Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Calculation of phase-change boundary position in continuous casting

Ivanova A. A.

Archives of Foundry Engineering

|

2013

|

Vol. 13, iss. 4

57--62

EN

The problem of determination of the phase-change boundary position at the mathematical modeling of continuous ingot temperature field is considered. The description of the heat transfer process takes into account the dependence of the thermal physical characteristics on the temperature, so that the mathematical model is based on the nonlinear partial differential equations. The boundary position between liquid and solid phase is given by the temperatures equality condition and the Stefan condition for the two-dimensional case. The new method of calculation of the phase-change boundary position is proposed. This method based on the finite-differences with using explicit schemes and on the iteration method of solving of non-linear system equations. The proposed method of calculation is many times faster than the real time. So that it amenable to be used for model predictive control of continuous semifinished product solidification.

2

Effect of specific surface fraction of interphase boundaries on mechanical properties of ceramic-metal composites, obtained by pressure infiltration

Chabera P., Boczkowska A., Zych J., Oziębło A., Kurzydłowski K. J.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 3

202-207

EN

Ceramic-metal composites, obtained via pressure infiltration of porous ceramics Al2O3 by cast aluminium alloy EN AC-AlSi11 (AK11), were studied. As a result, composites of two interpenetrating phases are obtained. They are composed of 30 vol.% of ceramics. The pore sizes of the ceramic preforms varied from 150 to 500 μm. The results of the X-ray tomography proved very good infiltration of the pores by the metal. The residual porosity is approximately 9 vol. %. The obtained microstructure with percolation of the ceramic and metal phases gives the composites good mechanical properties together with the ability to absorb strain energy. Image analysis has been used to evaluate the specific surface fraction of the interphase boundaries (Sv). The presented results of the studies show the effect of the surface fraction of the interphase boundaries of ceramic-metals on the composite compressive strength, hardness and Young's modulus. In addition, the mechanical properties depend on the degree of infiltration. Compression tests for the obtained composites were carried out, and Young's modulus was measured by application of the DIC (Digital Image Correlation) method. Moreover, Brinell hardness tests were performed. The composites microstructure was studied using scanning electron microscopy (SEM). SEM investigations showed that the pores are almost fully filled by the aluminium alloy. The obtained results show that the infiltration method can be used to fabricate composites with percolation of the microstructure. However, the research is at its early stage and will be continued in the sphere of the characteristics of interphase boundaries.

PL

Przedmiotem badań były kompozyty ceramika-metal, otrzymywane w wyniku infiltracji porowatej ceramiki Al2O3 odlewniczym stopem EN AC-AlSi11 (AK11). W wyniku infiltracji ceramicznych kształtek powstają kompozyty o dwóch wzajemnie przenikających się fazach, przy czym udział objętościowy ceramiki stanowi ok. 30% objętości kompozytu. Makrostruktura kompozytu o perkolacji faz ceramiki i metalu nadaje mu zdolność do absorbowania energii. Przeprowadzone badania wykazały wpływ udziału granic międzyfazowych ceramika-metal na właściwości mechaniczne kompozytów. Poprzez zmianę wielkości porów w kształtkach ceramicznych infiltrowanych odlewniczymi stopami aluminium, zachowując przy tym stały udział porowatości otwartej, sterowano względną powierzchnią granic rozdziału ceramika-metal. Na wytrzymałość na ściskanie, twardość i moduł Younga oprócz udziału granic międzyfazowych wpływ ma także stopień przeinfiltrowania ceramiki metalem. Badania te mają charakter wstępny i będą kontynuowane w zakresie charakteryzacji granic rozdziału. Uzyskane wyniki dają możliwość uzyskania tą drogą nowych materiałów o właściwościach łączących pozytywne cechy składników kompozytu, w którym osnową jest tworzywo ceramiczne, a fazą wypełniającą pory metal

3

Alkalicznie aktywowane kompozytowe spoiwa mineralne. Granica kontaktowa pomiędzy stalą a stwardniałym zaczynem

Petri M.

Kompozyty

|

2010

|

R. 10, nr 3

276-281

PL

Alkaliczna aktywacja cementów mieszanych zawierających w swoim składzie żużel wielkopiecowy lub/i popiół lotny jest jedną z metod otrzymywania spoiw specjalnych. Podobnie jak w przypadku betonów tradycyjnych, budowa granicy międzyfazowej pomiędzy stwardniałym zaczynem a kruszywem lub stalą istotnie wpływa na własności otrzymanych z ich zastosowaniem zapraw i betonów. W prezentowanej pracy przedstawiono wyniki mikroskopowych obserwacji i mikroanaliz (SEM, EDS, BSE) strefy kontaktowej stal zbrojeniowa-stwardniały alkalicznie aktywowany zaczyn. Stwierdzono, że w przeciwieństwie do powszechnie przyjętych dla konwencjonalnych betonów modeli w badanej strefie kontaktowej nie zauważono występowania strefy o podwyższonej porowatości ani warstwy krystalicznego portlandytu. Na granicy stal-zaczyn stwierdzono występowanie zbitej mieszaniny faz C-S-H i N-A-S-H, wzbogaconych dodatkowo o jony żelaza, co może świadczyć o chemicznym charakterze tego połączenia. Badania mechaniczne (pull-out test) zdają się potwierdzać powyższą tezę.

EN

Alkaline activation of blended cements containing of slag or/and fly ash is one of the new methods of special binders production. Similarly as in the case of traditional concrete, the interfacial transition zone (ITZ) between cement paste and aggregate or steel strongly influences the mechanical and transport properties of mortar and concrete. This paper presents the results of a mechanical investigation (pull-out test) and microscopic observation of steel-hardened alkali activated cement paste (AAHCP) zone contact. In presented investigation, composite mineral binder consists of: 15% Portland cements CEM I 42, 5, 15% granulated blast furnace slag and 70% fly ash. As alkaline activator, sodium water glass with silicate modulus SiO2/Na2O = 1.5 were used. The two type of samples were prepared, the first for microscopic analyses of ITZ (AAHCP containing commercial steel fibers), and the second (for pull - out test) - concrete cubes (100x100x100) = 6.15 mm, a slight surface) anchorage in matrix. Fwith steel rods ( The steel rods were pulled out from concrete matrix with a displace constants displacement velocity 0.5 mm/min. Backscattered electron images (BSE) obtained by scanning electron microscope and EDS microanalyses were used to characterize the ITZ microstructure. Results obtained for the sodium water glass activated mineral composite binder shows, that in the opposite to steel-portland cement paste system, the zone of increased porosity and crystalline Ca(OH)2 layer was no observed. On the point of contact (steel-AAHCP) the dense mixed phase, C-S-H and N-A-S-H were identified. Also were observed the increase of amounts a Fe ions in described contact zone, especially on the binder hydration products side. It can suggest that connection of steel-AAHCP have a chemical character. The analyzing of stress-strain curves in the pulling out process of steel rods, from a concrete made of alkaline activated binder and compared PC concrete matrix confirms this thesis. In the case where AASC were used, the shear strength of the steel AAHCP bond were about twice more high than in the case of compared portland cement concrete.

4

On the character of matrix-reinforcing particle phase boundaries in MeC and MeB (Me= W, Zr, Ti, Nb, Ta) in-situ composites

Janas A., Kolbus A., Olejnik E.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2009

|

Vol. 54, iss. 2

319-327

EN

In metal matrix composites (MMCs), the character of the matrix-reinforcing particle phase boundaries has very important effect on the utilisation properties of these materials. For some composites like Al/TiC, Al/TiB2, Ni3Al/TiC, AlSi/SiC and Za27/NiAl, the properties of these phase boundaries were discussed in detail in study [1]. From this study it follows that during the in-situ composite synthesis by SHSB route, the solidification process results in the formation of large internal stresses, due to differences that have been observed to exist in the values of the coefficients of thermal expansion and elastic modulus between the matrix and reinforcing particles [2,3]. According to A. Mortensen [4], the differences in the thermal expansion that occur between the matrix and the reinforcing phase increase the density of dislocations in the structure, which may lead to the formation of microcracks. Besides these effects, alien phases, formed additionally in the process of composite synthesis, may appear at the phase boundaries. These are usually the undesired phases, weakening the bond that should exist between the matrix and the reinforcing particle. Both alien precipitates and the stresses have an important effect on the character of the phase boundaries and, indirectly, on the mechanical properties of composites fabricated by SHSB route [5,6,7]. The application of modern research methods, e.g. high-resolution electron microscopy (HREM), enables better understanding of the phenomena taking place at the matrix-reinforcing particle phase boundary. This study describes the investigations that have been carried out to prove the presence of internal stresses in the in situ composites. They are meant to complete the results presented in [1]. The main aim of the present study was to investigate the character of the matrix-ceramic particle phase boundary in, fabricated by the SHSB method, new composites from the group of the "in situ" materials, i.e. Ni3Al/WC, Ni3Al/ZrC, Ni3Al/NbC, Ni3Al/NbB [8] as well as Ni3Al/TaC and Ni3Al/TaB. Like in [1], also in this case, the techniques used in investigations included electron microscopy, scanning microscopy and X-ray microanalysis.

PL

Charakter granic międzyfazowych osnowa – cząstka w kompozytach metalowych typu MMCs ma zasadniczy wpływ na właściwości użytkowe tych materiałów. Charakter tych granic dla niektórych kompozytów: Al/TiC, Al/TiB2, Ni3Al/TiC, Al-Si/SiC oraz Za27/NiAl zostały szczegółowo przedstawione w pracy [1]. Wynika z niej, że przy syntezie kompozytów "in situ" metodą SHSB, po procesie krystalizacji, powstają duże naprężenia wewnętrzne wynikajace z różnic wartości współczynników rozszerzalności termicznej, oraz modułów sprężystości osnowy i cząstek wzmacniających [2,3]. Według A. Mortensena [4] to niedopasowanie rozszerzalności cieplnej pomiędzy osnową a umocnieniem jest przyczyną wzrostu gęstości dyslokacji w strukturze, co w następstwie może prowadzić do powstawania mikropeknięć. Oprócz tego na granicy rozdziału, mogą pojawiać się obce fazy, powstające dodatkowo w procesie syntezy kompozytu. Są to fazy zwykle niepożądane, osłabiające wiązanie osnowa -cząstka wzmacniająca. Zarówno obce wydzielenia jak i naprężenia mają decydujący wpływ na charakter granicy fazowej czyli pośrednio na właściwości mechaniczne otrzymywanych ta metoda kompozytów [5,6,7]. Zastosowanie nowoczesnych metod badawczych, m.in. wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej HREM, pozwala poznać opisane zjawiska na granicy międzyfazowej osnowa-cząstka wzmacniająca. W niniejszej pracy przedstawiono badania potwierdzające występowanie naprężeń wewnetrznych w kompozytach "in situ". Uzupełniają one wyniki badań prezentowanych w pracy [1]. Głównym celem prezentowanej pracy jest badanie charakteru granic osnowa – cząstka ceramiczna w wytworzonych metodą SHSB, innych, nowych materiałach kompozytowych, z grupy kompozytów "in situ" t.j. Ni3Al/WC, Ni3Al/ZrC, Ni3Al/NbC, Ni3Al/NbB [8] oraz Ni3Al/TaC i Ni3Al/TaB. Podobnie jak w pracy [1], do badań wykorzystano metody mikroskopii elektronowej, mikroskopii skaningowej i mikroanalizy rentgenowskiej.

5

On a shape-preserving thermodynamic optimization

Malakhov D. V.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2008

|

Vol. 53, iss. 4

1097-1106

EN

It is demonstrated that topological constraints can be used to control the sign of the curvature of phase boundaries and thus to preserve their shapes in the course of the thermodynamic optimization. In such a way, the unwanted or suspicious inflection points on the phase boundaries may be avoided.

PL

Wykazano, że zastosowanie pewnych ograniczeń matematycznych można zastosować do kontroli krzywizny granic mię-dzyfazowych w procesie optymalizacji. W ten sposób można uniknąć pojawiania się niepożądanych punktów przegięcia na granicach międzyfazowych.

6

Interphase boundary characterization in duplex steel and iron meteorites using EBSD technique

Nolze G.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2006

|

Vol. 51, iss. 1

15-22

EN

The properties of materials are mainly described by the orientation distribution of the crystalline phases in a material. Beside the so considered anisotropy also the grain as well as phase boundaries are of extreme importance for a whole string of properties, e.g. the strength of a material. On the example of the interface between fcc and bcc iron the discovered and derived models are discussed. Although the common models are based on the crystal lattice description, the atomic configuration on the interface is analysed. Since experimentally a wide spread of orientations data appears the consideration of the frequency distribution is proposed to find at least the main orientation relationship between fcc and bcc. High-indexed pole figures as well as the Euler subspace are introduced in order to increase the accuracy and to compare different measurements. For the sake of simplicity EBSD measurements on iron meteorites are used since they commonly consist of large fcc single crystals which transformed to a low and very specific number of bcc grains. In special cases the described procedure could also be used for steels.

PL

Opis właściwosci materiałów można oprzeć o rozkłady orientacji krystalików różnych faz w przestrzeni próbki. Z rozkładów orientacji można uzyskać informacje o granicach ziarn oraz granicach międzyfazowych, które mają istotny wpływ na szereg właściwosśi materiału (np. wytrzymałość). Opracowane modele są dyskutowane na przykładzie granic międzyfazowych między żelazem α i γ. Analizowane są konfiguracje atomów w obszarze granicy międzyfazowej. Dla znalezienia głównej zależności krystalograficznej między α i γ analizowano rozkłady częstości orientacji. Aby poprawić dokładność pomiaru, a także, aby móc porównywac wyniki z różnych pomiarów wykorzystywano wysoko-indeksowane figury biegunowe oraz przestrzeń kątów Euler’a. Do badań żelaznych meteorytów, które składają się zwykle z dużych kryształów γ i małej liczby ziarn α, zastosowano pomiary EBSD. Podobna procedura pozostała użyta do badań stali duplex.

7

Wpływ powłoki TiO2 nałożonej na podłoże z tlenku glinu na zwilżalność i właściwości mechaniczne połączenia w układzie Al/Al2O3

Książek M., Sobczak N., Mikułowski B., Radziwiłł W., Wójcik M.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2004

|

Vol. 24, nr 1 sp

137-146

PL

Zbadano wpływ cienkiej powłoki TiOi (o grubości 800 nm) naniesionej na podłoże z tlenku glinu (metodą PVD) na zwilżalność, strukturą i właściwości mechaniczne połączenia w układzie Al/Al(2)O(3) Metodą kropli leżącej zbadano kinetyką zwilżania podłoża z powłoką przez ciekłe Al (99,9999%) w zakresie temperatury 1023-1373 K w warunkach próżni dynamicznej około 0,2 mPa. Badania oddziaływania w układzie Al/TiO(2)/Al(2)O(3) wykazały, że nałożenie cienkiej warstwy TiOi na podłoże z tlenku glinu nie polepsza zwilżalności w układzie Al/Al2O3. Natomiast wyniki pomiaru wytrzymałości połączenia metodą ścinania próbek po badaniach zwilżalności świadczą o pozytywnym wpływie powłoki TiOi na wytrzymałość połączenia uzyskanego w wyższej temperaturze. Badania strukturalne próbek w układzie Al/TiO(2)/Al(2))(3) wykazały rozpuszczanie pokrycia TiO(2) w Al w temperaturze powyżej 1023 K i formowanie struktury granicy rozdziału odpowiadającej wiqkszej wytrzymałości na ścinanie w porównaniu z układem typu Al/Al(2)O(3). Badania oddziaływania tlenku glinu z nałożoną powłoką TiO2 z ciekłym Al w powiązaniu z pomiarem wytrzymałości połączenia wskazują, że powłoka TiO2 skutecznie poprawia mechaniczne właściwości materiałów typu aluminium-tlenek glinu.

EN

The subject of the work was to study the effect of TiOi thin film on alumina substrates on wetting and bond strength properties in Al/Al(2)O(3)couples. Applying the sessile drop method, the wetting behaviour of molten Al (99.9999%) on coated alumina substrates was studied at a temperature of 1023-1323 K under a vacuum of 0.2 mPa. The sessile drop samples were used to examine the structure and mechanical properties of Al/Al(2)O(3) interfaces using special procedure. The comparison data for coated and uncoated substrates show that the TiOi layer of 800 nm thickness does not improve wettability of alumina by molten aluminium. The shear strength results show positive effect of TiO2 thin film on the bond strength properties of Al/Al(2)O(3) joints obtained at higher temperature. The structure characterization of interface by means of optical, SEM and TEM suggests dissolution of the TiOi layer in the molten Al and formation structure and chemistry of interface corresponding to higher shear strength.

8

Strukturalne podstawy inżynierii granic międzykrystalicznych

Świątnicki W.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

z. 16

3--127

PL

Praca dotyczy strukturalnych podstaw kształtowania właściwości materiałów metodami inżynierii granic międzykrystalicznych (IGM). Podstawowym celem pracy było wykazanie, że oddziałując na strukturę krystalograficzną oraz na defekty granic międzykrystalicznych, można sterować właściwościami granic, a w konsekwencji kształtować makroskopowe właściwości materiałów. Dokonano krytycznego przeglądu strukturalnych kryteriów granic o niskiej energii i specjalnych właściwościach, które mogą być wykorzystane do opracowania metod IGM. W pracy pokazano, że za pomocą określonych kryteriów strukturalnych można kształtować zarówno właściwości granic ziaren, jak i granic międzyfazowych. Możliwość projektowania właściwości granic międzyfazowych w oparciu o kryteria strukturalne stwarza nowe perspektywy rozwoju IGM w stosunku do materiałów dwu- i wielofazowych. Stwierdzono jednocześnie, że bardzo silny wpływ na właściwości granic mają ich defekty. Dla ułatwienia projektowania struktury i właściwości granic wprowadzono nowe pojęcie mikrostruktury granic, które obejmuje zbiór wszelkiego rodzaju defektów granic międzykrystalicznych. Wykazano, że sterując strukturą granic lub ich mikrostrukturą można zmienić rozkład właściwości całej populacji granic występujących w materiale. Metody IGM mogą zatem opierać się zarówno na modyfikacji struktury granic, jak i ich mikrostruktury, które to czynniki są wzajemnie zależne. Stwierdzono, że czynniki te determinują rodzaj i kinetykę procesów zachodzących na granicach pod wpływem bodźców zewnętrznych. Sumaryczny efekt procesów mikrostrukturalnych zachodzących na granicach i procesów zachodzących w ziarnach oraz oddziaływanie defektów sieciowych z granicami, determinują makroskopową reakcję materiału na przyłożone bodźce. Badania prowadzono na różnego typu materiałach: bikryształach niklu, fazie międzymetalicznej Ni3AI, materiałach ceramicznych (A1203 i YBa2Cu307.) oraz dwufazowej stali austenityczno-ferrytycznej. Jednym z osiągnięć jest opracowanie oryginalnej technologii, która pozwala sterować rozkładem struktur i właściwości granic między fazowych w stali austenityczno-ferrytycznej. Stwierdzono, że zmiana tego rozkładu prowadzi do znaczącej zmiany właściwości mechanicznych tej stali. Wykazano, że metody IGM mogą być stosowane również do kształtowania właściwości fizycznych materiałów. Potwierdza to, że inżynieria granic międzykrystalicznych może być wykorzystana do optymalizacji właściwości, zarówno materiałów konstrukcyjnych, jak i funkcjonalych. Uzyskane wyniki pozwoliły również na sformułowanie dalszych kierunków rozwoju granic międzykrystalicznych.

EN

This study is concerned with the structural foundations of interface engineering (lE). The primary aim of the study was to show that, by controlling the crystallographic structure and the interfacial defects, we can control the interface properties and thereby modify the macroscopic properties of the materials. A critical review is presented of the structural criteria that define the interfaces of low energy and special properties. These criteria can be utilized in designing the IE methods. It has been shown that, based on certain structural criteria, we can modify the properties of grain boundaries and also of the interphase boundaries. The modification of the properties of interphase boundaries is very important since it offers new possibilities of developing the JE methods that will be suitable for handling two- and multi-phase materials. It has also been found that the properties of the boundaries are strongly affected by the interfacial defects. On this basis, a new concept of the interfacial microstructure has been introduced, which comprises a set of all the types of interfacial defects. It has been shown that by controlling the interface structure or microstructure we can modify the distribution function of the properties of the whole population of interfaces. The JE methods might thus consist of the modification of the interface structure or microstructure, which, as a matter of fact, are mutually dependent. It has appeared that both the structure and the microstructure of the interfaces determine the kind and kinetics of the processes that proceed at the interfaces as a result of external solicitations acting upon them. The resultant effect of these processes and of those proceeding within the grains together with the interactions between the lattice defects and the interfaces determine the macroscopic reaction of the material to the solicitations applied to it. The investigations were carried out on the materials of various types: nickeI bicrystals, Ni3AI intermetallic compound, Alz03 and YBaZCu307-x ceramics, and two-phase austenitic-ferritic steel. One of the achievements of the study is the development of an original technology that permits controlling the distribution function of the interphase boundary structures and their properties in austenitic-ferritic steel. It has been found that a change of this function leads to a substantial modification of the mechanical properties of this steel. The JE methods appeared to be suitable also for modifying the physical properties of materials. This confirms the thesis that interface engineering can be utilized for the optimization of the properties of structural as well as functional materials. In addition, the results obtained permitted us to lay out the lines of further development of interface engineering.

9

Wpływ modyfikacji powierzchni tlenku glinu na zwilżalność i wytrzymałość połączenia w układzie Cu/AL203

Książek M., Sobczak N., Mikułowski B., Radziwiłł W., Wójcik M.

Odlewnictwo - Nauka i Praktyka

|

2003

|

R. 5, nr 1

4-9

PL

Przeprowadzono badania wpływu cienkiej warstwy Ti o grubości 800 nm, naniesionej na podłoże z tlenku glinu (metodą PVD) na zwilżalność i własności mechaniczne połączenia w układzie Cu/Al2O3. Metodą kropli leżącej przeprowadzono badania porównawcze kinetyki zwilżania podłoża z pokryciem i bez pokrycia przez ciekłą Cu (99,99%) w temperaturze 1373 K i 1423 K, w warunkach próżni dynamicznej rzędu 0,2 mPa. Badania oddziaływania w układzie Cu/Ti/Al2O3 wykazały, że modyfikacja powierzchni podłoża tlenku glinu tytanem polepsza zwilżalność w układzie Cu/Al2O3. Pomiar wytrzymałości połączenia przeprowadzono metodą ścinania próbek po badaniach zwilżalności, wykorzystując własną metodykę. Wyniki próby ścinania wykazały, że istnieje wyraźna zależność wytrzymałości na ścinanie od temperatury i kąta zwilżania tylko w układzie miedź-pokrycie-tlenek glinu, tj. niższej wartości kąta zwilżania odpowiada wyższa wartość wytrzymałości na ścinanie. Badania strukturalne w układzie Cu/Ti/Al2O3 wykonane metodą mikroskopii optycznej oraz skaningowej wykazały rozpuszczanie pokrycia Ti w Cu i formowanie struktury granicy rozdziału, odpowiadającej wyższej wytrzymałości na ścinanie w porównaniu do układu typu Cu/Al2O3. Przeprowadzone badania oddziaływania tlenku glinu z nałożoną warstwą tytanu z ciekłą Cu w powiązaniu z pomiarem wytrzymałości połączenia pozwoliły na ustalenie optymalnych parametrów dla procesu wytwarzania połączeń metal-ceramika o żądanej strukturze i własnościach mechanicznych.

EN

The subject of the work was to study the effect of Ti thin film on alumina substrates on wetting and bond strength properties in Cu/Al2O3 couples. Applying the sessile drop method, the wetting behaviour of molten Cu (99,99%) on coated and uncoated alumina substrates was studied at 1373 K and 1423 K under a vacuum of 0.2 mPa. The sessile drop samples were used to examine the interface structure and shear strength. The Ti layer of 800 nm thickness improves the wetting properties in Cu/Al2O3 and for all couples the temperature increase results in lower values of contact angle. The shear test demonstrates different wetting-bond strength relationship for coated and uncoated couples. Contrary to Cu/Ti/Al2O3, in Cu/Al2O3 couples higher shear strength was noted for higher contact angle, corresponding to lower temperature of wettability test. The structure characterisation of interfaces by means of optical microscopy and electron microscopy equipped with spectrometric system for microanalysis of chemical composition suggests that positive effect of Ti layer on the improvement of both wetting and bond strength properties in Cu/Al2O3 system results from a favourable change of structure and chemistry of the interface.

10

Sterowanie strukturą granicy międzyfazowej spoin materiałów różnoimiennych

Senkara J.

Przegląd Spawalnictwa

|

2002

|

R. 74, nr 8-10

87-89

11

Otrzymywanie ferroelektrycznych mikrokryształów PbTiO3 i niektóre ich właściwości

Fesenko E.G., Gavrilyachenko V.G., Komarov V.D., Leyderman A., Surowiak Z.

Archiwum Nauki o Materiałach

|

2002

|

T. 23, nr 4

311-336

PL

Opracowano metodę otrzymywania mikrokryształów PbTiO3 o rozmiarach od 5 do 50 mikrometrów i formach izometrycznych oraz metodę rozdzielania krystalicznego proszku na frakcje o zbliżonych rozmiarach ziarn. Badano przemiany fazowe Pm3m<->P4mm i formowanie się struktury domenowej w izometrycznych mikrokryształach PbTiO3 o różnych rozmiarach. Przemiana fazowa charakteryzuje się dużą prędkością pojedynczej płaskiej granicy międzyfazowej typu {023}. Stwierdzono występowanie efektu rozmiarowego polegającego na tym, że w kryształach o rozmiarach mniejszych od rozmiaru krytycznego (rcr=20 mikrometrów) zanika proces formowania się 90 stopniowych domen i zgodnie z teorią fenomenologiczną Landaua dwukrotnie zwiększa się histereza temperaturowa przemiany fazowej. Niezależnie od rozmiarów mikrokryształów zawsze formują się w nich 180 stopniowe domeny, minimalizujące energię pola elektrycznego przy przejściu fazowym.

EN

The method of obtaining of PbTiO3 micro-crystals of the size within 5-50 micrometers and of the isometric shape has been developed. A method of crystalline powder separation into fractions with dose grain dimension has also been worked out. Phase transitions of Pm3m<->P4mm and formation of domain structure in isometric PbTiO3 micro-crystals with different size have been investigated. The phase transition exhibits high velocity of a {023}-type singular plane phase boundary. It has been found that the process of formation of 90 degrees-domains decays in crystals exhibiting a smaller size than critical dimension (rcr=20 micrometers). It has been proved that in such a case of the effect of the thermal hysteresis of the phase transition is twice as high as the one resulting from the Landau phenomenological theory. Regardless of the size of the microcrystals, 180 degrees-domains were always formed, reducing energy of the electric field during phase transition.

12

Surface electrical effects at the oxygen/zirconia interface during oxidation

Bąk T., Nowotny J., Rękas M., Sorrell C. C.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Chemistry

|

2001

|

Vol. 49, No. 1

67-73

EN

This paper describes application of a high temperature Kelvin probe (HTKP) for studies of the outermost surface layer of materials and related charge transfers (at or in this layer) at elevated temperatures in the gas phase of controlled composition. Specifically, the paper considers application of the HTKP for surface monitoring of yttria-stabilized zirconia (10Y—ZrO(2) during isothermal oxidation at 1073 and 1173 K. The obtained work function (WF) data are discussed in terms of oxygen reactivity with zirconia involving (i) oxygen chemisorption and (ii) oxygen incorporation into the outermost surface layer.

13

Wpływ modyfikacji powierzchni tlenku glinu na zwilżalność i wytrzymałość połączenia w układzie Al/Al2O3

Książek M., Sobczak N., Mikułowski B., Radziwiłł W., Surowiak I., Wójcik M.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2001

|

Vol. 21, Nr spec

103-112

PL

Badano wpływ cienkiej warstwy Ti o grubości 800 nm, naniesionej na podłoże z tlenku glinu (metodą PVD), na zwilżalność i właściwości mechaniczne połączenia w układzie Al/Al(2)O(3). Metodą kropli leżącej przeprowadzono badania porównawcze kinetyki zwilżania podłoża z pokryciem i bez pokrycia przez ciekłe Al (99,9999%) w zakresie temperatury 953-1123 K, w warunkach próżni dynamicznej 0,2 mPa. Badania oddziaływania w układzie Al/Ti/Al2O3 wykazały, że mody-fikacja powierzchni podłoża tlenku glinu tytanem polepsza zwilżalność w układzie A1/A12O3. Wytrzymałość połączenia mierzono metodą ścinania próbek po badaniach zwilżalności z użyciem własnej metodyki. Wyniki próby ścinania wykazały, że istnieje wyraźna zależność wytrzymałości na ścinanie od temperatury i kąta zwilżania w układzie aluminium-pokrycie-tlenek glinu, tj. mniejszej wartości kąta zwilżania odpowiada większa wartość wytrzymałości na ścinanie. Badania strukturalne w układzie Al/Ti/Al(2)O(3), wykonane metodą mikroskopii optycznej i skaningowej, wykazały rozpuszczanie pokrycia Ti w ciekłym Al i formowanie struktury granicy rozdziału od-powiadającej większej wytrzymałości na ścinanie w porównaniu z układem typu Al/Al(2)O(3). Badania oddziaływania tlenku glinu z nałożoną warstwą tytanu z ciekłym Al w powiązaniu z pomiarem wytrzymałości połączenia pozwoliły na ustalenie optymalnych parametrów procesu wytwarzania połączeń metal-ceramika o żądanej strukturze i właściwościach mechanicznych.

EN

The subject of the work was to study the effect of Ti thin film on alumina substrates on wetting and bond strength properties in Al/Al2O3 couples. Applying the sessile drop method, the wetting behaviour of molten Al (99,9999%) on coated and uncoated alumina substrates was studied at a temperature of 953-1123 K under a vacuum of 0,2 mPa. The sessile drop samples were used to examine the structure and mechanical properties of Al/Al2O3 interfaces using special procedure. The comparison data for coated and uncoated substrates show that the Ti layer of 800 nm thickness improves wettability of alumina by molten aluminium. The shear strength results clearly demonstrate that the mechanical properties of both Al/Al2O3 and Al/Ti/Al2O3 systems strongly depend on their wetting properties, i.e. the lower is the contact angle, the higher is the value of shear strength.

14

Charakterystyka zjawiska segregacji na granicach międzyfazowych przy użyciu analitycznej mikroskopii elektronowej.

Zięba P.

Inżynieria Materiałowa

|

2000

|

R. XXI, nr 1

7-17

PL

W pracy przedstawiono potencjał i możliwości badawcze techniki analitycznej mikroskopii elektronowej (AEM) w odniesieniu do określenia wielkości i zakresu segregacji pierwiastków na granicach międzyfazowych. Analizie poddano przydatność obu sposobów uzyskania informacji o zmianie składu chemicznego, a mianowicie na podstawie spektrometrii strat energii elektronów oraz spektroskopii promieniowania X z dyspersją energii (EDX). W dalszej części skoncentrowano się na technice EDX dokonując oceny wpływu poszczególnych parametrów instrumentalnych i materiałowych na wynik analizy, określając wielkości maksymalnej zdolności rozdzielczej poprzecznej. Wewnętrzne ograniczenia EDX powodują, że w przypadku segregacji równowagowej niezbędne jest zastosowanie metod rozplatania (dekonwolucji), aby uzyskać rzeczywistą wartość segregacji pierwiastka na granicy międzyfazowej. Potencjał i możliwości techniki EDX pokazano na podstawie przykładów analiz segregacji związanej z następującymi zjawiskami na granicach ziaren: tworzeniem się tzw. strefy gorącej w stali austenitycznej, z uwrażliwieniem stali bezwęglowej stosowanej w przemyśle nuklearnym, powstawaniem strefy wolnej od wydzieleń w stopach metali nieżelaznych. Ponadto pokazano na przykładzie przemiany nieciągłej, austenit-ferryt, bainitycznej, że uzyskanie informacji o sposobie redystrybucji drugiego składnika na froncie tych przemian pozwala zidentyfikować czynnik rządzący mechanizmem i kinetyką. Wreszcie udokumentowane zostało zastosowanie techniki analitycznej mikroskopii elektronowej do wyznaczenia wartości współczynników dyfuzji objętościowej w materiałach i temperaturach, gdzie metoda atomów znaczonych nie dała oczekiwanych efektów, a także do znalezienia położenia charakterystycznych linii dla układów równowagi fazowej. W powiązaniu z AEM przedstawione zostały dwie komplementarne techniki badawcze: spektroskopia elektronów Augera oraz spektroskopia masowa jonów pierwotnych. Zwłaszcza ta ostatnia stanowi znakomite narzędzie do oceny stopnia segregacji na granicach międzyfazowych, co zostało zobrazowane odpowiednimi przykładami.

EN

The paper reviews the potential and capabilities of the analytical electron microscopy (AEM) for the study of the magnitude and extent of the intefacial segregation. At the beginning, the principles of both methods of the chemical analysis associated with AEM were presented, that is energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and electron energy loss spectroscopy. Further consideration was focused on the technique of the EDX showing influence of the instrumental and material parameters on the maximum spatial resolution. The limitation of the EDX technique requires in the case of the equilibrium segregation, the use of the deconvolution procedures in order to obtain true solute concentration from that which was measured during EDX analysis. The capabilities of the EDX were shown based on the following examples: heat-affected zone cracking of austenitic Fe-Ni-Cr steel, sensitization of the Fe-Cr-Ni-Mo stainless steel, formation of the precipitate free zone in nonferrous alloys. Additionally, the information on the redistribution of the solute atoms at the reaction front of the discontinuous precipitation, austenit-ferrite transition, bainitic transformation allows to determine the factor governing the mechanism and kinetics of those phase transformations. The application of AEM for the determination of the volume diffusion coefficient and for the location of tie lines on the equilibrium phase diagrams was also documented. Other techniques like Auger spectroscopy, and atom probe field ion microscopy were briefly presented as useful and complementary in the interfacial chemistry analysis.