build up in these areas. Such stress field results in the crack deflection and branching and by itself leads to the fracture toughness increase.

17

Zwiżalność, struktura i właściwości granic rozdziału w układzie Al/Al2O3

Sobczak N.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 7

301-312

PL

Na podstawie danych literaturowych i badań własnych przeprowadzono analizę czynników wpływających na wiarygodność i powtarzalność wyników badań wielkości kąta zwilżania w układzie Al/AI2O3. Badania przeprowadzono metodą kropli leżącej, stosując różne procedury wytwarzania kropli (CH - próbki Al i podłoża znajdują się w kontakcie podczas nagrzewania do temperatury badań, CP - osobne nagrzewanie próbek połączone z wyciskaniem kropli metalu z kapilary w momencie osiągnięcia temperatury badań) oraz różne procedury grzania (szybkie i powolne) przed testem zwilżalności. W celu określenia właściwości mechanicznych utworzonego połączenia kropla/podłoże schłodzone próbki po badaniach zwilżalności poddawano badaniom na ścinanie według udoskonalonej procedury sposobu push-off shear test. Otrzymane wyniki dowodzą, że oddziaływanie fizykochemiczne w układzie Al/Al2O3 jest procesem złożonym, który w zależności od temperatury jest zdominowany albo przez obecność powłoki tlenkowej na kropli Al (T< 1173 K), albo przez rozpuszczanie się podłoża Al2O3 w ciekłym Al (T> 1173 K). Dla sposobu CH zwiększenie temperatury przy takim samym czasie kontaktu polepsza zarówno zwilżalność, jak i wytrzymałość na ścinanie połączeń Al/AI2O3, natomiast przy T < 1173 K decydującą rolę w kształtowaniu mechanicznych właściwości połączenia odgrywa czas kontaktu. Usuwanie powłoki tlenkowej w sposobie CP efektywnie polepsza niskotemperaturową zwilżalność, a wytrzymałość na ścinanie jest porównywalna z wytrzymałością próbek wytworzonych sposobem CH w wysokiej temperaturze. Obróbka termocykliczna zwiększa trwałość połączeń otrzymanych przy T < 1173 K, natomiast dla warunków testu zwilżalności T> 1173 K wytrzymałość na ścinanie po obróbce termocyklicznej maleje wraz ze wzrostem temperatury testu zwilżalności.

EN

The paper discusses the literature data and results of own research on wettahility in the Al/AI2O3 system. The wettability tests were curried out by the sessile drop method using different testing procedures (CH - contact heating of Al and substrate samples up to the test temperature, CP - capillary purification technique which allows the separate heating of the samples while a drop is produced by squeezing a metal through capillary directly at the test temperature) and heating procedure (fast and slow heating) before wettability test. In order to examine the mechanical properties of Al/Al2O joints the improved procedure of push-off shear test was applied on solidified sessile drop samples. The results demonstrate that among different phenomena, affecting physico-chemical interaction and resulting wetting and bonding properties in Al/Al2O3 system, the presence of oxide film on Al drop is the most important factor at T < 1173 K, while at T> 1173 K the dissolution of the substrate in molten Al becomes a leading one. For CH technique and the same contact time, increasing temperature results in improvement of both wetting and shear strength, while at T< 1173 K the contact time is responsible for mechanical properties of Al/Al2O3 interfaces. The removal of oxide film from Al drop in CP technique effectively improves low temperature wetting, resulting in high shear strength, comparable to the samples produced by CH at high temperature. Thermo-cycling improves mechanical properties of Al/Al2O3 couples produced at T< 1173 K, but for those obtained at T >1173 K the shear strength of thermo-cyeled samples decreases with increasing temperature of wettability test.

18

Twadość Vickersa i odporność na pękanie wybranych kompozytów ceramicznych

Pędzich Z., Piekarczyk J., Stobierski L., Szutkowska M., Walat E.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 7

296-300

PL

Praca prezentuje wyniki badań twardości Vickersa i odporności na kruche pękanie takich faz ceramicznych, jak alfa-Al2O3, tetragonalne polikrysztaly ZrO2, SiC, Ti3SiC2 oraz kompozytów na osnowie tych faz. Stwierdzono, że wartość mierzonych twardości rośnie ze wzrostem obciążenia, do ustalenia pewnej wartości stałej. Porównano wyniki pomiarów współczynnika KIc uzyskane dwoma metodami - poprzez badanie wytrzymałości na zginanie próbek z nacictym karbem (SENB - Single Edge Notched Beam) oraz przez pomiar parametrów odcisków i pęknięć wywołanych w materiale nakłuwaniem piramidką Vickersa. Uzyskane rezultaty pozwalają wnioskować co do możliwości porównywania wartości współczynnika odporności na pękanie otrzymanych obiema metodami. Określają również zakresy obciążeń, w których możliwe jest stosowanie metody nakłuć dla poszczególnych materiałów.

EN

The paper presents results of the Vickers hardness and the fracture toughness investigations of several materials: a-alumina (a-Al2O3), yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals (TZP), silicon carbide (SiC), titanium-silicon carbide (Ti3SiC2) and composites on their matrix. It was established that values of Vickers hardness measured under the lowest loads are significantly lower that values achieved under higher loads (see Fig. 3). They also show big values of standard deviation. The results of KIc investigations (see Fig. 4 and Table 1) show that one mustn't to apply indentation method uncritically. Measured KIc values strongly depend on used loads, especially under loads when cracks started to appear. At this range measured KIc values reach extremely high level. They decrease with load increase. It is obvious that it is necessary to select the proper load for each material. The conformity between two methods of KIc measurements (indentation and SENB) is different for investigated materials. Relatively the best conformity is achieved for oxide materials and composites on their matrixes (especially for zirconiaj. Application of the indentation method for Ti3SiC2-based materials gave the worst conformity of results with these achieved by SENB method. It is probably due to very complicated way of cracking in these materials.

19

Failure analysis of textile-reinforced ceramic matrix composites

Hufenbach W., Langkamp A., Kroll L., Błażejewski W.

Kompozyty

|

2003

|

R. 3, nr 7

250-254

EN

The high lightweight potential of modern long-fibre reinforced ceramics for the application in components under complex thermo-mechanical loads can only be used optimally, if the anisotropic fibre reinforcement is designed according to the acting loads. For the component optimisation adapted analytical and numerical simulation techniques as well as suitable realistic failure criteria are required. By applying analytical and numerical computing methods developed so far for fibre- and textile-reinforced ceramics, the thermo-mechanical induced stresses and strains can be sufficiently determined. In contrast, undertaking the failure analysis adapted to textile ceramic structures still remains a source of considerable difficulty. One principal reason for this is that the use of the ,,homogenisation technique" in the sense of a ,,blurred" continuum is not permissible for a realistic description of the fracture behaviour of textile-reinforced ceramics. The often applied generalising fracture criteria, such as, for example, the quadratic failure criteria of Sacharov and Tsai-Wu cannot be used to simulate the actual fracture behaviour realistically and there remains a great uncertainties in the interpretation of the results of fracture tests. Only the development of a new type of so-called fracture mode criteria can enable a physically based description of the prevailing failure modes of fibre- and textil-reinforced ceramics. Subsequently, the action plane criterion of Hashin-Puck and the invariant criterion of Cuntze are applied to the failure analysis of fibre- and textile-reinforced SiC ceramics and correspondingly modified. The objective of this paper is to improve the strength analysis of fibre- and textile-reinforced ceramic structures applying novel fracture mode related failure criteria. By means of multi-axial failure tests carried out on reinforced ceramics, the failure mode criteria were able to be verified in the stress planes.

PL

Właściwości nowoczesnych materiałów ceramicznych wzmocnionych włóknami tekstylnymi stwarzają potencjalne możliwości konstruowania ultralekkich elementów, podlegających złożonym naprężeniom termomechanicznym. Potencjał tych materiałów może być optymalnie wykorzystany tylko wtedy, jeżeli cechy ich anizotropowego wzmocnienia włóknistego dobrane zostaną na podstawie występującego stanu naprężeń. Optymalizacja konstrukcji wymienionych elementów wymaga zastosowania odpowiednich analitycznych i numerycznych technik symulacji oraz realistycznych kryteriów zniszczenia. Istniejące metody obliczeń naprężeń i odkształceń pozwalają na ich wystarczająco dokładne określenie. W odróżnieniu od tego analiza pękania rozważanych materiałów stwarza istotne problemy. Wynika to z faktu, że zastosowanie „technik homogenizacji" nie pozwala na rzeczywisty opis zniszczenia w tych materiałach. Często stosowane uogólniające kryteria zniszczenia, takie jak np. kwadratowe kryterium Sacharowa i Tsai-Wu również nie pozwalają na uzyskanie dokładnych wyników. Jedynie rozwój nowego typu kryteriów zniszczenia uwzględniających tzw. tryby pękania może prowadzić do uzasadnionego fizycznie opisu materiałów ceramicznych wzmacnianych włóknami i tkaninami w realnych warunkach zniszczenia. Następnie, zastosowano kryteria Hashin-Puck i kryterium wartości niezmiennych według Cuntze do analizy uszkodzeń zaistniałych we wzmacnianych włóknami i tkaninami SiC i odpowiednio je zmodyfikowano. W artykule przedstawiono ulepszoną metodę weryfikacji wytrzymałości jedno- i wielowarstwowo wzmocnionych struktur ceramicznych przy zastosowaniu nowych kryteriów zniszczenia uwzględniających różne rodzaje pękania materiału. Wieloosiowe próby wytrzymałościowe, przeprowadzone na kompozytach ceramicznych, pozwoliły zweryfikować wyżej wymienione kryteria w płaszczyznach naprężeń.

20

Zużycie i struktura powierzchni po współpracy w warunkach tarcia technicznie suchego w kompozytach AK12-cząstki ceramiczne

Wieczorek J., Śleziona J., Myalski J., Dolata-Grosz A., Dyzia M., Służałek G.

Kompozyty

|

2002

|

R. 2, nr 4

212-216

PL

Przedstawiono korelacje pomiędzy strukturalnymi elementami budowy kompozytów a geometrią warstwy wierzchniej, tworzonej w warunkach tarcia technicznie suchego. Na podstawie przeprowadzonych badań profilografometrycznych struktury powierzchni kompozytów AK12-Al2O3 po współpracy opisano zależność pomiędzy wielkością cząstek zbrojących a geometrią warstwy wierzchniej kompozytu. Badania dowiodły możliwość sterowania geometrią powierzchni trących poprzez właściwy dobór geometrii komponentów.

EN

Aluminum - based metal matrix composites are well - known for their high specific strength, stiffness and hardness. They are gaining further importance as their potential for wear resistance becomes established [1]. In general, for sliding against metal and abrasives, many studies have reported that composites exhibit better wear resistance than the unreinforsed alloys [2]. In the article the results of the researches on the surface of composites MMCs reinforced Al2O3 particles after collaboration in technically dry friction conditions are presented. Investigations were made with the use of Taylor-Hobson profilograph. Tested materials were matrix alloy composites AK12 reinforced Al2O3 particles (10, 25.50 um) (Tab. 1), after collaboration with cast iron. For all samples sliding distance was 5000 m, load 35 N and sliding velocity 0.5 m/s. Abrasion was carried out with the use of tribological tester T-01 pin-on-disc. Wear trace topography is presented in Figures 2-5. Acquired results of measurement ware analyzed with the use of parameters characterizing surface roughness and waviness (Ra, Rz, Rmax, Wa, Wz, Wmax), The values for particles materials are presented on the diagram (Fig. 10). For full characteristic of the consumed surface Abbot curves were determined for each of tested materials (Figs 6-9). Relationship between composite surface topography and particle value used for reinforcing materials was found. In case of small particle diameter wear profile is regular and loss is the smallest. Together with particle diameter wear, surface roughness and waviness increase. Increase of surface load capacity goes tether with reinforced particles diameter. It can be conducted that reinforced particles size let modify composite exploitation conditions, friction coefficient, load capacity, roughness and waviness.