Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Kompozyty ceramiczne jako pełne wykorzystanie zalet ceramiki

Prochoń M., Biernacka A., Witczak M.

Eliksir

|

2017

|

nr 1

15--16

2

Tunable ceramic-polymer composites for electronic applications

Pietrzak E., Pawlikowska E., Godziszewski K., Yashchyshyn Y., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 1

54--57

EN

The ceramic-polymer composites presented in the paper have unusual properties. These materials can operate in a wide range of electromagnetic spectrum and consequently they can be potentially used in imaging techniques, chemical characterization, security systems, quality control and very high data rate communication systems. Microwave applications are widely understood as antennas and radiocommunication devices. Materials used to produce equipment operating at high frequencies, even subterahertz, must be subjected to restrictive verification. The most commonly used materials in radio technology are ferroelectrics. They are characterized by a high value of dielectric permeability. A typical example of ferroelectric material used and widely known is barium strontium titanate (abbr. BST), which is applied in microwave technology. Barium strontium titanate was prepared using solid-state synthesis process. The materials used in the fabrication were ceramic powders: BaCO3, SrCO3 and TiO2. Thanks to the combination of an elastic polymer and ceramic powder with ferroelectric properties, it is possible to use such a material in devices operating at a very high frequency. The commercial materials used in the research allow one to produce composites by the tape casting method and obtain antennas. Ferroelectric ceramic-polymer tapes based on doped and undoped ceramic powder with different BST stoichiometrics have been prepared. The tunability of samples prepared of pure and doped Ba0.65Sr0.35TiO3, Ba0.58Sr0.42TiO3 and Ba0.51Sr0.49TiO3 was measured. The relationship between the stoichiometry, or doped and undoped powder has been also found. It was observed that a higher ratio of Ba to Sr caused an increase in tunability values. Moreover, the addition of Ni2O3 to ceramic powder positively effected the tunability parameter.

PL

Kompozyty ceramiczno-polimerowe przedstawione w niniejszej pracy charakteryzują się niezwykłymi właściwościami. Materiały te posiadają zdolność pracy w szerokim spektrum elektromagnetycznym, dzięki czemu mogą być wykorzystywane w obrazowaniu materiałów, analizie chemicznej, systemach ochrony, kontroli jakości oraz w telekomunikacji intersatelitarnej. Zastosowania mikrofalowe są szeroko rozumianymi antenami oraz urządzeniami radiokomunikacyjnymi. Materiały wykorzystywane do otrzymywania urządzeń pracujących w wysokich częstotliwościach sub-THz są poddawane restrykcyjnej weryfikacji. Najbardziej powszechnymi materiałami używanymi w technologii radiowej są ferroelektryki. Charakteryzują się one bardzo wysoką wartością przenikalności dielektrycznej. Typowym przykładem materiału ferroelektrycznego jest powszechnie znany tytanian barowo-strontowy (BST). Proszek stosowany do badań syntezowany był w fazie stałej z następujących substratów: BaCO3, SrCO3 i TiO2. Charakterystyczne właściwości BST powodują, że stał się on kluczowym komponentem ceramicznej masy lejnej, która umożliwia, za pomocą metody tape casting, otrzymanie cienkich i elastycznych folii kompozytowych. Ferroelektryczne ceramiczno-polimerowe folie bazowały na czystych oraz domieszkowanych proszkach BST o różnym stosunku baru do strontu. Pomiary przestrajalności przeprowadzono dla proszków Ba0.65Sr0.35TiO3 i Ba0.58Sr0.42TiO3 z dodatkiem Ni2O3 oraz bez dodatku. Zaobserwowano zależność stechiometrii proszków oraz domieszki tlenku niklu na przestrajalność kształtek. Im większa zawartość Ba do Sr, tym wyższe wartości przestrajalności. Z badań wynika również, że pozytywny wpływ na przestrajanie ma dodatek 5% mol Ni2O3.

3

Application of halloysite in fabrication of composite materials for energy absorption

Głuszek M., Antosik A., Żurowski R., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 2

61--65

EN

This work is devoted to the development of the composition as well as analysis of the rheological properties of shear thickening fluids (STF) based on pure halloysite (mineral from aluminosilicates group; H) and silica (SF14) doped halloysite dispersed in various organic liquids. The objective of this study was to form an intelligent composite using aluminosilicate tubes to dissipate energy and verify the applicability of the final suspensions to produce liquid armor. Halloysite is considered cheaper and more environmental friendly than pure SiO2 for STF production. Herein, we present studies concerning the effects of the molecular weight of poly(propylene glycol) (PPG) and modified aluminosilicate by mixing in ethanol with a carrier fluid. We also report that the fabrication of STF with silica doped halloysite leads to novel organic/inorganic composite materials with unprecedented protection properties. By analyzing the results obtained from the study, it was concluded that the liquids with modified halloysite as a dopant of 1, 3, 5 and 10 vol.% solid phase had a higher viscosity than the reference liquid based only on nanosilica. The fluid with the most favorable rheological properties is the slurry based on nanosilica with 1 vol.% halloysite (previously mixed with EtOH and PPG 725) dispersed in a poly(propylene glycol) of 725 g/mol molecular weight. The maximum shear thickening value of this liquid equaled 557 Pa·s at a shear rate of 7.8 s‒1. In the final step of the research, a knife penetration resistance test was performed. It was observed that the protective properties of p-aramid fabrics interleaved with STF based on pure SF14 powder and doped with halloysite are comparable. Thus, synthetic nanosilica can be partially replaced.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad opracowaniem składu cieczy zagęszczanych ścinaniem na bazie haloizytu (minerału z grupy glinokrzemianów; H) i krzemionki (SF14) domieszkowanej haloizytem zdyspergowanych w wybranych cieczach organicznych oraz ich charakterystykę reologiczną. Głównym celem badań było otrzymanie inteligentnego kompozytu, który wykorzystywałby częściowo rurkowy kształt cząstki haloizytu do rozpraszania energii, oraz sprawdzenie możliwości wdrożenia uzyskanych zawiesin do produkcji materiałów absorbujących energię, np. ciekłych pancerzy. Powszechnie jako fazę stałą stosuje się syntetyczną i drogą krzemionkę. Z uwagi na aspekt ekonomiczny i ekologiczny autorzy dokonali próby zastąpienia SiO2 naturalnym glinokrzemianem, którego zasoby w Polsce oceniane są na około 10÷12 mln ton. W pracy przedstawiono wpływ masy molowej glikolu polipropylenowego (PPG) stosowanego jako dyspergent oraz modyfikacji powierzchni ziaren fazy stałej poprzez mieszanie z etanolem i PPG na właściwości reologiczne zawiesin. Artykuł zawiera również wyniki badań nad otrzymaniem cieczy zagęszczanych ścinaniem na bazie nanokrzemionki z udziałem haloizytu jako domieszki do opracowania materiału kompozytowego do ochrony ciała człowieka. Analizując otrzymane rezultaty, stwierdzono, iż ciecze z dodatkiem 1, 3, 5 i 10% obj. modyfikowanego haloizytu charakteryzowały się wyższymi lepkościami niż próbka referencyjna oparta tylko na SiO2. Najlepsze właściwości reologiczne wykazuje zawiesina z dodatkiem 1%obj. glinokrzemianu (wcześniej poddanego procesowi modyfikacji powierzchni) zdyspergowanego w glikolu polipropylenowym o masie molowej 725 g/mol (PPG 725). Maksimum zagęszczania ścinaniem tej zawiesiny wynosiło 557 Pa·s przy szybkości ścinania 7,8 s‒1. W ostatniej fazie badań przeprowadzono testy odporności na uderzenia ostrzem. Zaobserwowano, iż materiały kompozytowe na bazie mat z włókien p-aramidowych przekładanych cieczami zagęszczanymi ścinaniem zarówno z SF14, jak i krzemionką z dodatkiem glinokrzemianu zapewniają porównywalne funkcje protekcyjne. Wykazano zatem, że syntetyczna nanokrzemionka może być częściowo zastąpiona haloizytem.

4

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

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

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 4

2757--2762

EN

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

PL

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

5

Effect of fluidization time on thickness of composite protective-decorative coating

Bryll K., Pijanowski M., Gawdzińska K., Lijewski S.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 2

71--75

EN

This study examines how the fluidizing time influences the thickness and decorative properties of a protective coating created by the fluidization method. We have made two types of coatings: polyethylene and a composite (with polyethylene matrix and SiC particle reinforcement). The work, responding to the market demand for new attractive-looking materials, meeting certain preset criteria, such as coating thickness, is part of research into the selection of protective-decorative coatings for elements working in the natural environment, subject to UV radiation, wind and rain.

PL

W niniejszej pracy poddano badaniu powłokę dekoracyjno-ochronną wytworzoną metodą fluidyzacyjną w celu określenia wpływu czasu fluidyzacji na grubość tej powłoki oraz jej właściwości dekoracyjne. Wytworzono dwa rodzaje powłok: polietylenową i kompozytową (o osnowie z polietylenu i zbrojeniu z SiC w postaci cząstek). Praca ta stanowi odpowiedź na zapotrzebowanie rynku na nowe materiały o odpowiednim wyglądzie estetycznym, określonych właściwościach (w tym wypadku grubości) i jest częścią badań związanych z doborem powłok ochronno-dekoracyjnym na elementy pracujące w środowisku naturalnym narażonym na oddziaływanie promieni UV, wiatru i deszczu.

6

Gold Nanoparticles as a Modifying Agent of Ceramic-Polymer Composites

Sobczak-Kupiec A., Tyliszczak B., Krupa-Żuczek K., Malina D., Piątkowski M., Wzorek Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 3

1005--1009

EN

Much effort has been invested in the development of biomaterials for the repair or replacement of hard tissue. The synthesis of composites based on mineral and organic constituents is nowadays extremely important for the development of materials for biomedical applications. In this paper we report the preparation and characterization of ceramic-polymer composites doped with gold nanoparticles. Properties and applications in medicine and dentistry of colloidal gold nanoparticles depends upon their size and shape. The influence of the presence of the metallic nanoparticles on the degradation process was investigated by pH and conductivity analyses of water filtrates. The nanocomposites were characterized with the use of X-ray Diffaction (XRD) and Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FT-IR) methods. The results of in vitro tests confirmed that it is possible to produce hydroxyapatite/polymer (HA/polymer) composites doped with gold nanoparticles (AuNPs) for medical applications. Tests proved that content of gold nanoparticles in composites had influence on degradation behaviour of HA/Polymer/AuNPs in water environment.

PL

Obecnie wiele starań jest wkładanych w badania dotyczące rozwoju biomateriałów do naprawy i wymiany tkanki kostnej. Otrzymywanie kompozytów opartych na składnikach mineralnych i organicznych jest niezwykle istotne dla rozwoju materiałów do zastosowań biomedycznych. Właściwości i zastosowanie nanocząstek złota w medycynie i stomatologii zależy przede wszystkim od ich wielkości i kształtu. W pracy opisano metodykę otrzymywania oraz charakterystykę kompozytów ceramiczno-polimerowych domieszkowanych nanocząstkami złota. Badano wpływ obecności nanocząstek metalicznych na proces degradacji w środowisku wodnym z wykorzystaniem analiz pH i przewodnictwa. Charakterystykę nanokompozytów wykonano z zastosowaniem dyfrakcji promieni rentgenowskich (XRD) i spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FT-IR). Na podstawie badań in vitro stwierdzono, że możliwe jest otrzymanie kompozytów polimerowo-ceramicznych modyfikowanych nanocząstkami złota do zastosowań biomedycznych. Badania wykazały, że zawartość nanocząstek złota wpływa na degradację kompozytów HA/Polymer/AuNPs w środowisku wodnym.

7

The effect of molecular weights of poly(propylene glycol) on rheological properties of shear thickening fluids

Głuszek M., Idźkowska A., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2013

|

R. 13, nr 2

92--95

EN

Ceramic polymer composites have great importance in many branches of industry. They are used, among the others in electronics, optoelectronics, plastics for the construction of nuclear reactors or spacecrafts. They also play an important role in the production of materials for the protection of the human body. These materials are formed of shear thickening fluids (STF), also referred to as dilatant fluids. They are non Newtonian liquids, which are characterized by an increase in viscosity as a function of shear rate. Materials and devices based on shear thickening fluids dissipate an energy associated to shocks, impacts and vibrations very well. This paper presents the results of research on the effects of a molecular weight of dispersing agent on the rheological properties of shear thickening fluids. In the first step, liquids with poly(propylene glycol) of a molecular weight of 400, 425 or 725 g/mol (used as a dispersing agent) were prepared. As a ceramic powder, a nanosilica with an average particle size of 14 nm was used. Concentration of the powder was 12 vol.% or 15 vol.%. In the second step of this study, the rheological properties of the prepared fluids were analysed at 25°C. The effects of the type of used glycol and the content of solid phase on the rheological properties were examined. More favorable results were obtained for the systems of 15% by volume of the solid phase. The influence of the temperature on therheological properties was also checked. Parallel measurements for systems with a poly(propylene glycol) of a molecular weight of 400, 425, 725 g/mol and a powder 12 vol.% at 37°C were conducted. The effects of the viscosity leap were lower but were received at higher shear rates.

PL

Kompozyty ceramiczno-polimerowe mają bardzo duże znaczenie w wielu gałęziach przemysłu. Znajdują zastosowanie m.in. w elektronice, optoelektronice, tworzywach do konstrukcji reaktorów jądrowych czy statków kosmicznych. Istotną rolę odgrywają również przy produkcji materiałów służących ochronie ciała człowieka. Takie materiały powstają na bazie płynów zagęszczanych ścinaniem, nazywanych również dylatancyjnymi. Są to ciecze nienewtonowskie, które charakteryzuje wzrost wartości lepkości ze wzrostem szybkości ścinania. Materiały i urządzenia oparte na zawiesinach zagęszczanych ścinaniem bardzo dobrze rozpraszają energię towarzyszącą wstrząsom, uderzeniom oraz drganiom. W ramach pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem masy cząsteczkowej cieczy dyspergującej na właściwości reologiczne płynów zagęszczanych ścinaniem. W pierwszym etapie przygotowano zawiesiny, w których jako dyspergent zastosowano poli(glikole propylenowe) o masie cząsteczkowej 400, 425 lub 725 g/mol. Fazę stałą stanowiła nanokrzemionka o średniej wielkości ziarna 14 nm. Stężenie proszku wynosiło odpowiednio 12% obj. i 15% obj. W drugiej fazie prac zbadano właściwości reologiczne przygotowanych cieczy w temperaturze 25°C. Sprawdzono, jaki wpływ na właściwości reologiczne cieczy ma rodzaj glikolu i stężenie fazy stałej. Korzystniejsze wyniki uzyskano dla układów z 15% obj. nanokrzemionki. Spośród użytych despergentów najlepszym okazał się poli(glikol propylenowy) o masie cząsteczkowej 425 g/mol przy zawartości 15% obj. proszku. W celu sprawdzenia wpływu temperatury na właściwości reologiczne cieczy zagęszczanych ścinaniem przeprowadzono analogiczne badania w temperaturze 37°C. Zastosowanie podwyższonej temperatury spowodowało przesunięcie skoków dylatancji do wyższych szybkości ścinania, jednakże skoki te były niższe.

8

Ceramic-polymer composites for microwave applications

Szafran M., Bogdańska B., Bobryk E., Jaszczyszyn E., Derzakowski K.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 1

9-13

EN

Ceramic-polymer composites with ferroelectric properties provide significant opportunities in the design and manufacture of modern electronic materials whose functional characteristics are constantly being improved. Barium titanate (BT) and barium strontium titanate (BST) are known and widely used materials in electronics. The paper presents the results of research on a receiving ceramic-polymer composite with an as low as possible permittivity and loss tangent. As a ceramic fraction barium-strontium titanate (BST) with various dopants (Fe2O3, Ni2O3, La2O3, SnO2 and Y2O3) were tested and as an organic one - water dispersions of styrene-acrylic polymers. The influence of BST doped with metal oxides on the sintering process was observed. X-ray diffraction patterns were made for sintered powders while the Vickers hardness, relative density and volume shrinkage of sintered pellets were studied. The zeta potential as a function of pH for pure BST and doped with Ni2O3 were measured. BST doped with Ni2O3 had the best relative density and this powder was used for further research. For the aqueous tape casting method four water dispersions of polymers with different concentrations and structures as binders were tested. For these polymers heat flow as a function of temperature by differential scanning calorimetry (DSC) and the glass transition temperature were measured. Additionally, the concentration of water dispersion of the polymers was tested by the gravimetric method. For the obtained ceramic - polymer composites, the relative permittivity and loss tangent were measured at a 9 GHz frequency.

PL

Kompozyty ceramiczno-polimerowe o właściwościach ferroelektrycznych dają znaczne możliwości przy projektowaniu i wytwarzaniu nowoczesnych materiałów elektronicznych o nowych i wciąż udoskonalanych cechach użytkowych. Znanym od lat i powszechnie stosowanym materiałem w elektronice jest tytanian baru (BT) oraz tytanian barowo-strontowy (BST). Domieszkowanie BST tlenkami metali powoduje zmianę parametrów elektrycznych (np. przenikalności dielektrycznej, tangensa kąta strat) oraz fizycznych (twardości, zagęszczenia). W niniejszej pracy badano wpływ domieszek (Fe2O3, Ni2O3, La2O3, SnO2 i Y2O3) na proces spiekania BST w zakresie 1200÷1400°C. Przeprowadzono analizę rentgenograficzną otrzymanych proszków, a także zbadano mikrotwardość Vickersa, względne zagęszczenie spieków oraz ich skurczliwość objętościową. Wykonano pomiary potencjału zeta w funkcji pH dla czystego BST oraz domieszkowanego 2 i 8% mol Ni2O3. Na podstawie otrzymanych wyników wybrano proszek o najlepszym zagęszczeniu (BST + 5% mol Ni2O3) i dobrano spoiwo polimerowe oraz upłynniacz, aby otrzymać gęstwę odpowiednią do odlania folii metodą aqueous tape casting. Istotne było dobranie polimerów obniżających lub niewpływających znacząco na wartość względnej przenikalności dielektrycznej, ponieważ po procesie formowania folia nie była już spiekana. Badano wodne dyspersje polimerów styrenowo-akrylowych o różnych stężeniach, które wyznaczono metodą wagową. Wykonano pomiary zmiany strumienia ciepła w funkcji temperatury metodą skaningowej kalorymetrii różnicowej (DSC) i na podstawie tej zależności wyznaczono temperaturę zeszklenia analizowanych polimerów. Uzyskane kompozyty ceramiczno-polimerowe o różnych zawartościach proszku ceramicznego (60 i 55%) oraz różnych ilościach domieszek (2, 5 i 8% mol) poddano badaniom względnej przenikalności dielektrycznej oraz tangensa kąta strat przy częstotliwości 9 GHz.

9

Fabrication of Mn doped PZT for ceramic-polymer composites

Nogas-Ćwikiel E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1065-1065

EN

Lead zirconate titanate (PZT) ceramics, with general chemical formula Pb(Zr1-xTix)O3 are used in numerous piezo- and pyroelectric applications. In practice, PZT is rarely used in a chemical pure form. The dielectric, piezoelectric and pyroelectric properties of PZT can be modified by adding dopants to the ABO3-type PZT perovskite structure. Ceramics powders of manganese-doped lead zirconate titanate with composition Pb(Zr0.3Ti0.7)0.97Mn0.03O3 (PMZT) were prepared by the sol-gel method using: lead(II)acetate trihydrate, zirconium(IV)propoxide, titanium(IV)propoxide and manganese(II)acetate tetrahydrate as precursors. The PMZT-PVC composites were fabricated from PMZT and polymer powders by hot-pressing method.

PL

Ceramiczne roztwory stałe cyrkonianu tytanianu ołowiu (PZT) o wzorze ogólnym Pb(Zr1-xTix)O3 znajdują szerokie zastosowanie jako piezo- i piroelektryki. W praktyce czysty PZT jest rzadko używany. Właściwości piezoelektryczne i piroelektryczne PZT modyfikuje się poprzez dodawanie domieszek do struktury typu perowskitu ABO3. Ceramiczne proszki cyrkonianu tytanianu ołowiu domieszkowanego manganem o składzie Pb(Zr0;3Ti0;7)0;97Mn0;03O3 (PMZT) otrzymano metodą zolowo-żelową. Jako prekursorów użyto: octanu ołowiu, propanolanu cyrkonu, propanolanu tytanu i octanu manganu. Kompozyty ceramiczno-polimerowe PMZT-PVC otrzymano z proszku PMZT i proszku polimeru PVC metoda prasowania na gorąco.

10

Fabrication and characterization of BST60/40//PVDF ceramic-polymer composite

Osińska K., Adamczyk M., Dzik J., Bernard H., Czekaj D.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1083-1091

EN

In this paper BST//PVDF composites with 0-3 connectivity were prepared from (Ba0.6Sr0.4)O3 (BST60/40) ceramic powder and polyvinylidene fluoride (PVDF) powder by a hot pressing method, for different concentration of the ceramic phase (cV). Morphology of BST//PVDF composites was observed by transmission electron microscopy and scanning electron microscopy, whereas the crystalline structure was studied by the X-ray diffraction method. The temperature dependence of dielectric permittivity of BST//PVDF composites was measured in the frequency range of f=10kHz-1MHz. The split-post dielectric resonator (SPDR) was used for the measurements of the real and imaginary part of dielectric permittivity of BST//PVDF composites in the microwave frequency range of f=3-10GHz. It was found, that the dielectric properties of the ceramic-polymer composite for cV >20% change significantly for both small (f=10kHz-1MHz) and high (f=3-10GHz) frequencies. The abrupt increase in permittivity may indicate an excess of the percolation threshold, so the ceramic-polymer composite for the concentrations of the active ceramic phase cV >20% cannot be indexed as composites with 0-3 connectivity.

PL

W ramach prezentowanej pracy, kompozyty BST//PVDF, o sposobie łączenia faz 0-3, otrzymywane były z proszku ceramicznego (Ba0:6Sr0:4)O3 (BST60/40) oraz proszku poli(fluorku winylidenu) (PVDF), dla różnego stężenia fazy ceramicznej (cV ), metodą prasowania na gorąco. Morfologie kompozytów BST//PVDF obserwowano z zastosowaniem transmisyjnego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. Strukturę krystaliczną badano metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Temperaturowa zależność przenikalności elektrycznej mierzona była w zakresie częstotliwości f =10kHz-1MHz. Do pomiarów w zakresie bardzo wysokich częstotliwości f =3-10GHz zastosowano rezonator dielektryczny SPDR. Można zauważyć, że zarówno dla niskich ( f =10kHz-1MHz), jak i wysokich ( f =3-10GHz) częstotliwości właściwości dielektryczne kompozytów ceramiczno-polimerowych dla stężenia fazy ceramicznej cV >20%, zmieniają się w znacznym stopniu. Gwałtowny wzrost wartości przenikalności może świadczyć o przekroczeniu progu perkolacji, a więc kompozyty ceramiczno-polimerowe o stężeniu aktywnej fazy ceramicznej cV >20% nie mogą być indeksowane jako kompozyty o sposobie łączenia faz 0-3.

11

The Structural Optimixation of Ceramic-Organic Composites

Borysovska K., Verbylo D., Podrezov Yu., Szafran M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 4

875-879

EN

The results of studies concerning of ceramic - polymer composites on the porous ceramic base are presented in the paper. Wide technological possibilities of fabrication of high-porous materials allows for an optimization of the structural parameters of ceramic-polymer composites in order to achieve their maximum mechanical properties. In the case of the transition from the single crack fracture to stochastic cracking, porous morphology, volume porosity, pore and particle size, properties of polymeric filler should be taking into account. The influence of the porous structure and the porosity of the ceramic matrix on strength and the mechanical behavior of the ceramic-polymer composite is caused by the stress concentration near the pores. Introduced to the pores of the ceramic porous material of polymer leads to improve the strength and damping parameters of the composite obtained.

PL

W artykule przedstawiono i przeanalizowano właściwości mechaniczne kompozytów ceramika-polimer o osnowie z ceramicznego tworzywa porowatego. Wykazano, że optymalizacja struktury takich kompozytów stwarza możliwość uzyskania materiałów o bardzo dobrych parametrach mechanicznych. W procesie optymalizowania parametrów takich kompozytów należy wziąć pod uwagę porowatość, wielkość i rozkład wielkości porów oraz właściwosci polimeru wprowadzonego do porów ceramicznego tworzywa porowatego. Wykazano że wprowadzenie polimeru do porów ceramicznego tworzywa porowatego prowadzi do wzrostu wytrzymałości mechanicznej oraz właściwości tłumiących takich kompozytów.

12

Effect of particle size and particle surface pretreatment of fillers on selected properties of model ceramic-polymer composites used as dental fillings

Siejka-Kulczyk J., Lewandowska M., Kurzydłowski J.

Polimery

|

2008

|

T. 53, nr 3

208-212

EN

The properties of polymer matrix composites used as dental fillings are strongly affected by the presence and surface treatment of ceramic glass fillers. The proper selection of the size of filler particles, which determine mechanical properties, is a crucial problem in design of ceramic-polymer composites for dental fillings. The goal of the work was to determine the influence of average filler particle size and the effect of surface treatment on selected mechanical properties of composites based on mixture of acrylic resins: 2,2-bis-[4-(2-hydroxy-3-methacryloxypropoxy)phenyl]propane (bis-GMA) and triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA).

PL

Materiałami badanymi w pracy były kompozyty oparte na mieszaninie dwóch żywic metakrylanowych, zawierające 40-60% obj. napełniaczy ceramicznych (głównie krzemionkowych) o różnym średnim wymiarze cząstek. Określono wpływ tych wymiarów (w przedziale 13nm-3žm) czterech typów napełniaczy na maksymalny ich udział w kompozycji (MVFF) a także na wytrzymałość na zginanie (Rf) (rys. 2) i mikrotwardość HV 0,2 (rys. 3). Zbadano również zależność wartości MVFF, Rf i HV 0,2 od ilości 3-(metakryloiloksy) propylotrimetoksysilanu (MPTMS) - środka zastosowanego do powierzchniowej obróbki (silanizacji) proszkowych napełniaczy kompozytów zawierających mikronapełniacz “K3M" (rys. 4, 6, 7) lub mikrokrzemionkę (rys. 8, 9). Stwierdzono, że średni wymiar cząstek napełniacza wywiera istotny wpływ na oceniane właściwości materiałów: kompozyty z mikronapełniaczem (wymiar 500nm) charakteryzują się zdecydowanie większą wartością Rj i mikrotwardością niż kompozyty wzmacniane mikrokrzemionką (wymiar 3žm). Wykazano też, że kompozyty zawierające silanizowany napełniacz ceramiczny wykazują lepsze właściwości mechaniczne niż kompozyty z niesilanizowanym proszkiem.

13

Wpływ dodatku nowych rozgałęzionych żywic uretanowo-metakrylowych na właściwości mechaniczne i tribologiczne kompozytów ceramiczno-polimerowych do zastosowań stomatologicznych

Szafran M., Cwalińska A., Jałbrzykowski M.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 1

11-14

PL

W ramach kontynuacji prac nad optymalizacją właściwości kompozytów ceramiczno-polimerowych, stosowanych jako stomatologiczne wypełnienia stałe, przeprowadzone dotychczas badania (stopień konwersji - spektroskopia FTIR, skurcz polimeryzacyjny, mikrotwardość Vickersa) poszerzono o testy wytrzymałościowe oraz tribologiczne. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących zastosowania nowej, wielofunkcyjnej żywicy uretanowo-metakrylowej UM1 jako składnika fotoutwardzalnych materiałów kompozytowych. Wykonano serie próbek z dodatkiem silanizowanej mikro- i nanokrzemionki. Wzorując się na poprzednich badaniach, założono stały procent objętościowy wypełniacza, zmieniając udział dodatku żywicy UM1 w masie polimerowej opartej na konwencjonalnej żywicy na bazie Bis-GMA. Otrzymane wyniki potwierdziły, iż dodatek żywicy uretanowo-metakrylowej UM1 poprawia parametry wytrzymałościowe oraz korzystnie wpływa na charakterystyki tribologiczne kompozytów dentystycznych.

EN

As a follow-up of studies, carried out until now, on developing properties of ceramic-polymer composites used as dentistry materials, research (degree of conversion - by FTIR spectroscopy, polymerization shrinkage, Vickers' microhardness) was extended with strength and tribological tests. This paper presents results on the use of a new synthesized urethane--methacrylic resin UM1, which exhibits a very low polymerization shrinkage of 2.5%, as a component of a photocurable composites. Experimental samples were prepared by mixing silane-treated fillers (60% vol.) with resins. The results of flexural strength proved that an additive of UM1 to resins' composition significantly increases values of this parameter. For example, composite containing 40% wt. of UM1 in organic phase, shows almost 50% higher flexural strength than the one based only on conventional resins. So far, urethane-methacrylic resin UM1 seems to be a promising material and an alternative to methacrylic monomers.

14

Kompozyty ceramika-polimer do zastosowań stomatologicznych

Cwalińska A., Szafran M., Rokicki G., Biernat M.

Engineering of Biomaterials

|

2007

|

Vol. 10, no. 69-72

69-73

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad otrzymaniem nowych materiałów kompozytowych do zastosowań stomatologicznych. Jednym ze składników fazy organicznej był nowy, rozgałęziony monomer uretanowo-metakrylowy UM1. Charakteryzuje się on ponad cztery razy mniejszym skurczem polimeryzacyjnym w porównaniu do powszechnie stosowanej w stomatologii żywicy opartej na monomerze Bis-GMA. Wypełniacz stanowiły ceramiczne proszki krzemionkowe, których udział był stały i wynosił 60% obj. kompozytu, w tym 10% obj. nanokrzemionki. Proszki wprowadzano do kompozycji żywic, w których zmieniano stosunek wagowy mieszaniny Bis-GMA/TEGDMA do żywicy UM1. Badania wykazały, że dodatek żywicy UM1 pozwala na uzyskanie kompozytów o większej twardości i większej wytrzymałości na zginanie w porównaniu do kompozytów opartych na Bis-GMA.

EN

This paper presents results of research on obtaining new composite materials for dental application. One of the components of organic phase is new, branched UM1 urethane-methacrylic monomer. The monomer shows over four times lower polymerization shrinkage in comparison to commonly used in dentistry Bis-GMA - based resin. Applied inorganic fillers consisted of silica powders, which total content was kept constant and amounted up to 60 vol.% of composite, while nanofiller amount was 10 vol.%. Ceramic powders were added to mixture of resins, in which weight ratio of Bis-GMA/TEGDMA composition to UM1 resin varied. Results prove that UM1 resin additive allows obtaining composites distinguished by increased hardness and flexural strength in comparison to those based on Bis-GMA monomer.

15

Wpływ modyfikacji powierzchni proszku ceramicznego na właściwości kompozytów ceramiczno-polimerowych o zastosowaniu stomatologicznym

Szafran M., Rokicki G., Bobryk E., Szczęsna B.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 3

78-82

PL

Celem pracy było przeprowadzenie badań nad ceramiczno-polimerowymi materiałami kompozytowymi z przeznaczeniem na stomatologiczne wypełnienia stałe. Badania dotyczyły wpływu silanizacji - modyfikacji powierzchni wypełniacza poprzez zastosowanie środka preadhezyjnego - na właściwości użytkowe materiałów kompozytowych. W kompozytach o zastosowaniu stomatologicznym proszek ceramiczny stanowi fazę rozproszeną, a polimer - fazę ciągłą. Ze względu na specyfikę obydwu materiałów niezbędne jest zapewnienie odpowiedniego połączenia tych faz. Zadanie to realizowano, stosując środek preadhezyjny, który zwiększał oddziaływania na granicy faz i tym samym korzystnie wpływał na właściwości mechaniczne otrzymanych kształtek. Silanizacja proszku ceramicznego pozwoliła także na wprowadzenie większej ilości wypełniacza do żywicy polimerowej. Badano również wpływ ilości i metody nanoszenia środka sprzęgającego (y-metakrylooksypropylo-trimetoksysilanu) na ziarno proszku nieorganicznego. W celu oceny właściwości mechanicznych kształtek kompozytowych poddano je badaniu mikrotwardości Vickersa i wytrzymałości na zginanie. Wykazano wpływ silanizacji na upakowanie ziarna w kompozycie oraz wpływ na parametry wytrzymałościowe kompozytów ceramiczno-polimerowych.

EN

Ceramic-polymer composites are used in dentistry for nearly 30 years and due to their ability of composition modification they are the most promising materials. Also patient's expectations on dentistry fillings outlook made these materials popular. However their's durablity and mechanical properties still are not as good as amalgam's. Dental composites have structure similar to the tooth tissue. They consist of polymer resin, inorganic filler and preadhesion agent. Organic matrix is composition of dimethacrylic monomers usually Bis-GMA and TEGMA monomers. Silica, strontium, barium and boro-silicate glass are ceramic fillers. They increase strength and decrease polymerization shrinkage. Improvement of adhesion of inorganic glass to organic resin is achieved through silanization process. Commonly used silane is methacryloxypropyl-trimethoxysilanc. It has hydrolysable group and organofunctional group attached to silicon by an alkyl bridge. Methoxy groups undergo hydrolysis and condensation reactions in the presence of moisture. The objective of the study was to conduct research on ceramic-polymer composites used as dental fillings. The research verified influence of filler's surface treatment on functional properties of composite materials. In these composites ceramic powder is dispersed phase and polymer--continous phase. Because of specifity of both materials, good coupling is necessary. This task was conducted by using preadhesion agent, which increased adherence on filler - resin interface and improved mechanical properties of composite samples. The latest literature data indicate that it can be achieved by optymalization quantity of silane and method of filler treatment. It was proved that silanization allows to input more filler into organic resin (Tab. 1) and enhances microhardness (Fig. 2) and flexural strength (Fig. 3) of composite samples.

16

Wpływ dodatku nanowypełniacza na właściwości mechaniczne i tribologiczne kompozytów ceramiczno-polimerowych do zastosowań stomatologicznych

Szafran M., Bobryk E., Szczęsna B., Jałbrzykowski M.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 3

83-87

PL

Przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych i tribologicznych ceramiczno-polimerowych materiałów kompozytowych przeznaczonych na stałe wypełnienia stomatologiczne. Badania te dotyczyły wpływu rodzaju, ilości i rozkładu wielkości ziaren wypełniacza na właściwości materiałów kompozytowych. Z literatury naukowej wynika, że poprawę parametrów wytrzymałościowych tych materiałów może zapewnić optymalizacja ilości i składu wprowadzanych proszków ceramicznych. Dlatego przeprowadzono badania nad wpływem wypełniacza, a w szczególności nanowypełniacza na właściwości mechaniczne materiałów kompozytowych. Założono, że dodatek nanoproszku zapewni lepszą wytrzymałość mechaniczną. W tym celu wykonano serię kształtek z udziałem proszków o dwóch gradacjach ziarna i o różnym składzie ilościowym względem siebie. Całkowity stopień upakowania wypełniacza w kompozycie był stały. Otrzymane materiały poddano badaniom właściwości mechanicznych: mikrotwardości Vickersa, wytrzymałości na zginanie i ścieralności. Stwierdzono, że dodatek nanowypełniacza poprawił parametry wytrzymałościowe kompozytów o zastosowaniu stomatologicznym.

EN

Human expectations always implicates a demand for new technologies. The same rule applies to dentistry materials. Until quite lately amalgam fillings were used most often because its good mechanical properties as well as Iow price. However its disadvantages such as high termal conductivity and unsatisfying colour motivated scientists to investigate of new materials which could be used as dental fillings. Ceramic-polymer composites seemed to be the most perspective. The aim of this study was to conduct research on influence of type, quantity and filler's grain size distribution on functional properties of ceramic--polymer composites used as dental fillings. Following latest scientific literature it is known that optymalization of quantity and composition of ceramic fillers can improve strength of composite materials. This is the reason for research on effect of filler, especially nanofiller on tribological and mechanical properties of dental composites. It was assumed that nano-particles enhance durability of composite samples. To prove that series of samples was made. Each sample had different content of silica filler and nanofiller but total load was constant. Microhardness, flexural strength and tribological tests were performed on these samples. The results indicate that nanoparticles have the potential to improve microhardness (Fig. 1), wear (Figs. 3 and 4) and mechanical properties (Fig. 2) of ceramic-polymer composites used as dental fillings.

17

Charakterystyka powierzchni kompozytów ceramiczno-polimerowych w środowiskach wodnych o różnych pH

Siejka-Kulczyk J., Lewandowska M., Kurzydłowski K.J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2006

|

R. 9, nr 58-60

194-197

18

Mikrostrukturalne uwarunkowania wybranych właściwości mechanicznych kompozytów o osnowie ceramicznej

Konopka K.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Materiałowa

|

2005

|

z. 18

3-92

PL

Praca dotyczy wybranych uwarunkowań mikrostrukturalnych wpływających na odporność na pękanie i inne właściwości mechaniczne kompozytów om osnowie ceramicznej. Badania prowadzono na dwóch rodzajach kompozytów o osnowie ceramicznej z fazą metaliczną i polimerem. W sposób eksperymentalny opisano takie właściwości kompozytów, jak: moduł Younga, twardość, odporność na pękanie, odporność na zginanie, odporność na zużycie ścierne oraz wytrzymałość na ściskanie. Analizie poddano wpływ metalu oraz polimeru na propagację pęknięć i możliwość zwiększenia odporności na pękanie kompozytów z udziałem tych faz. Zebrane i omówione w pracy wyniki badań kompozytów o osnowie ceramicznej wykazują wpływ mikrostrukturalnych uwarunkowań na wybrane właściwości mechaniczne tych materiałów. Wykazano wpływ czynników geometrycznych, tj. rozmiaru i rozmieszczenia fazy w osnowie ceramicznej, a także obecności faz przejściowych na granicach międzyfazowych na propagacje pęknięcia i wzrost odporności na pękanie, wykazano też zmianę innych właściwości (twardość, odporność na zyżycie ścierne). Istotnym zagadnieniem podjętym w pracy były zaproponowane rozwiązania technologiczne projektowania kompozytów o osnowie ceramicznej. do takich należy sposób poprawienia zwilżalności ceramiki przez metal, a w szczególności porowatego tworzywa ceramicznego infiltrowanego ciekłym metalem, a także wytwarzanie kompozytów z proszków ceramicznych wcześniej poddanych metalizacji. W przypadku kompozytów ceramika-elastomer przedmiotem badań było ich zachowanie pod obciążeniem ściskającym. Badane kompozyty wykazuja wysoką wytrzymałość na ściskanie przy jednoczesnym osiąganiu dużych, odwracalnych odkształceń. OPrzedstawione w pracy wyniki pozwalają na nakreślenie dalszych kierunków badań. Do takich zaliczono otrzymywanie i analizę właściwości kompozytów z ciągłością fazy metalicznej oraz polimerowej.

EN

The study is concerned with certain selected microstructural factors that affect resistance to brittle fracture and other mechanical properties of ceramic-matrix composities. Two kinds of ceramic-matrix composites were examined: composites containing a metallic phase and composites with a polymer. Experimental examinations included the determination of the Young modulus, hardness, resistance to brittle fracture, bending strength, resistance to frictional wear and compressive strength. analysis was concentrated on the effect of the metal or the polymer, contained in the composites, upon the propagation of cracks and on the possibility of improving the fracture toughness of the composites. The results obtained indicate that microstructural factors have an influence upon certain mechanical properties of ceramic-matrix composites. It has been shown that geometrical features, such as the size and distribution of the additional phase wthin the ceramic matrix and also the presence of transition phases at the inter-phase boundaries affect crack propagation, increase fracture toughness and also improve certain other properties (hardness and frictional wear resistance). The results of the study permit proposing certain technological solutions helpful in design the ceramic-matrix composites. these proposals include a method for improving the wettability of the ceramic material by metal, in particular in the case of porous ceramics infiltrated by a liquid metal, and a method of fabrication of composites using ceramic powders that were subjected to metallization prior to the process. Experiments with ceramic-elastomer composites included of the behavior of the composite under a compresive load. the composites showed a high compressive strength combined with the capability to achieve large recoverable strain. The results presented in this study permit the indication of the lines of further investigations, e.g. the development of technology of composites with a continuous metallic or polymeric phase and an analysis of their properties.

19

Kompozyty ceramiczno-polimerowe stosowane na stałe wypełnienia stomatologiczne - wpływ cząstek wypełniacza na właściwości mechaniczne

Lewandowska M., Andrzejczuk M., Kurzydłowski K. J., Karaś J., Szafran M., Rokicki G.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 11

302-305

PL

Celem niniejszej pracy było opracowanie materiałów kompozytowych ceramiczno-polimerowych przeznaczonych na stałe wypełnienia stomatologiczne oraz badania wpływu rodzaju, ilości oraz wielkości ziarna wypełniacza ceramicznego na właściwości użytkowe kompozytu. Przedstawione wyniki badań pokazały możliwość uzyskania jednorodnych pod względem mikrostruktury i właściwości kompozytów ceramiczno-polimerowych z przeznaczeniem na stałe wypełnienia stomatologiczne. Wykazano wpływ udziału objętościowego oraz wielkości cząstek wypełniacza na ich właściwości, które dominuje nad wpływem składu chemicznego. Właściwości kompozytów wytworzonych były zbliżone do właściwości kompozytu dostępnego w handlu, co daje punkt wyjścia do dalszych prac nad wprowadzeniem oryginalnego polskiego materiału na wypełnienia stomatologiczne.

EN

Until quite lately, an amalgam was the main material used for permanent fillings in dentistry because of its good mechanical characteristics and good adhesion to the tooth tissue. However, its disadvantages e.g. toxicity of mercury vapour, high thermal conductivity, as well as unsatisfied colour of fillings, motivate to widespread investigations of new materials which could replace the amalgam. In the group of various materials the composites seems the most perspective. The aim of this work was to develop ceramic-polymer composites for permanent fillings in dentistry and in particular to study the influence of ceramic particles on their mechanical properties. Bis-GMA resin was used as polymer matrix. Ceramic glasses with different chemical compositions, shown in Table 1, were used as composite fillers. They differ in particle size distributions (Table 2), what is important in the context of their effect on mechanical properties of composites. Examples of the microstructures of the fabricated composites containing 60 vol.% of fillers are shown in Figure 1. They are homogenous that was confirmed also by the results of microhardness measurements. Microhardness distribution of the fabricated composite (Fig. 2) was similar to that of commercial composites. The mean values of microhardness of the composites with various fillers are shown in Figure 3. The composite with ceramic glass containing La2O3 has exhibited the highest microhardness. However, the chemical composition of the filler has a minor effect on material properties. The strong correlation between the microhardness and the size of particles (Fig. 4) and the microhardness and the volume fraction of filler particles (Fig. 5) have been found.

20

Właściwości kompozytów ceramiczno-polimerowych przeznaczonych na stałe wypełnienia stomatologiczne

Lewandowska M., Andrzejczuk M., Sikorski K., Kurzydłowski K. J.

Inżynieria Biomateriałów

|

2004

|

R. 7, nr 38-42

74-76

PL

W pracy wykonano badania szeregu kompozytów ceramiczno-polimerowych przeznaczonych na stałe wypełnienia stomatologiczne. Jako wypełniacz zastosowano szkło o średniej wielkości cząstek 5 mikrometrów oraz nanokrzemionkę o średniej wielkości cząstek 40 nanometrów. Stwierdzono, że nawet niewielkie ilości nanowypełniacza wpływają na podwyższenie właściwości mechanicznych kompozytów oraz ograniczenie skurczu polimeryzacyjnego.

EN

Series of ceramic-polymer composites used for permanent fillings were fabricated during this work. Ceramic glass, of the average particle size of a few mm, and nanosilica, of the average particle size of 40 nm, were used as fillers. It was found that even a small amount of the nanofiller increases the mechanical properties of the composites and reduces the polymerization shrinkage.