Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Synergia w spiekanych kompozytach ziarnistych

Pędzich Z., Grabowski G., Wojteczko A.

Szkło i Ceramika

|

2018

|

R. 69, nr 2

20--24

PL

Artykuł opisuje, na wybranych przykładach, możliwości udoskonalenia właściwości fizycznych spiekanych materiałów polikrystalicznych poprzez wytwarzanie kompozytów. Wszelkie technologie spiekania proszków wielofazowych, dążąc do uzyskania jak najwyższego zagęszczenia wyrobu, prowadzą do otrzymania materiałów, które znajdują się w skomplikowanym stanie naprężeń wewnętrznych. Jednocześnie spiekanie układów wielofazowych przebiega w sposób, który zdecydowanie modyfikuje parametry mikrostrukturalne finalnego materiału. Kolejną cechą, oczywistą z punktu widzenia definicji kompozytu, jednak konieczną do podkreślenia, jest obecność granicy międzyfazowej, która może w istotny sposób modyfikować właściwości materiałów. W pracy, na przykładzie realnych tworzyw z układu Al2O3/ZrO2, wskazano właściwości kompozytów polikrystalicznych, które mogą zostać poprawione w kompozycie w sposób synergiczny – takie jak odporność na kruche pękanie, podatność na pękanie podkrytyczne, odporność na zużycie kawitacyjne.

EN

The article describes, on the selected examples, the possibilities of improving the physical properties of sintered polycrystalline materials by producing composites. All technologies of sintering multi-phase powders aiming at obtaining the highest density of the product, lead to obtaining materials that are in a complicated state of internal stresses. At the same time, sintering of multiphase systems proceeds in a way that significantly modifies the microstructural parameters of the final material. Another feature, obvious from the point of view of the definition of a composite, but necessary to emphasize, is the presence of an interface, which can significantly modify the properties of materials. In the work, on the example of real materials from the Al2O3/ZrO2 system, the properties of polycrystalline composites, which can be improved in the composite in a synergistic manner, such as fracture toughness, subcritical crack resistance, resistance to cavitation wear, are indicated.

2

The influence of residual stress in selected non-oxide ceramics composites on their wear resistance in different environments

Pędzich Z., Grabowski G., Saferna I., Ziąbka M., Gubernat A., Kot M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 4

203--208

EN

The application of structural non-oxide ceramics is at present a common trend in machines and the construction of mechanical devices. Dense ceramic sinters made of silicon carbide or silicon nitride very often replace metallic parts. The advantages of ceramics are especially evident when they work as parts of machinery exposed to the action of loose and hard particles. The paper compares the abrasive wear susceptibility of both the mentioned phases and two particulate composites made on SiC and Si3N4 matrices. Two types of tests were performed. The Dry Sand Test, which indicates the wear susceptibility of the material to wear during the abrasive action of hard particles without any lubricant, was the first one. The Miller Test was the second. This test examined the wear of materials during the action of hard particles in a wet environment (pulp). In both tests the same abrasive, silicon carbide powder, was used.

PL

Zastosowanie ceramiki nietlenkowej jest obecnie powszechnym trendem w konstruowaniu części maszyn i urządzeń. Gęste spieki z węglika krzemu i azotku krzemu bardzo często zastępują części metaliczne. Zalety materiałów ceramicznych są wyraźnie widoczne wówczas, gdy części maszyn są narażone na działanie luźnych, twardych cząstek. Prezentowany artykuł porównuje podatność na zużycie ścierne obu wymienionych faz, a także kompozytów na ich osnowach. Wykonano dwa rodzaje testów zużycia. Pierwszy to tzw. Dry Sand Test, który mierzy podatność na zużycie ścierne luźnym ścierniwem, w warunkach suchych, bez smarowania. Drugim testem był tzw. test Millera, który pozwala uzyskać informacje na temat zużywania się materiałów podczas działania luźnych, twardych cząstek w środowisku mokrej pulpy, tj. gęstej zawiesiny. W obu testach użyto tych samych ziaren ściernych, gruboziarnistego węglika krzemu.

3

Spring method for modelling of particulate solid composed of spherical particles and weak matrix

Zabulionis D., Kačianauskas R., Rimša V., Rojek J., Pilkavičius S.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. 15, no. 4

775--785

EN

In the present paper, a possibility of an approximation of elastic particulate composite with a network of elastic springs that undertake only axial forces is considered. It is assumed that the springs are equivalent to two hemispheres interacting through a weaker interface member. In a frame of the suggested approach, the description of the composite is limited to translational degrees of freedom, therefore, only a normal interaction between the spheres was considered. The methodology for calculation of the axial stiffness of the elastic springs and obtained solutions of the stiffness in explicit form are the main novelty of the article. A comparison of the stiffnesses of the springs obtained by the proposed methodology and by the three dimensional Finite Element Method (FEM) has shown a good agreement between them in a wide range of the ratio of the modulus of elasticity of the particles and matrix at four different distances between surfaces of the particles. A possibility of the approximation of particulate composite by springs was tested and discussed in details by comparing results of a mechanical response of a sample (under three different loading cases) modelled as a three dimensional solid and as a system comprised of the springs. The solutions were obtained by the FEM.

4

Homogenization of composites with interfacial debonding using duality-based solver and micromechanics

Gruber P., Zeman J., Kruis J., Šejnoha M.

Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences

|

2009

|

Vol. 16, No. 1

59-76

EN

One of the key aspects governing the mechanical performance of composite materials is debonding: the local separation of reinforcing constituents from matrix when the interfacial strength is exceeded. In this contribution, two strategies to estimate the overall response of particulate composites with rigidbrittle interfaces are investigated, The first approach is based on a detailed numerical representation of a composite microstructure. The resulting problem is discretized using the Finite Element Tearing and Interconnecting method, which, apart from computational efficiency, allows for an accurate representation of interfacial tractions as well as mutual inter-phase contact conditions. The candidate solver employs the assumption of uniform fields within the composite estimated using the Mori-Tanaka method. A set of representative numerical examples is presented to assess the added value of the detailed numerical model over the simplified micromechanics approach.

5

Wpływ rodzaju wtrąceń na umocnienie kompozytów ziarnistych na osnowie Y-TZP i ich niezawodność

Pędzich Z.

Materiały Ceramiczne

|

2004

|

R. 56, nr 4

150-153

PL

Artykuł prezentuje wyniki badań nad wpływem rodzaju wtrąceń na odporność na pękanie i niezawodność prasowanych na gorąco kompozytów ziarnistych na osnowie roztworu stałego 3% mol. Y2O3 - 97% mol. ZrO2 (Y-TZP). Badano dwa różne układy kompozytowe z 10 procentowym (objętościowo) udziałem wtrąceń - jeden zawierający wtrącenia węglika wolframu i drugi z wtrąceniami metalicznego wolframu. Oprócz badania podstawowych parametrów mechanicznych (twardość, moduł Younga, wytrzymałość na zginanie, odporność na pękanie) analizowano niezawodność materiałów biorąc pod uwagę dwa aspekty. Jednym z nich było obliczenie wartości modułu Weibulla z wyników badań wytrzymałości na zginanie, drugim pomiar odporności na podkrytyczne rozprzestrzenianie się pęknięć. Wykorzystując metodę podwójnego skręcania (Double Torsion) mierzono relacje pomiędzy współczynnikiem koncentracji naprężeń na czubku pęknięcia a prędkością propagacji pęknięcia. Wyznaczono krytyczne wartości K10, poniżej których nie dochodzi do propagacji pęknięć. Stwierdzono, że dla kompozytów wartość K10 wyraźnie wzrasta, co oznacza, że wprowadzenie wtrąceń, niezależnie od ich rodzaju podnosi odporność na podkrytyczną propagację pęknięć. Wyniki badań wskazują również, że wtrącenia mogą prowadzić do poprawy średnich wartość parametrów mechanicznych, jednak mogą również spowodować znaczące obniżenie parametru Weibulla.

EN

The paper presents the influence of a type of inclusion on fracture toughness and reliability of hot-pressed particulate composites based on 3 mole % yttria - zirconia matrix (TZP). Two composite materials containing 10 volume % of a second phase additive were examined. A tungsten carbide and metallic tungsten particles were used as additives. Despite of basic mechanical parameters (hardness, stiffness, bending strength, fracture toughness) two aspects of material "reliability" were investigated. The basic one was the value of Weibull parameter for composite materials, calculated from three-point bending strength measurements. The second investigated area was susceptibility for slow crack propagation. Using Double-Torsion method, relation between K1 and velocity of crack propagation for different composites was estimated. The critical value of K10 below which no crack propagation accurs was also deteremined. It was established that composite materials show increased of K10 parameter value. It indicates that incorporation of the second phase particles into zirconia matrix gives the material more resistant for slow crack propagation. The results indicate also that presence of the second phase into zirconia matrix could improve the mean value of basic mechanical properties (hardness, fracture toughness or strength), but simultaneously the value of Weibull parameter may be distinctly decreased.

6

Wpływ metody wprowadzania Al2O3 do tworzyw 3Y-TZP na ich mikrostrukturę i właściwości

Pyda W., Pędzich Z., Brzezińska-Miecznik J., Pyda A.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 11

311-318

PL

Przedstawiono dwie metody wprowadzenia wtrąceń Al2O3 do polikrystalicznej osnowy tetragonalnego dwutlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (3Y-TZP) oraz zbadano ich wpływ na mikrostrukturę i właściwości kompozytów SY-TZP/Al2O3. Pierwsza metoda polegała na fizycznym mieszaniu składowych proszków w warunkach intensywnego mielenia. Druga wykorzystywała możliwości techniki współstrącania chemicznie jednorodnych osadów z wodnych roztworów soli cyrkonu, itru i glinu z następczą krystalizacją w warunkach prażenia. Próbki do badań formowano metodą prasowania izostatycznego proszków pod ciśnieniem 300 MPa, a następnie spiekano swobodnie w powietrzu przez 2 h w temperaturach 1500-1650°C. Kompozyty zawierały od 0 do 20% obj. wtrąceń o rozmiarach zależnych od użytej metody otrzymywania proszków. Scharakteryzowano morfologię wytworzonych proszków, ich skład fazowy, mikrostrukturę wyprasek oraz spieczonych tworzyw. W przypadku optymalnie zagęszczonych tworzyw zmierzono wytrzymałość na zginanie i odporność na pękanie. Metoda współstrącania z udziałem kationów glinu umożliwiła wytworzenie kompozytów zawierających wtrącenia korundu o rozmiarach leżących w zakresie nanometrycznym (100-500 nm) i znacznie mniejszych w porównaniu z metodą fizycznego mieszania (300-1200 nm). Kompozyty te miały podwyższoną wytrzymałość mechaniczną przy nieznacznie zmniejszonej odporności na pękanie.

EN

In the study, two methods of incorporation of Al2O3 inclusions into a polycrystalline matrix of tetragonal zirconia stabilised with yttria (3Y-TZP) were used and their influence on a microstructure and properties of 3Y-TZP/Al2O3 composites has been studied. The first method consisted in physical mixing of component powders by means of intensive milling. The second one utilised possibilities of the co-precipitation method of chemically homogeneous deposits followed by their calcination. Ań aqueous solution of zirconium, yttrium and aluminium salts was used. Green compacts were shaped by cold isostatic pressing under a pressure of 300 MPa and then they were pressurelessly sintered for 2 h at 1500-1650°C in air. The composites contained from O to 20 vol.% of inclusions of a size which depended on the powder preparation method upplied. Morphology and phase composition of the powders, microstructure of the green compacts and sintered materials was characterised. Bending strength and fracture toughness was measured in the case of the bodies of optimal density. The co-precipitation method with participation of aluminium cations enables to produce the composites which contained the alumina inclusions of the size falling in the nanometric range (100-500 nm). The inclusions derived from this method were much smaller than those derived from the physical mixing one (300-1200 nm). The composites with the former inclusions showed increased values of mechanical strength and slightly decreased values of fracture toughness.

7

Zużycie ceramiki TZP i kompozytu TZP/WC w różnych warunkach

Łukasik K., Pędzich Z.

Tribologia

|

2001

|

nr 6

1087-1101

PL

Artykuł porównuje zużycie spieków polikrystalicznego dwutlenku cyrkonu (TZP) i kompozytu ziarnistego TZP/WC w dwu różnych testach zużycia. Pierwszy to próba rysowania (scratch test), drugi próba niszczenia kawitacyjnego. Wyniki testów pokazują, że wprowadzenie do osnowy TZP węglika WC poprawia wydatnie odporność na zarysowania, obniża jednak zdecydowanie odporność na zużycie kawitacyjne.

EN

Presented paper compares wear rates of TZP and TZP/WC sintered bodies tested in different conditions - scratch test and cavitation wear test. Results of investigations clearly indicate that introduction of WC particles into TZP matrix improves resistance for scratching. But such composite is much weaker compared to the matrix material during cavitation wear test.

8

Zużycie ścierne kompozytów na osnowie tetragonalnych polikryształów dwutlenku cyrkonu z wtrąceniami węglikowymi

Pędzich Z., Haberko K.

Tribologia

|

2000

|

nr 6

1095-1108

PL

Kompozyty ziarniste na osnowie dwutlenku cyrkonu zawierające wtrącenia twardych cząstek węglikowych mają w porównaniu z innymi materiałami ceramicznymi bardzo dobrą odporność na zużycie ścierne. Prezentowany artykuł porównuje podatności na zużycie ścierne kompozytów zawierających wtrącenia węglików WC, SIC, TiC, (Ti, W)C, CR3C2 i CR7C3. Materiały te wytworzono stosując technikę prasowania na gorąco. Zidentyfikowano i omówiono niektóre z cech materiałów wpływające na podatność na ścieranie, m.in. dyspersję wtrąceń i stan naprężeń w materiale spowodowany różnicą we współczynnikach rozszerzalności cieplnej węglików i osnowy ZrO2. Przedstawiono również jako materiał porównawczy wyniki testów podatności na ścieranie dla szeregu innych materiałów ceramicznych, cermetalicznych i metalicznych stosowanych jako materiały konstrukcyjne elementów maszyn i urządzeń.

EN

Zirconia particulate composites containing hard carbide inclusions show very good abrasive wear resistance when compared to other ceramic systems. In the present paper the abrasive wear suscetibilities of composites containing WC, SiC, TiC (Ti,W)C, Cr3C2 and CR7C3 are collected. A hot-pressing technique was used to manufacture the composites. In the dry sand abbrasive test several of composites.reveal properties significantly better than the TZP matrix. Some factors influencing the wear properties of these materials are identified, including the stress state of the material; inclusion dispersion; and the mechanical properties of the zirconia matrix. A results wear tests for wide range of materials: ceramics, cermetals, metals, used as tools and part of devices are compared.

9

Mikrostruktura kompozytów ziarnistych z osnową tetragonalnych polikryształów ZrO2 i wtrąceniami węglikowymi.

Faryna M.

Inżynieria Materiałowa

|

2000

|

R. XXI, nr 2

62-75

PL

Tetragonalne polikryształy tlenku cyrkonu (TZP) charakteryzują się znaczną wytrzymałością mechaniczną i jedną z najwyższych wśród tworzyw ceramicznych odpornością na pękanie. Istotną z użytkowego punktu widzenia cechą tego materiału jest jego znaczna odporność na ścieranie. Okazuje się, że cecha ta może być wydatnie poprawiona wprowadzaniem do osnowy TZP wtrąceń węglików. Równocześnie obserwuje się w takich układach wzrost odporności na pękanie w porównaniu do czystej osnowy. Wyjaśnienie tego zjawiska leży w rozpoznaniu mikrostruktury tworzyw oraz zjawisk na kontakcie osnowa-wtrącenie. Zagadnieniom tym poświęcona była niniejsza praca. Uzyskane wyniki sprowadzają się do trzech grup problemów. Były to: a) opracowanie modelu kompozytu ze szczególnym uwzględnieniem stanu naprężeń wewnątrz tworzywa, b) weryfikacja modelu i próba powiązania wyników badań w transmisyjnym i skaningowym mikroskopie elektronowym z własnościami tworzyw, c) opracowanie metody przygotowywania cienkich folii kompozytów zdatnych do obserwacji w transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Różnice współczynników rozszerzalności cieplnej wtrąceń i osnowy powodują powstawanie naprężeń w tworzywach. Dla analizowanych przypadków materiałów z wtrąceniami WC, TiC, (Ti, W)C, CrxCy i Cr2O3 oceniono wielkości tych naprężeń. Wykonane badania pozwoliły lepiej zrozumieć korzystne własności nowej klasy tworzyw, jaką są kompozyty z osnową TZP i wtrąceniami WC, TiC, (Ti, W)C, CrxCy i Cr2O3. Niewątpliwie wpłynie to na dalsze udoskonalenie tych materiałów.

EN

Tetragonal zirconia polycrystals (TZP) show good mechanical properties, i.e. high fracture toughness and strength. Such a material revels also better wear resistance comparing with other types of ceramics. All important mechanical properties can be significantly improved by the incorporation of hard and stiff carbide inclusions into the TZP matrix. Dense bodies with WC, TiC, (Ti, W)C, CrxCy and Cr2O3 additives were widely investigated during this work. Higher fracture toughness in these systems was correlated with the microstructure and interphase boundary behaviour. There were three main aims of this work: a) to present a theoretical model of composites, paying particularly attention to stress distribution around ridgid inclusion in a sinterable matrix, b) to verify this model by electron microscopy investigations (both transmission and scanning) and correlate the results with mechanical properties of the composites, c) to elaborate a new way of the thin foil preparation in the composite samples containing two phases with different thermal expansion coefficients. The differences of these coefficients create internal stresses in the studied materials. They are negative in the zirconia matrix and positive in the inclusions. The values of stresses in the systems containing TZP with WC, TiC, (Ti, W)C, CrxCy and Cr2O3 additives were also calculated in this work. The results allow us to understand better the processes undergoing in these composites during sintering, mainly, to recognise the factors responsible for the toughness increase.

10

Particulate Composites in the TZP-Carbide Systems

Haberko K., Pędzich Z.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

1999

|

Vol. 47, nr 4

379-395

EN

The paper presents the results of investigations on particulate ceramic composites with the tetragonal zirconia polycrystalline (TZP) matrix. The WC, CrxCy and TiC particles were used as additives. The possibility of a chemical reaction in these systems was taken into account. Stresses caused by coefficient of thermal expansion mismatch of composite constituents were estimated. Phase composition and microstructure of the composite constituents were estimated. Phase composition and microstructure of the composites were described. Mechanical properties of the composites were measured and compared.