Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

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.

2

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.

3

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.

4

Kompozyty ceramiczne jako pełne wykorzystanie zalet ceramiki

Prochoń M., Biernacka A., Witczak M.

Eliksir

|

2017

|

nr 1

15--16

5

Wpływ parametrów mielenia wysokoenergetycznego na właściwości proszków kompozytowych aluminiowo-ceramicznych

Witkowska A., Pawlik T., Michalik D., Sopicka-Lizer M.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 4

166--175

PL

Drobnoziarniste kompozyty na osnowie aluminium i jego stopów wzmacniane cząstkami ceramicznymi, stanowiące alternatywę dla kompozytów otrzymywanych metodami odlewniczymi, charakteryzuje submikroskopowy stopień rozdrobnienia i wysoka reaktywność. Celem prezentowanych badań było określenie wpływu parametrów mielenia w młynie planetarnym na powstawanie i właściwości proszku kompozytowego składającego się z siluminu, azotku krzemu i węgla szklistego. Analizowane parametry mielenia to: czas mielenia, prędkość obrotowa, średnica mielników, materiał wyłożenia oraz średnica misy mielącej. Zastosowano metody badawcze umożliwiające określenie rozkładu ziarnowego proszku kompozytowego, powierzchni właściwej, zawartości tlenu w proszku metalicznym i w azotku krzemu oraz składu fazowego. Przeprowadzone analizy wykazały zróżnicowany wpływ parametrów na efekt rozdrobnienia i właściwości rozdrobnionego materiału. Wysokoenergetyczne mielenie wieloskładnikowego proszku kompozytowego wywołuje reakcje chemiczne między składnikami proszku i aglomerację rozdrobnionych cząstek, których intensywność zależy od analizowanych parametrów mielenia. Analogiczne mielenie jednoskładnikowego proszku siluminowego dało odmienne wyniki.

EN

Fine-grained composites based on an aluminum matrix or its alloys, reinforced with submicron ceramic particles obtained by the powder metallurgy method are an alternative to the composites obtained by casting method and they can provide the submicrometer scale of reinforcement distribution. The aim of this study was to determine the impact of the milling parameters in a planetary mill on the formation and properties of the composite powder consisting of silumin, silicon nitride and glassy carbon. The analyzed parameters of milling are: the time of milling, the rotational speed, the diameter of the grinding media, the jar lining material and the diameter of the grinding bowl. Research methods enabling to determine the particle size distribution of the composite powder, the specific surface area, oxygen content in both, the metallic and silicon nitride powder, as well as phase composition changes induced by high-energy milling, were applied. The obtained results revealed a varying impact of milling parameters on the refining effect and on the properties of particulate material. High energy milling of the multi-component composite powder induced chemical reactions between the powder particles of various chemical composition and agglomeration of fine particles, with various intensity depending on the analyzed grinding parameters. Analogous milling of the sole silumin powder without ceramic reinforcement gave different results.

6

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.

7

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.

8

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].

9

Activated ceramic composite materials used for elimination of particles imitating viruses from water

Zalewska M., Bobryk E., Pędzikiewicz A., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 1

21-25

EN

The paper presents the preliminary results of research on the surface modification of ceramic composite materials. This modification can be done by introducing particles of ceramic powders with a high value point of zero charge. The functioning of the new membranes can be described as electrostatic adsorption of particles imitating viruses onto an oppositely charged filter surface. The purpose of this study was to design ceramic composite materials with active layers. The first stage of this study was to shape porous ceramic composite materials by pressing by means of a hydraulic press at the pressure of 30 MPa. In the next stage, a way of obtaining an active layer of the filter and an impregnation method were designed. In the research diatomaceous earth and bentonite were used while polyvinyl alcohol was the binder. The samples prepared during the study were subjected to impregnation with magnesium acetate. In the study, polymer dispersions with negative electrokinetic potential - Rokryl SW 4025 and SW 115 - were used to stimulate the process of filtration. The properties of the sintered samples - tensile strength, open porosity and pore diameter distribution were investigated. The microstructure of the obtained samples was examined using a scanning electron microscope. The zeta potentials of the obtained ceramic composite materials with active layers and polymer dispersions were established using a zeta potential analyzer. On the basis of the measurements and filtration test in which polymer dispersion simulated viruses in water, it was discovered that the modification of ceramic materials surfaces gives good results. In the samples, the particles of polymer dispersions were attracted to the walls of the filter. The permeates after being filtrated through the impregnated samples become transparent. MgO, which was obtained on the surface of the ceramic composite, plays the role of promoter in the process of the adsorption of negatively charged particles imitating viruses.

PL

W wodzie występuje wiele zanieczyszczeń mających znaczący wpływ na zdrowie człowieka. Dużym problemem w procesie oczyszczania są występujące w wodzie wirusy, co jest związane głównie z ich niewielkim rozmiarem (na ogół w zakresie od 20 do 120 nm). Filtry najnowszej generacji pozwalają zatrzymywać wirusy na zasadzie adsorpcji elektrostatycznej. Charakteryzują się one dużymi porami, co pozwala uniknąć problemu blokowania porów, który jest dość kłopotliwy przy stosowaniu wcześniejszych metod. W ramach pracy przedstawiono wyniki badań nad modyfikacją powierzchni ceramicznych materiałów kompozytowych. Jednym ze sposobów modyfikacji jest wprowadzenie na ich powierzchnię cząstek proszków ceramicznych o wysokiej wartości pH punktu zerowego ładunku. Celem niniejszej pracy było zaprojektowanie ceramicznych materiałów kompozytowych o aktywnych warstwach z tlenku magnezu. Pierwszym etapem badań było wykonanie ceramicznych materiałów kompozytowych poprzez prasowanie. W kolejnym etapie opracowano sposób otrzymywania aktywnej warstwy na powierzchni filtra, a także przeprowadzono symulację procesu filtracji w zaprojektowanym układzie filtracyjnym przy zastosowaniu dyspersji polimerowych odznaczających się wielkością cząstek zbliżoną do wielkości wirusów oraz ładunkiem ujemnym w całych zakresie pH podobnie jak to jest w przypadku wirusów. W celu otrzymania ceramicznych tworzyw porowatych zastosowano ziemię okrzemkową o gęstości 2,34 g/cm3 oraz bentonit firmy ZGM Zębiec o gęstości 2,39 g/cm3. Jako spoiwo zastosowano 10% wodny roztwór poli(alkoholu winylu) o masie cząsteczkowej 67 000 i stopniu hydrolizy wynoszącym 88%. Do otrzymania aktywnej warstwy filtracyjnej zastosowano octan magnezu. Do badań symulacji procesu filtracji użyto 10% wag. roztworu dyspersji polimerowej Rokryl SW 4025 i SW 115 o ujemnym potencjale zeta z całym zakresie pH. Wykonane w pracy badania obejmowały swoim zakresem pomiary charakteryzujące proszki ceramiczne, jak również pomiary parametrów fizycznych i mechanicznych formowanych kształtek po procesie spiekania, przy zastosowaniu różnych ilości spoiw oraz o różnych masach cząsteczkowych. Wykonano pomiary wytrzymałości na rozciąganie, porowatości otwartej i porozymetrii rtęciowej kształtek po procesie spiekania. Kształtki poddano również badaniu mikrostruktury. Obserwacje wykonano przy użyciu elektronowego mikroskopu skaningowego. Na podstawie przeprowadzonych badań można wstępnie stwierdzić, że opracowane w ramach pracy filtry mogą z dużym powodzeniem znaleźć zastosowanie w procesie usuwania wirusów z wody. Aktywne warstwy tlenku magnezu powstałe na powierzchni kompozytowych kształtek ceramicznych skutecznie zatrzymują ujemnie naładowane cząstki dyspersji polimerowych imitujących cząstki wirusów w wodzie.

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

Targety ceramiczne na bazie tlenku cyrkonu do otrzymywania nanokrystalicznych żaroodpornych i żarowytrzymałych powłok

Biesiada K., Kostecki M., Olszyna A.

Problemy Eksploatacji

|

2007

|

nr 1

35-43

PL

Technologia ceramicznych barier termicznych (TBC) oparta jest głównie na materiałach z jedną barierą termiczną w postaci 7YSZ. Wysoka zawartość Y2O3 zapewnia wysoką stabilność fazową tworzywa YSZ. Niemniej poszukiwania alternatywnych materiałów na TBC prowadzone są najczęściej w kierunku modyfikacji tlenku cyrkonu. Osiągnięcie tego celu umożliwia zastosowanie proszku ZrO2 stabilizowanego Y2O3 i domieszkowanego tlenkami La, Gd i Nd. W pracy przedstawiono badania nad wytworzeniem katodowego targetu ceramicznego na bazie tlenku cyrkonu do otrzymywania metodami PVD nanokrystalicznych żaroodpornych i żarowytrzymałych powłok TBC, charakteryzującego się dużą gęstością (bliską gęstości teoretycznej) oraz jednorodną budową strukturalną i chemiczną.

EN

Thermal barrier ceramics (TBCs) has chiefly been produced in the 7YSZ form with the single thermal barrier. The high content of Y2O3 in the YSZ materials ensures their good phase stability. Nevertheless, investigastions aimed at finding alternative TBC materials are most often directed towards the zirconium oxide ZrO2 modified by various methods. Attempts have been made with a ZrO2 powder stabilized with Y2O3 and doped with La, Gd and Nd oxides. The present study was concerned with the fabrication of a cathodic zirconium oxide based ceramic target using the PVD methods, with the aim of producing nanocrystalline TBC coatings resistant to heat high density (close to the theoretical value), and is homogeneous in both the structural and chemical terms.

15

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.

16

Otrzymywanie gradientowych kompozytów ceramicznych tlenek/tytanian glinu

Ruziewicz T.

Prace Naukowe Instytutu Podstaw Elektrotechniki i Elektrotechnologii Politechniki Wrocławskiej. Konferencje

|

2003

|

Vol. 38, nr 13

327-330

PL

Opracowano ceramiczne kompozyty tlenek glinu/tytanian glinu o strukturze gradientowej, w których zawartość tytanianu glinu stopniowo maleje od powierzchni kompozytu ku jego wnętrzu a tlenku glinu wzrasta. Kompozyty te otrzymywano metodą infiltracji porowatych matryc z Al2O3 alkoholanami tytanu. Stosowano różne cykle infiltracji, po której zawarty w porach alkoholan poddawano procesowi zol-żel, pirolizowano i wypalano w wysokiej temperaturze przy której zachodziła synteza tytanianu glinu i spieczenie tworzywa. Rozkład faz krystalicznych AL2O3 i Al2TiO5 w objętości próbek kompozytów badano jakościowo i ilościowo metodami dyfrakcji rentgenowskiej.

EN

Titanium alkoxides were infiltrated into the porous alumina matrix at different conditions for different limes. After sol-gel process the infiitered medium was pyrolized and aluminium titanate was synthesized by the sintering at 1600 deg C.The gradient of crystal phases in the volume of composite samples was investigated using X-ray diffraction methods.

17

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.

18

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.

19

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.

20

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.