Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Fabrication of Al2O3-Ni graded composites by centrifugal casting in an ultracentrifuge

Zygmuntowicz J., Zielant D., Suchecki P., Konopka K., Kaszuwara W.

Composites Theory and Practice

|

2018

|

R. 18, nr 3

174--179

EN

The work explored the possibility of producing Al2O3-Ni gradient composites using non-absorbent molds in a high-speed centrifuge. As a result of the centrifugal force, the mass was compacted and the solvent was separated from the solid part. The influence of rotational speed and the change in the solid phase content in the slurry on the obtained microstructure of the composites was investigated. The produced composites were characterized on the basis of macroscopic observations of the obtained samples immediately after the casting process (green body) and after the sintering process. To determine the gradient of the metallic phase, the observations were made on cross sections of the samples. Densification of the sinters was determined by the Archimedes method. The obtained results showed that using an appropriate correlation of technological parameters, i.e. rotational speed and solid phase content in the slurry, enables the fabrication of Al2O3-Ni composites with a microstructure gradient by the centrifugal casting method using non-absorbent forms. It was found that with an increase in the solid phase content in the mass, a clear boundary is formed which separates the area containing only ceramic (Al2O3) and metallic (Ni) particles.

PL

W ramach pracy zbadano możliwość wytwarzania kompozytów gradientowych Al2O3-Ni z zastosowaniem form nienasiąkliwych. W tym celu zastosowano wirówkę wysokoobrotową. W wyniku działania siły odśrodkowej nastąpiło zagęszczenie masy poprzez odseparowanie rozpuszczalnika od części stałej. Zbadano wpływ prędkości obrotowej oraz zmianę zawartości fazy stałej w masie lejnej na uzyskaną mikrostrukturę kompozytów. Wytworzone kompozyty scharakteryzowano na podstawie obserwacji makroskopowych uzyskanych próbek bezpośrednio po procesie odlewania, jak również po procesie spiekania. Przeprowadzono obserwacje wzdłuż przekroju poprzecznego próbek w celu określenia gradientu rozmieszczenia fazy metalicznej. Zagęszczenie spieków oceniono poprzez pomiar gęstości metodą Archimedesa. Uzyskane rezultaty pokazały, że zastosowanie odpowiedniej kombinacji parametrów technologicznych, tj. szybkości obrotowej oraz zawartości fazy stałej w masie lejnej, umożliwia wytworzenie metodą odlewania odśrodkowego, przy użyciu form nienasiąkliwych, kompozytów Al2O3-Ni z gradientem mikrostruktury. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości fazy stałej w masie lejnej powstaje wyraźna granica rozdzielająca obszar zawierający cząstki ceramiczne (Al2O3) oraz metaliczne (Ni).

2

Characterization of zirconia composites with nickel particles

Zygmuntowicz J., Miazga A., Łoś J., Konopka K.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 2

109--113

EN

The aim of this paper was to characterize the microstructure and selected properties of Ni-3YSZ composites. The composites were prepared from a powder mixture containing 90 vol.% ZrO2 and 10 vol.% nickel powder. In the experiments the following powders were used: ZrO2 powder stabilized by 3 mol% Y2O3 from TOSOH ZIRCONIA 3YSZ of an average particle size less than 100 nm and density 6.05 g/cm3 and Ni powder from Sigma-Aldrich of an average particle size 1.5 µm and density 8.9 g/cm3. The samples were formed by uniaxial pressing. Two series of samples were fabricated with different sintering temperatures: series I was sintered at 1400°C and series II was sintered at 1600°C. The sintering process was conducted in an argon atmosphere. The structure of the samples was examined by X-ray diffraction (XRD) after sintering. The microstructure of the composites was investigated by scanning electron microscopy (SEM). The chemical composition was examined by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The selected physical properties of the prepared composites was measured by the Archimedes method. The hardness was measured using Vickers hardness testing. Based on the hardness measurements the KIC values were determined. Uniaxial pressing and the sintering method enabled the manufacture of Ni-3YSZ composites. The microstructure observation revealed homogeneous distribution of the Ni particles in the ZrO2 matrix in both series. The XRD patterns of the composites after sintering at 1400°C (series I) and 1600°C (series II) show that the composites consisted of three phases: t-ZrO2, m-ZrO2 and Ni. It was found that the temperature of 1400°C is not sufficient to obtain Ni-3YSZ composites with a high relative density.

PL

Celem pracy było określenie mikrostruktury i wybranych właściwości kompozytów Ni-3YSZ. Kompozyty wytwarzano z mieszaniny proszku zawierającej: 90% obj. ZrO2 i 10% obj. proszku Ni. W eksperymencie zastosowano następujące proszki: proszek ZrO2 stabilizowany 3% mol Y2O3, firmy TOSOH ZIRCONIA 3YSZ o średniej wielkości cząstek mniejszej niż 100 nm i gęstości 6,05 g/cm3 oraz proszek Ni firmy Sigma-Aldrich o średnim rozmiarze cząstek 1,5 μm i gęstości 8,9 g/cm3. Próbki zostały uformowane w wyniku prasowanie jednoosiowego. Przygotowano dwie serie próbek o różnych temperaturach spiekania: serię I spiekano w temperaturze 1400°C, a serię II spieczono w temperaturze 1600°C. Proces spiekania prowadzono w atmosferze ochronnej argonu. Za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) określono skład fazowy wytworzonych kompozytów. Mikrostrukturę kompozytów zbadano z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Skład chemiczny określono za pomocą spektrometru dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego (EDS). Wybrane właściwości fizyczne przygotowanych kompozytów zostały zmierzone z użyciem metody Archimedesa. Twardości kompozytów określono metodą Vickersa. Na podstawie pomiarów twardości wyznaczono wartość odporności na kruche pękanie (KIC). Metoda prasowania jednoosiowego pozwoliła na wytwarzanie kompozytów Ni-3YSZ. Obserwacje mikrostruktury ujawniły jednorodne rozmieszczenie cząstek Ni w osnowie ZrO2 w obydwu seriach. Na podstawie analizy fazowej stwierdzono, że wytworzone kompozyty po procesie spiekania w 1400°C (seria I) oraz 1600°C (seria II) charakteryzowały się obecnością trzech faz: t-ZrO2, m-ZrO2 i Ni. Stwierdzono, iż temperatura 1400°C nie wystarcza do uzyskania kompozytów Ni-3YSZ o wysokiej gęstości względnej.

3

Forming graded microstructure of Al2O3-Ni composite by centrifugal slip casting

Zygmuntowicz J., Miazga A., Konopka K., Kaszuwara W., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 1

44--47

EN

The aim of this study is to examine the possibility of fabricating ceramic-metal composites with a gradient concentration of metal particles from the Al2O3-Ni system. As the method of composite fabrication, centrifugal slip casting (CSC) was chosen. This method is a technique for powder processing, that combines the effects of slip casting and centrifugal casting. In this work one variant of the centrifugal casting method was used. The horizontal rotation axis was applied. Aqueous based slurries (with 50 vol.% content of solid phase) consisting of alumina and nickel powder (10 vol.%) were tested. The macroscopic as well SEM observations confirmed the gradient concentration of nickel particles in the composites.

PL

Celem niniejszej pracy było zbadanie możliwości wytwarzania kompozytów ceramiczno-metalowych z gradientem stężenia cząstek metalu z układu Al2O3-Ni. Jako metodę wytwarzania kompozytów wybrano odlewanie odśrodkowe mas lejnych (CSC). Metoda ta jest techniką przetwarzania proszku, która łączy w sobie metody: odlewania z gęstwy oraz odlewanie odśrodkowe. W pracy zastosowano metodę odlewania odśrodkowego w układzie z poziomą osią obrotu. Wodną zawiesinę o zawartość fazy stałej 50% obj. przygotowano na bazie tlenku glinu i proszku niklu (10% obj.) Makroskopowe oraz mikroskopowe obserwacje potwierdziły uzyskanie materiału z gradientem stężenia cząstek niklu.

4

Projektowanie kompozytów Al2O3–Ni z wykorzystaniem pomiaru właściwości elektrokinetycznych

Gizowska M., Szafran M., Konopka K.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 2

273-277

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad projektowaniem kompozytów ceramika-metal o osnowie ceramicznej, formowanych metodą odlewania z mas lejnych z wykorzystaniem w szczególności badań elektrokinetycznych zastosowanych proszków. W doświadczeniach stosowano następujące proszki: tlenek glinu (TM-DAR, firmy Tamei, Japonia) o średniej wielkości cząstek D50 = 0,21 žm, SBET = 14,5 m2/g i gęstości d = 3,8 g/cm3 oraz proszek niklu (Sigma-Aldrich) o średniej wielkości cząstek D50 = 2,17 žm, SBET = 2,1 m2/g i gęstości d = 8,9 g/cm3. Wyznaczono krzywe zależności potencjału dzeta i rozkładu wielkości cząstek od pH zawiesiny dla poszczególnych proszków i ich mieszanin w wodzie oraz w wodzie z dodatkiem substancji upłynniających w masie lejnej. Proszki wykorzystane w badaniach charakteryzują się dużą różnicą ich właściwości elektrokinetycznych, przez co w ich mieszaninie może dochodzić do efektu heteroflokulacji związanego z elektrostatycznym przyciąganiem się cząstek różnego rodzaju. Sprzyja to równomiernemu rozmieszczeniu cząstek metalicznych w kompozycie ceramika-metal.

EN

The main advantage of ceramic-metal composites is an increase of fracture toughness of a brittle ceramic matrix. In the paper, the results concerning characterization of electrokinetic behaviour of ceramic and metallic particles used for fabrication of the ceramic matrix ceramic-metal composite via slip casting method are presented. The following materials were used: alumina powder (TM-DAR, Tamei Japan) of average particle size D50 = 0.21 žm, specific surface area of SBET = 14.5 m2/g and density of d = 3,8 g/cm3, and nickel powder (Sigma-Aldrich) of average particle size D50 = 2.17 žm, specific surface area of SBET = 2.1 m2/g and density d = 8.9 g/cm3. Zeta potential as a function of pH was measured for suspensions of pure powders and powder mixtures in both water and water solutions containing deflocculants used for the slurry preparation. Together with zeta potential, particle size distributions were determined for the investigated suspensions of the powders and their mixtures. The studied ceramic and metallic powders show great differences in the electrokinetic behaviour, which can cause the heteroflocculation effect occurring in the suspension. Furthermore, from the rheological examination of the slurries with the different nickel powder content (0-5 vol.%), an influence of the nickel particles presence on slurry properties can be observed. With increase of the nickel powder concentration, the viscosity of slurry increased, and the rheopexy behaviour appeared.

5

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.

6

Perspektywy zastosowania mullitu jako składnika kompozytów ceramika - aluminium

Kupiec E., Szymański A.

Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej. Konferencje

|

1999

|

Vol. 75, nr 26

78-84

PL

Mullit zajmuje istotne miejsce w badaniach nad kompozytami ceramika-ceramika. Opracowana przez autorów oryginalna metoda jego syntezy umożliwia otrzymanie kompozytów mullit/aluminium o interesującej konstrukcji przestrzennej typu 'domek z kart', w której przestrzenie pomiędzy szkieletem z pyłek mullitu na oddziaływanie ciekłego aluminium w wysokich temperaturach, a także specyficznej budowie szkieletu mullitowego, takie kompozyty powinny wykazać wysoką odporność na pełzanie i ścieranie.

EN

Mullite occupy essential place in to-day studies on the ceramic/ceramic composities. Orginal method of the mullite synthesis presented by authors, create possibilities for production of the mullite/metallic aluminium composities with a specific space structure of the 'cards house'. In such a structure free spaces between mullite platy crystals may by filled with a metallic aluminium, which create the continuous phase. Excellent resistant of mullite on the liquid aluminium activity at high temperatures and specific skeleton structure of studied mullite ceramics may be basis for resistant on the creep and ceramic/metal composites manufacture.