Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of TaC–NbC additive on durability of WC–Co cutting edges

Siwak P., Garbiec D., Peta K.

Inżynieria Materiałowa

|

2018

|

Vol. 39, nr 4

153--157

EN

The paper presents the results of studies on the influence of the addition of TaC–NbC on WC–5Co cemented carbides produced by pulse plasma sintering, and their effect on the hardness of cutting inserts and durability of cutting edges made from WC–5Co and WC–5Co–xTaC–NbC (x = 0.5, 2.5, 4.5) cemented carbides. The Vickers hardness was measured according to the PN–EN 23878:1996 standard and the durability was measured during machining using a conventional lathe where the shaft (counter-specimen) was made from 1.4541 stainless steel. The obtained results clearly show the positive effect of the addition of TaC–NbC on the hardness of cutting inserts and durability of cutting edges. The hardness increased by 5% for the WC–5Co–2.5TaC–NbC insert in comparison to pure the WC–5Co insert. The durability of the cutting edges also increased by 20% for the WC–5Co–2.5TaC–NbC insert.

PL

Węgliki spiekane są powszechnie stosowane do produkcji ostrzy skrawających oraz różnych elementów części maszyn. Jak wiadomo, podczas spiekania ziarna węglika wolframu (WC) ulegają rozrostowi, co jest zjawiskiem niepożądanym. W przypadku węglików spiekanych rozrost ziaren WC można skutecznie ograniczyć przez wprowadzenie do mikrostruktury m.in. węglika chromu (Cr3C2), węglika tantalu (TaC), węglika niobu (NbC), węglika wanadu (VC) czy węglika tytanu (TiC). Węgliki te pełnią funkcję inhibitorów wzrostu ziaren WC. Ponadto zastosowanie zaawansowanych metod metalurgii proszków, do których zalicza się metodę spiekania impulsowo- plazmowego (PPS), także przyczynia się do ograniczenia rozrostu ziaren m.in. ze względu na niższą temperaturę i krótszy czas spiekania. Metoda PPS należy do nowoczesnych metod spiekania wspomaganego polem elektrycznym (FAST). W ramach prezentowanej pracy dokonano analizy wpływu dodatku TaC–NbC w ilości 0,5; 2,5 i 4,5% mas., na twardość płytek oraz trwałość ostrzy skrawających z węglików spiekanych WC–5Co wytworzonych za pomocą metody PPS.

2

Properties of Ni3Al–diamond composites sintered by Pulsed Plasma Sintering

Cymerman K., Michalski A., Pakieła Z., Moszczyńska D.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 2

88--92

EN

This study presents properties of Ni3Al–diamond composites sintered by Pulsed Plasma Sintering (PPS) with the participation of SHS reaction (Self-propagating High-temperature Synthesis). Ni3Al–diamond sinters were produced using Ni:Al (3:1 at.) powder mixtures with addition of 30 vol. % of diamond with grain size ranging from 16 to 60 μm. The sintering process was performed at 1000°C in 5 minutes under load of 100 MPa. Obtained sinters have above 99% theoretical density and show fine crystalline microstructure with relatively uniformed diamond particles, what can be observed in SEM images of polished and fracture surface. The fractures are brittle and have the intergranular character. The X-ray phase examinations have shown that each sinter contains Ni3Al, diamond and Ni3C. The sinters hardness was tested by the Vickers method and oscillated between 580 and 650 HV5. The average grain size of Ni3Al matrix in obtained composites ranged from 2.6 to 3.8 μm.

PL

Rosnące zapotrzebowanie na różnego rodzaju narzędzia skrawające skłania do poszukiwania nowszych i bardziej wytrzymałych materiałów. W przypadku narzędzi diamentowych, tj. takich z dyspersyjnie rozmieszczonymi cząstkami diamentu, bardzo ważną rolę odgrywa osnowa. Najczęściej stosowaną osnową są związki na bazie kobaltu i żelaza. Jednak ze względu na cenę, a przede wszystkim rakotwórczy wpływ na zdrowie, dąży się do wyeliminowania kobaltu. Materiałem mogącym go zastąpić mogą być związki z układu Ni–Al. Dużym zainteresowaniem naukowców w ostatnich latach cieszą się spiekane kompozyty Ni3Al z dodatkiem cząstek TiB2, TiC lub SiC.

3

Wpływ wielkości cząstek diamentu na strukturę i właściwości kompozytów Ni3Al–diament wytwarzanych metodą impulsowo-plazmową

Cymerman K., Michalski A., Kulikowski K.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

506--510

PL

Obecnie trwają prace nad zastąpieniem osnowy z drogiego i rakotwórczego kobaltu w kompozytach metal–diament materiałem na bazie faz międzymetalicznych z układu Ni–Al. W pracy przedstawiono wpływ wielkości cząstek diamentu na właściwości kompozytów Ni3Al–diament otrzymanych metodą impulsowo- plazmową (PPS) z udziałem reakcji SHS (Self-propagating Hight-temperature Synthesis). Do mieszaniny proszków Ni:Al w proporcji 3:1 dodano 30% obj. proszku diamentu o rozmiarze cząstek 16÷20 oraz 40÷60 μm. Następnie próbki spiekano w temperaturze 900°C przez 5 minut pod ciśnieniem prasowania 100 MPa. Otrzymane spieki wykazują gęstość względną powyżej 98% i charakteryzują się drobnokrystaliczną strukturą z równomiernie rozmieszczonymi cząstkami diamentu, co potwierdzają obserwacje powierzchni zgładów i przełomów za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Charakter przełomów jest kruchy, a mechanizm pękania międzykrystaliczny. Kompozyty Ni3Al–diament poddano także badaniu rentgenowskiej analizy fazowej, która poza fazą Ni3Al i diamentem wykazała obecność fazy Ni3C, bez względu na wielkość zastosowanego diamentu. Twardość Vickersa wynosiła 578±9 HV5 dla spieku Ni3Al–diament 16÷20 μm oraz 606±2 HV5 dla spieku Ni3Al–diament 40÷60 μm. Spieki Ni3Al–diament poddano badaniom odporności na zużycie przez tarcie metodą kula–tarcza. Zużycie kompozytów diamentowych jest znikome i praktycznie niemierzalne. Spiek z diamentem o cząstkach 40÷60 μm charakteryzował się mniejszym współczynnikiem tarcia niż spiek Ni3Al–diament 16÷20 μm. Podsumowując, wielkość cząstek diamentu zastosowanego w kompozytach Ni3Al–diament nie wpływa na mikrostrukturę. Zauważalnie zwiększają się właściwości mechaniczne (twardość, odporność na ścieranie) z zastosowaniem diamentu o większych cząstkach 40÷60 μm.

EN

There is an increasing number of research studies with aim to eliminate carcinogenic and expensive cobalt from metal–diamond composites and replace it by Ni–Al intermetallic phases. This study presents the influence of diamond particle size on the properties of Ni3Al–diamond composites sintered by Pulsed Plasma Sintering (PPS) with the participation of SHS reaction (Self-propagating High-temperature Synthesis). Ni3Al–diamond sinters were produced using Ni:Al (3:1 at.) powder mixtures with addition of 30% vol. of diamond with grain size ranging from 16 to 60 μm. The sintering process was performed at 900°C in 5 minutes under load 100 MPa. Obtained sinters have above 98% theoretical density and shows fine crystalline microstructure with relatively uniformed diamond particles, what can be observed on SEM images of polished surface and fracture. The fractures are brittle and have the intergranular character. The X-ray phase examinations have shown that each sinters contains Ni3Al, diamond and Ni3C. Hardness of the sinters was tested by the Vickers method and was 578±9 HV5 for Ni3Al–diamond 16÷20 μm sinter and 606±2 HV5 for Ni3Al–diamond 40÷60 μm. Wear resistance of Ni3Al–diamond sinters, tested by ball-on-disc method, showed that wear ratio is non-measurable and Ni3Al–diamond 40÷60 μm sinter has much lower friction factor than Ni3Al–diamond 16÷20 μm. Presented research has shown no influence of diamond particle size used in Ni3Al–diamond sinters on structural properties, however an increase of mechanical properties in composite with diamond 40÷60 μm can be noticed.

4

Wpływ ciśnienia prasowania na właściwości kompozytów WCCo–cBN wytwarzanych metodą PPS

Wachowicz J., Zieliński R., Popławski K., Kucharska B.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

515--518

PL

Regularny azotek boru (cBN) jest drugim po diamencie materiałem charakteryzującym się największą twardością i przewodnictwem cieplnym. Jednak w przeciwieństwie do diamentu charakteryzuje się małą reaktywnością z metalami z grupy żelazowców. Właściwości te sprawiają, że regularny azotek boru jest bardzo dobrym materiałem na narzędzia do obróbki m.in. stali ulepszonych cieplnie, stopów na osnowie niklu, kobaltu i innych. Regularny azotek boru pod normalnym ciśnieniem w podwyższonej temperaturze ulega przemianie w stabilną fazę hBN. Spieki z cBN (PCBN — Polycrystalline Cubic Boron Nitride) o osnowie metalicznej lub ceramicznej spieka się za pomocą drogiej techniki HPHT (Hight Presure Hight Temperature) pod ciśnieniem 4÷5 Gpa w celu uniknięcia przemiany twardego cBN w heksagonalną, miękką odmianę hBN. W pracy przedstawiono wpływ ciśnienia prasowania na właściwości i mikrostrukturę kompozytów WCCo zawierających 20% obj. cBN o wielkości cząstek 6÷12 μm. Proces spiekania był realizowany za pomocą urządzenia do spiekania silnoprądowymi impulsami PPS (Pulse Plasma Sintering). Istota procesu polega na wykorzystaniu impulsów elektrycznych do nagrzewania sprasowanego proszku. Nagrzewanie impulsami prądu następuje w wyniku wydzielania się ciepła Joule’a w miejscach kontaktu cząstek spiekanego proszku. Chwilowa temperatura w czasie przepływu impulsu prądu osiąga wartość do kilku tysięcy stopni Celsjusza na powierzchni cząstek, a następnie po zaniku przepływu prądu szybko zmniejsza się do ustalonej temperatury spiekania.Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie ciśnienia prasowania 30 MPa w pierwszym etapie spiekania, a następnie zwiększenie go do 100 MPa w drugim etapie, prowadzi do uzyskania spieków o dużej twardości 2230 HV10 oraz gęstości zbliżonej do wartości teoretycznej.

EN

Cubic boron nitride (cBN) is the material next to diamond in respect of hardness and heat conductivity, but, contrary to diamond, it shows weak reactivity with ferrous materials. In view of these properties, cubic boron nitride is an excellent material for the fabrication of cutting tools such as e.g. those made of heat-treated steels, nickel-based alloys, or cobalt. Under elevated temperature and under normal pressure, cubic boron nitride undergoes transformation into its stable phase hBN. Traditional cBN sinters (polycrystalline cubic boron nitride — PCBN) with a metallic matrix are usually sintered using the expensive High Pressure High Temperature (HPHT) method which requires high pressure of 4÷5 GPa to avoid the transformation of hard cBN into its soft hexagonal hBN phase. The present study is concerned with how the load affect on the properties of the WCCo composites which contain 20 vol. % of cBN with the particle size ranging from 5 to 12 μm. The powders were sintered in an apparatus for high-current pulse sintering (Pulse Plasma Sintering). The idea underlying the process is to heat the pre-consolidated powder using electric pulses, the heating being realized via the Joule heat dissipated at the contacts between the individual powder particles. During the electric current impulses the instantaneous temperature on the powder particle surfaces reaches several thousand Celsius degrees, and after the current decays, it quickly falls to the prescribed sintering temperature. The study showed that the sintering at the temperature 1100°C, under the load 30 MPa (in the first stage) and 100 MPa (in the second stage), for 10 min yielded sinters with the density above 99% GT with hardness of about 223 HV10.

5

Wpływ parametrów procesu szlifowania na stan powierzchni kompozytu WCCo/diament wytwarzanego metodą PPS

Rosiński M., Chrzanowski W., Spychalski M., Michalski A.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 3

314-318

PL

Kompozyt WCCo z domieszką 30% obj. diamentu wytworzono wykorzystując nowoczesną metodę impulsowo plazmowego spiekania PPS (Pulse Plasma Sintering), opracowaną na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Przedstawiono wyniki badań właściwości warstwy wierzchniej kompozytu WCCo/diament po szlifowaniu na szlifierce MVM LA 500, wykonanych w ramach projektu UDA-POIG.01.03.01-14-063/08-00 na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Opracowano parametry obróbki kompozytu WCCo/diament spiekanego metodą PPS oraz porównano charakterystyki ściernic w celu osiągnięcia efektywnej obróbki i uzyskania powierzchni o jak najniższej wartości parametru chropowatości Ra. Prowadzone badania obejmowały ustalenie wpływu prędkości obwodowej materiału obrabianego, kierunku obrotu, wielkości ziarna i osnowy ściernicy na jakość uzyskanej powierzchni.

EN

WC composites with the addition of cobalt are valued construction and tool materials. Due to high hardness, wear resistance and fracture toughness, cemented carbide tools are more than 50% of cutting tools market. In order to increase wear resistance of WCCo tools, diamond particles are added. Composites consisted of WCCo with distributed 30 vol. % of diamond particles were obtained, by the PPS method (Pulse Plasma Sintering) invented and developed at the Department of Materials Science and Engineering at the Warsaw University of Technology. This method enables to sinter materials at lower temperatures than traditional methods need, obtaining dense materials with densities closed to theoretical values. Preparation of a surface is very important issue for the quality of composite WCCo/diamond blades. In this paper, characteristics of WCCo/diamond composite surfaces are presented after the grinding process performed at a MVM LA 500 grinding machine. This work was supported by UDA-POIG.01.03.01-14-063/08-00 project implemented at the Faculty of Materials Science and Engineering of the Warsaw University of Technology. This study was aimed to create grinding machining parameters, compare efficiency of grinding wheels in order to obtain surface with the possible low Ra parameter value. Influence of peripheral velocity, rotation direction, grain size and grinding wheel matrix was investigated.

6

Właściwości kompozytu WCCo spiekanego metodą PPS

Rosiński M., Wachowicz J., Ziętala M., Michalski A.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 3

319-323

PL

Węglik wolframu charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia, dużą twardością, dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym oraz stabilnością chemiczną w podwyższonych temperaturach. Duża twardość węglika oraz związana z nią wysoka odporność na zużycie ścierne predysponują go do wykorzystania jako doskonały materiał na narzędzia skrawające. Niestety istotną wadą jednofazowych narzędzi z węglika wolframu jest ich duża kruchość, którą można ograniczyć poprzez zastosowanie metalicznej osnowy. Najbardziej rozpowszechnionym materiałem wykorzystywanym jako osnowa, już od 1927 roku, jest kobalt. Kompozyty WC z domieszką kobaltu są cenionym materiałem konstrukcyjnym i narzędziowym oraz dzięki swym właściwościom narzędzia wykonane z kompozytów WCCo stanowią ponad 50% ogółu narzędzi skrawających. Spiekanie węglika wolframu prowadzi się swobodnie w zależności od zawartości kobaltu w temperaturze 1400-1500°C. Łączny czas samego spiekania, bez uwzględnienia procesów rozdrabniania i mieszania, wynosi kilkanaście godzin. Nowoczesną metodą pozwalającą przeprowadzić proces spiekania w niższej temperaturze i w znacznie krótszym czasie, ok. 10 min, jest metoda impulsowo-plazmowego spiekania PPS (Pulse Plasma Sintering), opracowana na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Istota tego procesu polega na wykorzystaniu impulsów elektrycznych do nagrzewania sprasowanego proszku. Nagrzewanie proszku impulsami prądu następuje w wyniku wydzielania się ciepła Joule'a w miejscach kontaktu cząstek spiekanego proszku. Impulsy otrzymywane są w wyniku rozładowania baterii kondensatorów o pojemności 300 žF. W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i właściwości kompozytów WCCo o zawartości 6% wag. kobaltu, spiekanych metodą PPS. Zastosowana metoda pozwoliła w krótkim czasie, ok. 10 min, uzyskać spieki o gęstości zbliżonej do gęstości teoretycznej i twardości na poziomie 1930 š 30 HV30. Średni rozmiar ziaren WC w kompozycie zawierającym 6% wag. kobaltu wynosi 0,42 žm, a największy udział ziaren występuje w zakresie 0,4-0,6 žm.

EN

Tungsten carbide is known for its high-temperature melting point, high hardness, good thermal and electrical conductivity and chemical stability at high temperature. The high hardness of the carbide and the associated high wear resistance predispose it as a perfect material for the manufacture of cutting tools. However, the tools made of solid tungsten carbide simultaneously reveal high brittleness. It can be reduced by the addition of metallic phase distributed among WC grains. Since 1927, cobalt is successfully applied as an addition to the WC matrix. Because of their properties, WCCo composites are valued cutting tool materials. Nowadays over 50% of manufacturing cutting tools are made of WCCo composites. Sintering of tungsten carbide is carried out with no external pressure applied at 1400 °C to 1500 °C, depending on the content of cobalt. Total time of the sintering process, without taking into account the processes of grinding and mixing, is several hours. The modern method which enables to carry out the process of sintering at lower temperatures and at significant shorter times (about 10 minutes) is the Pulse Plasma Sintering method (PPS), elaborated and developed at the Faculty of Materials Science and Engineering at the Warsaw University of Technology. The essence of this process involves the use of electric pulse to heat the compressed powder. Heating the powder with current pulses is due to release of Joule's heat in the places of contact of sintered powder. The pulses are obtained as a result of battery of capacitors battery with a capacity of 300 žF. The paper presents the results of examinations of the microstructure and properties of WC-Co composites with 6 wt.% content of cobalt, produced by Pulse Plasma Sintering technique. The method enabled to obtain sinters showing density close to the theoretical one and hardness of 1930 š 30 HV30 in a short time (approx. 10 minutes). The average grain size of WC in the sintered composite containing 6 wt.% Co is 0.42 microns and the largest share of grains occurs in the range of 0.4-0.6 microns.

7

Kompozyty Cu-diament o dużym przewodnictwie cieplnym wytwarzane metodą PPS

Kruszewski M., Rosiński M., Grzonka J., Ciupiński Ł., Michalski A., Kurzydłowski K. J.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 3

333-337

PL

Jednym z głównych problemów przy spiekaniu kompozytu miedź/diament, obok procesu grafityzacji w wysokich temperaturach, jest brak zwilżalności diamentu przez miedź i brak reakcji chemicznych prowadzących do tworzenia związków Cu-węgiel, które zapewniałyby dobre połączenie diamentu z osnową z miedzi. Ponadto duża różnica rozszerzalności cieplnej tych materiałów powoduje powstawanie podczas spiekania naprężeń cieplnych osłabiających granicę miedź/diament i skutkujących powstawaniem pustek zmniejszających przewodnictwo cieplne kompozytu. Granica międzyfazowa Cu-diament odgrywa kluczową rolę warunkującą przewodnictwo cieplne i właściwości mechaniczne kompozytu. Idealne połączenie powinno zapewnić zarówno dobrą adhezję, jak i minimalny opór cieplny. Przedmiotem badań autorów pracy były kompozyty na osnowie miedzi zawierające 50% obj. cząstek diamentu. Kompozyty zostały otrzymane w warunkach nietrwałości termodynamicznej diamentu z wykorzystaniem konsolidacji metodą PPS (Pulse Plasma Sintering) w temperaturze 900°C pod naciskiem 60 MPa. W pracy opisano wyniki badań składu fazowego, gęstości oraz obserwacji mikrostruktury próbek. Gęstość względna wyniosła 99,8%, a badania składu fazowego nie wykazały obecności grafitu. Obserwacje mikrostruktury wykazały równomierny rozkład cząstek diamentu w osnowie miedzi. Dobre połączenie diamentu z osnową uzyskano dzięki warstwie przejściowej z węglika chromu.

EN

One of the main challenges in fabrication of copper/diamond composites, apart from graphitization at high temperatures, is a lack of wettability of diamond by copper and the absence of chemical reactions, providing the formation of Cu-carbon compounds needed for a good joint between the diamond and the copper. Moreover, the large mismatch in the values of thermal expansion coefficients of these materials is a reason for high thermal stresses during sintering that are disadvantageous to the cohesion of the diamond/copper interface. The thermal stresses promote voids formation, which reduces the thermal conductivity of the composite. In metal-diamond composites, the quality of the interface has a crucial effect on their thermal conductivity and mechanical properties. Strong and "clean" bond of the diamond to the matrix should assure high strength and minimum thermal resistance of the interface. In the present work, an attempt has been made to fabricate the copper matrix composite with 50 vol.% of diamond by using the Pulse Plasma Sintering (PPS) technique in the conditions of thermodynamical instability of diamond. The composites have been fabricated at 900 °C under 60 MPa. The phase composition, density and microstructure studies showed a relative density of 99,8% and the absence of graphite. The microstructure examinations revealed uniform distribution of diamond particles in the copper matrix. Good bonding of the diamond to the matrix have been assured by a layer of chromium carbide at the interface.

8

Badania wybranych właściwości spieku 80W-20Re

Majewski T., Durejko T., Rosiński M., Michalski A.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 2

391-403

PL

W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań spieków 80W-20Re. Próbki do badań wytworzono, wykorzystując trzy warianty procesu technologicznego: spiekanie rezystancyjne (RS), metodę PPS oraz spiekanie w piecu próżniowym. Dwie pierwsze metody pozwoliły otrzymać spiek o zbliżonych właściwościach (porowatość, twardość), natomiast w wyniku spiekania wysokotemperaturowego w piecu próżniowym uzyskano materiał o bardzo dużej porowatości. Jednocześnie stwierdzono, że spiekanie metodami RS i PPS powoduje powstanie mikrostruktury anizotropowej, o wydłużonym kształcie cząstek.

EN

The results of preliminary investigation of 80W-20Re sinters were presented in the paper. The samples were prepared using 3 variants of technological process: resistance sintering (RS), Pulse Plasma Sintering and sintering in the vacuum furnace. First and second methods allowed us to obtain the sinters possessing similar properties (porosity and hardness), however as a result of final sintering at high temperature in the vacuum furnace, very porous materials were obtained. Moreover it was observed, that sintering by RS and PPS methods caused development of anisotropy microstructure with characteristic elongated shape of particles.

9

Metoda impulsowo-plazmowego spiekania: podstawy i zastosowanie

Michalski A., Rosiński M.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 1

7-11

PL

Artykuł dotyczy spiekania proszków metodą Impulsowo-Plazmową (PPS) opracowaną na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. W metodzie PPS, w odróżnieniu od znanych metod spiekania wykorzystujących impulsowe źródła energii dla nagrzewania spiekanego materiału, wykorzystuje się silnoprądowe impulsy otrzymywane z rozładowania baterii kondensatorów. Zastosowanie kondensatorów jako źródła energii elektrycznej umożliwia otrzymanie periodycznie powtarzanych impulsów prądu o czasie trwania kilkuset mikrosekund i natężeniu setek kiloamper. W pierwszej części pracy omówiono metodę PPS oraz mechanizm spiekania silno- prądowymi impulsami. W drugiej podano przykłady zastosowania metody PPS do spiekania: nanokrystalicznych materiałów, kompozytów metaliczno- -ceramicznych, takich jak WC/diament, miedź/diament oraz reaktywnego spiekania trudnotopliwych ceramik z proszków elementarnych.

EN

The paper concerns producing sintered materials by Pulse Plasma Sintering method (PPS), developed at the Faculty of Materials Science and Engineer- ing, Warsaw University of Technology. Unlike other electric-pulses applied sintering methods, the PPS method employs pulse high-current electric dis- charges generated by discharging a battery of capacitors. The use of capaci- tors as the source of energy permits generating periodic current pulses, with a duration of several hundred microseconds with intensity of hundred kA. The PPS technique and sintering mechanism are discussed in the first part of article. In further part of a paper are described applications of the PPS method in the field of nanomaterials, metal/ceramic composites - WC/dia- mond, Cu/diamond and reactive sintering processes with the participation of the elementary powders.

10

Kompozyty Cu/diament wytwarzane metodą impulsowo-plazmowego spiekania

Rosiński M., Michalski A.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 3

260-264

PL

Przedmiotem pracy jest wytworzenie kompozytu Cu/diament o udziale objętościowym cząstek diamentu 50% w warunkach jego nietrwałości termodynamicznej. Do konsolidacji kompozytów stosowano metodę impulsowo-plazmowego spiekania (Pulse Plasma Sintering - PPS). Kompozyty spiekano w temperaturze 900°C w czasie od 5 do 30 min pod ciśnieniem 60 MPa. Prowadzono badania gęstości, składu fazowego i mikrostruktury wytworzonych kompozytów. Uzyskano kompozyty o gęstości względnej 98%. Nie stwierdzono obecności grafitu w spiekach. Mikrostrukturę kompozytu charakteryzuje równomierne rozłożenie cząstek diamentu w osnowie miedzi. Wprowadzenie Cr o objętości względnej 0,8 powoduje, że diament ma silne wiązanie z osnową (Cu). Zwiększenie wytrzymałości połączeń cząstek diamentu z osnową zapewnia warstwa przejściowa węglika chromu.

EN

The rapidly advancing miniaturization of micro-electronic devices leads to a considerable increase of the amount of heat evolved by electronic circuits. It is anticipated that, in the current decade, it will reach the limiting value possible to dissipate by the materials used at the present. In order to enable the packing density of micro-electronic devices to be further increased, we need new materials of higher thermal conductivity but with a comparable value of the thermal expansion coefficient. Another requirement is that these materials should have a thermal expansion coefficient comparable with that of the microelectronic substrate material so as to avoid damage to the heat sink/substrate joint due to the thermal stresses induced by cyclic temperature variation. These requirements can be satisfied by diamond/metal composites with the metal matrix of high thermal conductivity, such as e.g. Cu. The thermal properties (conductivity, thermal expansion) of the composites can easily be modified by modifying the metal/diamond proportion. However, within the temperature range of consolidation of these composites, diamond is a metastable phase and may, during the consolidation, be transformed into its stable phase i.e. graphite. This can be avoided by conducting the process under conditions of thermodynamic stability of diamond, i.e. by applying appropriately high consolidation pressure (4-5 GPa), which however increases the production costs. The authors of the present study experimented with producing copper/diamond composites with 50 vol. % of diamond particles under conditions of thermo-dynamic instability of diamond by consolidating the composite using the pulse Plasma Sintering (PPS) method. The process temperature was 900°C, the pressure was 60 MPa and the process lasted for 5 to 30 min. The phase composition, density and microstructure of the composites thus obtained were examined. The PPS-consolidated composites had a relative density of 98% and the diamond particles were distributed uniformly within the copper matrix. No graphite was found at the Cu/diamond interface (the composite consolidated at a temperature of 900°C for 30 min). Improvements in properties of the composites were achieved using copper alloy with chromium to increase the interfacial bonding in Cu/diamond composites. The Cu0.8Cr/diamond composite was characterized by a strong bond between the diamond and the copper matrix which was due to the chromium carbide transition layer formed there.

11

Spieki NiAl-0,2% at. Hf otrzymywane metodą impulsowo-plazmowego spiekania

Michalski A., Siemiaszko D., Rosiński M.

Problemy Eksploatacji

|

2007

|

nr 1

67-75

PL

W pracy otrzymymano spieki NiAl-0,2% at. Hf o twardości 330 HV1 i gęstości ok. 95% gęstości teoretycznej. Spieki konsolidowano metodą impulsowo-plazmowego spiekania PPS (Pulse Plasma Sintering) z udziałem reakcji SHS (Self-Propagating High-Temperature Synthesis) z mieszaniny proszków: Ni, Al i Hf w czasie 25 min w temperaturze 900°C przy nacisku 50 MPa. Na podstawie przeprowadzonych badań strukturalnych, składu fazowego i chemicznego spieków w różnych stadiach procesu syntezy stwierdzono, że reakcja syntezy fazy NiAl przebiega w dwóch etapach. W pierwszym etapie w reakcji między niklem a aluminium po kilku wyładowaniach impulsowych inicjowana jest reakcja, w której powstają fazy NiAl3 i Ni2Al3 i NiAl. Następnie w temperaturze ok. 530°C z fazy NiAl3 i Ni2Al3 w reakcji egzotermicznej powstaje faza NiAl.

EN

NiAl-0.2 at. % Hf sinters were produced by the Pulse Plasma Sintering (PPS) method with the participation of the SHS (Self-Propagating High-Temperature Synthesis) reaction. The NiAl-0.2 at. % Hf sinters were consolidated of a mixture of the Ni, Al and Hf powders at temperature 900°C under a load of 50 MPa during 25 min. The sintered materials have a relative density of 95% and hardness of 330 HV1. Structural examinations and examinations of the phase and chemical composition of the sintered materials have revealed that the reaction of the NiAl synthesis proceeds in two stages. During the first stage nickel reacted with aluminum and formed NiAl3, Ni2Al3 and NiAl phases. This reaction is initiated by several pulse discharges. Then NiAl3 and Ni2Al3 phases are changed into NiAl phase by an exothermic reaction at a temperature of about 530°C.