Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Al2O3-Cu-Mo hybrid composites : fabrication, microstructure, properties

Zygmuntowicz Justyna, Łukasiak Agata, Piotrkiewicz Paulina, Kaszuwara Waldemar

Composites Theory and Practice

|

2019

|

R. 19, nr 2

43--49

EN

The work investigated the influence of the share of metallic components on the microstructure and selected properties of Al2O3-Cu-Mo composites. Commercial powders were used to produce the composite samples. The composites were obtained by the slip casting method. Three series of composites with a different volumetric composition of metals in the total content of the metallic phase were obtained: Series I - contained 7.5 vol.% Cu - 7.5 vol.% Mo, Series II - contained 10 vol.% Mo - 5 vol.% Cu and Series III - contained 12 vol.% Mo - 3 vol.% Cu. All the series contained 15 vol.% metal particles with respect to the total solid phases. Rheological analysis showed that the slurries used to make the composites were shear thinning fluids. The X-ray analysis showed that regardless of the volume content of copper in the suspensions used to form the composite, all the composites after sintering were characterized by the presence of three phases: Al2O3, Cu and Mo. It was found that the microstructure in all the series is characterized by homogeneous distribution of the metal particles. All the samples were characterized by high porosity, which resulted in their low relative density. The volume fractions of molybdenum and copper in the composite slightly do affect the hardness and fracture toughness of the composite. The obtained hardness results indicate that increasing the molybdenum content in the composites causes an insignificant increase in the hardness of the samples.

PL

W pracy zbadano wpływ udziału komponentów metalicznych na mikrostrukturę i wybrane właściwości kompozytów Al2O3-Cu-Mo. Do wykonania próbek użyto komercyjnie dostępnych proszków: Al2O3, Cu i Mo. Kompozyty otrzymano metodą odlewania z gęstwy. Wytworzono trzy serie kompozytów o różnym składzie objętościowym metali w całkowitej zawartości fazy metalicznej: Seria I zawierała 7,5% obj. Cu - 7,5% obj. Mo, Seria II zawierała 10% obj. Mo - 5% obj. Cu i Seria III - zawierała 12% obj. Mo - 3% obj. Cu. Wszystkie serie zawierały 15% obj. cząstek metalu w odniesieniu do całkowitej fazy stałej. Badania reologiczne wykazały, że masy lejne użyte do wytwarzania kompozytów były cieczami newtonowskimi rozrzedzanymi ścinaniem. Badanie składu fazowego wykazało, iż niezależnie od zawartości objętościowej miedzi w masie lejnej użytej do wytworzenia kompozytu wszystkie kompozyty po spiekaniu cechowała obecność trzech faz: Al2O3, Cu i Mo. Stwierdzono, że mikrostruktura we wszystkich seriach charakteryzuje się jednorodnym rozkładem cząstek metalu. Wszystkie próbki charakteryzowała wysoka porowatość, co skutkowało ich niskim zagęszczeniem. Udział objętościowy molibdenu i miedzi w kompozycie wpłynął na jego twardość i odporność na kruche pękanie. Uzyskane wyniki twardości wskazują, że zwiększenie zawartości molibdenu powoduje niewielki wzrost twardości próbek.

2

The effect of colemanite addition on the properties of mullite-zirconia composites prepared by slip casting

Aydin H., Ceylantekin R., Tokataş G.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2017

|

Vol. 80, nr 1

5--10

EN

Purpose: This study deals with the effects of colemanite (Ca2B6O115H2O) on properties of slip-cast mullite–zirconia composites prepared via reaction–sintering of kaolinite, alumina and zircon powders. Design/methodology/approach: Colloidal processing (slip casting) is the route towards preparing these materials using 45 vol.% aqueous suspensions of a mixture of fine powders stabilized with polyacrylate solution as a dispersant. Findings: The influence of powder composition on physical, mineralogical properties, and microstructure of these composites after firing at 1450, 1500 and 1550°C are observed. The results show that the density of composites tends to increase with the addition of 7 wt.% colemanite. XRD analyses reveal that using colemanite during the synthesis of mullite-zirconia composites lowers the reaction temperature. All of the composites consist of irregularly shaped mullite and round-shaped zirconia grains, which are distributed homogenously. Practical implications: Mullite–zirconia composites, owing to their chemical inertness and good resistance against chemical attack-corrosion by siliceous and metallic melts, they are employed in the glass industry. Originality/value: Reaction sintering process is considered as a promising technology for preparing mullite-zirconia composites, because it has some advantages such as low cost of traditional raw materials, straightforward production technology and low manufacturing cost.

3

Zastosowanie metody odlewania z mas lejnych do formowania elementów z węglika krzemu

Gizowska M., Perkowski K., Kobus I., Zalewska M., Konopka G., Witosławska I., Osuchowski M.

Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

|

2016

|

R. 9, nr 24

21--34

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem elementów z węglika krzemu metodą odlewania z mas lejnych w porowatych formach gipsowych. Do badań wybrano dwa rodzaje proszków SiC różniące się aktywatorami spiekania. Pierwszy z nich zawierał dodatek tlenku glinu i tlenku itru, a drugi dodatki nietlenkowe – bor i węgiel. Oba rodzaje proszków, mimo różniącego się składu, miały zbliżoną morfologię oraz przebieg zmienności potencjału zeta w funkcji pH. Badano właściwości reologiczne zawiesin o stężeniu fazy stałej 40, 45 i 50%obj. Dla spieków wyznaczono wybrane właściwości fizyczne (gęstość, porowatość) oraz mechaniczne (wytrzymałość na zginanie, twardość). Na podstawie badań stwierdzono, że próbki otrzymane z węglika krzemu z dodatkami tlenkowymi po spiekaniu mają gęstość względną ok. 92% i zachowują porowatość otwartą na poziomie ok. 6%. Ich wytrzymałość na zginanie nie przekracza 210 MPa, natomiast twardość mieści się w zakresie HV = 17,2–18,5 GPa. Ceramika węglikowa spiekana w obecności aktywatorów nietlenkowych charakteryzuje się lepszymi parametrami. Takie materiały w wyniku spiekania zagęszczają się powyżej 97% gęstości względnej, przy znikomej porowatości otwartej. Twardość tak otrzymanych materiałów, mieszcząca się w zakresie HV = 20,0–25,2 GPa, jest zbliżona do wartości wyznaczonych przez inne zespoły badawcze (ok. 26 GPa [1]).

EN

In the work results considering obtaining silicon carbide elements made from ceramic slurries by casting in plaster molds were presented. In the researches two kinds of silicone carbide powders differing with sintering activators were used. First one included alumina and yttrium oxide and the second one had additive of non-oxides component such as boron and carbon. Nevertheless different composition, powders have a similar morphology and zeta potential values in the pH function. To prepare ceramic slurries polyacrylic dispersing agents were used. The rheological properties were tested for slurries of volume concentration of powder as follow 40, 45, 50%. For sintered samples physical parameters (density, porosity) and mechanical parameters (flexural strength, hardness) were determined. Basing on the results of the following, obtained ceramics samples made from silicon carbide with oxides additives after sintering showed average relative density around 92%, open porosity approx. 6%, flexural strength was not higher than 210 MPa and hardness HV in the range of 17,2–18,5 GPa. Better parameters were noticed for silicon carbide ceramics obtained from slurries with non-oxides additives. Sintered samples showed better.

4

Wyroby na bazie węglika krzemu formowane techniką odlewania

Wierzba W., Gubernat A., Zych Ł.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 3

259--265

PL

Praca przedstawia wyniki badań nad wytwarzaniem gęstych spieków z węglika krzemu metodą odlewania z zawiesin wodnych. Jako aktywatorów spiekania użyto mieszaniny tlenku glinu i tlenku itru w stosunku wagowym 3:2 w ilości 10% masowych w odniesieniu do suchej masy SiC. Zawiesinę stabilizowano elektrostatycznie poprzez zmianę pH. Wykonane badania potencjału dzeta w funkcji pH oraz badania lepkości w funkcji pH i udziału objętościowego fazy stałej w zawiesinie umożliwiły dobór parametrów zawiesiny, tj. udziału objętościowego cząstek faz stałych, który wyniósł 30% oraz pH zawiesiny bliskiego 8,5. Wyniki badań potwierdziły, że możliwe jest wytworzenie zawiesin rozrzedzanych ścinaniem, nadających się do odlewania wylewnego. Wzrost wytrzymałości formowanych wyrobów w stanie surowym, umożliwiający ich wstępną obróbkę, uzyskano poprzez zastosowanie komercyjnego spoiwa akrylowego (Duramax™ B – 1000). Przygotowane w ten sposób wyroby spiekano swobodnie w temperaturze 2050 ºC. Otrzymane spieki charakteryzowały się wysokim stopniem zagęszczenia oraz jednorodną mikrostrukturą. Badania odporności na kruche pękanie wykazały pozytywny wpływ aktywatorów tlenkowych na wzrost KIc do wartości ~ 5 MPa•m0,5, w stosunku do spieków jednofazowych.

EN

The paper presents results of a research designed to obtain dense material of silicon carbide formed into shapes by slip casting, using aqueous suspensions. Alumina oxide and yttrium oxide were used as sintering additives in a weight ratio of 3:2 in an amount of 10% by mass relative to the dry weight. The slurry was electrostatically stabilized by changing pH. Determination of the zeta potential as a function of pH, and viscosity tests performed as a function of pH and volume concentration of solid phase allowed selecting proper parameters of the suspension such as a solid volume loading of 30% and a pH value of ~ 8,5. The results of these investigations confirmed that it is possible to produce pseudoplastic slurries suitable for slip casting. The increase in strength of green bodies, allowing for their preliminary processing, was obtained by addition of a commercial acrylic binder (Duramax™ B – 1000). SiC casts were pressureless sintered at 2050 ºC, which led to high densities and fine, homogeneous microstructures. A fracture toughness test revealed positive effects of the sintering additives on fracture toughness of the material, increasing a KIc value to ca 5 MPa•m1/2.

5

The influence of sintering temperature on properties of Al2O3-Ni composites

Gizowska M., Miazga A., Konopka K., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 1

33-38

EN

The main advantage of ceramic-metal composites is the increase in fracture toughness of the brittle ceramic matrix. The slip casting moulding method is widely used in the ceramic industry, which gives the possibility to obtain products of complicated shapes without green machining. Good quality and homogeneity of powder consolidation are crucial in the ceramic and ceramic matrix composite fabrication process as they influence the properties of the material. In the paper, the results concerning ceramic matrix ceramic-metal composite fabrication via the slip casting method are presented. Composites were formed from a slurry containing alumina and metallic nickel particles. For the studies nickel powder of average particle diameter below 1 μm was used (Aldrich; d = 8.9 g/cm3). Two types of alumina powder were applied. The materials formed from alumina powder of an average particle diameter of 0.4 μm ( α-Al2O3, A16SG, Almatis; d = 3.9 g/cm3) were sintered at a temperature of 1550 °C (above nickel melting point; TmNi = 1455 °C), whereas composites obtained from alumina powder of an average particle diameter of 0.2 μm ( α-Al2O3, TM-DAR, Tamei, Japan, d = 3.8 g/cm3) undergo densification already at 1300 °C (below nickel melting point). The mechanical properties of the composites are dependent on the processes occurring in the sintering process, during which coalescence may lead to the growth of nickel particles. Stereological analysis of the nickel particles in the alumina matrix (in composites sintered below and above nickel melting point) was performed. The description of nickel particle growth in accordance to the sintering temperature was correlated with mechanical properties of the composites.

PL

Zapotrzebowanie na tworzywa ceramiczne znacznie wzrosło w ostatnich latach ze względu na ich właściwości fizyczne i mechaniczne. Do tych właściwości zalicza się dużą twardość, sztywność, odporność na ścieranie oraz niską gęstość. Duża kruchość tych materiałów ogranicza obszar ich zastosowania. Jedną z metod zwiększenia odporności na pękanie jest wprowadzenie plastycznych cząstek metalu do osnowy ceramicznej, które powodują rozpraszanie energii rozprzestrzeniającego się pęknięcia. W pracy przedstawiono wyniki badań kompozytów Al2O3-Ni otrzymanych metodą odlewania z mas lejnych na bazie proszków metalicznego i ceramicznego. W badaniach jako proszek metaliczny wykorzystano proszek niklu o średnicy cząstek nieprzekraczającej 1 μm (Aldrich; d = 8,9 g/cm3). Natomiast fazą ceramiczną był tlenek glinu. W badaniach korzystano z dwóch rodzajów proszku tlenku glinu. Kompozyty otrzymane z proszku tlenku glinu o średniej średnicy cząstek 0,4 μm (proszek α-Al2O3, A16SG, Almatis; d = 3,9 g/cm3) zostały spieczone w temperaturze 1550 st.C (powyżej temperatury topnienia niklu; TtopNi = 1455°C). Natomiast kompozyty otrzymane z proszku tlenku glinu o średniej średnicy cząstek 0,2 μm ( α-Al2O3, TM-DAR, Tamei, Japan, d = 3,8 g/cm3) ulegają zagęszczeniu już w temperaturze 1300°C (poniżej temperatury topnienia niklu). Właściwości mechaniczne kompozytów zależą także od warunków procesów spiekania, podczas którego może dojść do znacznego rozrostu cząstek niklu w wyniku ich koalescencji. Obserwacja mikrostruktury oraz analiza cząstek niklu w kompozytach spiekanych powyżej i poniżej temperatury topnienia niklu pozwoliła na opis wpływu temperatury spiekania na rozrost cząstek niklu w osnowie ceramicznej.

6

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.

7

Alumina matrix ceramic-nickel composites wet processing

Gizowska M., Konopka K., Szafran M.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 1

61-65

EN

The main advantage of ceramic-metal composites is the increase of fracture toughness of the brittle ceramic matrix. The slip casting moulding method is widely used in the ceramic industry, which gives the possibility to obtain products of complicated shapes without green machining. Good quality and homogeneity of powder consolidation is crucial in the ceramic and ceramic matrix composite fabrication process as it influences the properties of the material. In the case of such complex systems as powder mixture dispersions in a liquid medium (slurry), it is indispensable to investigate the phenomena taking place at the solid-liquid interface which determines dispersion stability and governs the interaction characteristics between the particles of different types (ceramic and metallic). In the paper, the results concerning ceramic matrix ceramic-metal composite fabrication via the slip casting method are presented. The following materials were used: alumina powder (TM-DAR, Tamei Japan) of average particle size D50 = 0.21 µm, 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 µm, specific surface area of SBET = 2.1 m²/g and density d = 8.9 g/cm³. Ceramic and metallic powders show great differences in electrokinetic behavior, which can cause the heteroflocculation effect to take place in the suspension. In order to investigate the particles interaction character, the zeta potential of each powder and its mixture was measured. The zeta potential measurements were performed on diluted suspensions that contained deflocculants, as a function of pH. Additionally, the particle size distribution of the diluted slurries was conducted in order to investigate the agglomeration characteristics. Rheological measurements of the slurries were performed. Furthermore, the chosen physical and mechanical properties of sintered bodies were examined (i.e.: bending strength, hardness and fracture toughness).

PL

Zapotrzebowanie na tworzywa ceramiczne znacznie wzrosło w ciągu ostatnich lat ze względu na niepowtarzalne właściwości ceramiki, niemożliwe do osiągnięcia przy zastosowaniu innych materiałów. Do korzystnych cech ceramiki można zaliczyć dużą twardość, sztywność, odporność na ścieranie oraz niską gęstość. Jednak kruchość tych materiałów ogranicza obszar ich zastosowania. Jedną z metod zwiększenia odporności na kruche pękanie jest realizowane poprzez wprowadzenie plastycznych cząstek metalu do osnowy ceramicznej, na których energia rozprzestrzeniającego się pęknięcia ulega rozproszeniu. Do tej pory do formowania kompozytów ceramika-metal o osnowie ceramicznej wykorzystywano głównie metody oparte na formowaniu z mas sypkich, spośród których można wyróżnić: prasowanie, prasowanie na gorąco, prasowanie izostatyczne czy metodę wtrysku. Jednak wszystkie te metody mają pewne ograniczenia. Głównym ograniczeniem wymienionych wyżej metod formowania kompozytów są olbrzymie trudności z formowaniem wyrobów o skomplikowanym kształcie i o znacznych wymiarach. W artykule przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem kompozytów o osnowie z tlenku glinu z rozproszonymi cząstkami niklu metodą bezciśnieniowego odlewania z mas lejnych w porowatych formach gipsowych na bazie proszków metalicznego i ceramicznego. Zastosowano tlenek glinu (proszek α-Al2O3, TM-DAR, Tamei, Japan) o średniej wielkości ziarna 0,2 µm i gęstości 3,8 g/cm³ oraz niklu (Aldrich) o średniej wielkości ziarna 2,13 µm i gęstości 8,9 g/cm³. Wyznaczono krzywe zależności potencjału zeta 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 (przyciągania się elektrostatycznego cząstek różnego rodzaju i o różnym ładunku). Prowadzić to powinno do równomiernego rozmieszczenia cząstek metalicznych w kompozycie ceramika-metal. W wyniku powstawania przeciwnych ładunków podwójnej warstwy elektrycznej poszczególnych proszków dochodzi do elektrostatycznego przyciągania cząstek ceramicznych i metalu (tzw. efekt heteroflokulacji). Dzięki temu zjawisku kompozyt charakteryzuje się równomierną dystrybucją cząstek metalu w osnowie ceramicznej. W niniejszej pracy przedstawiono opis zjawisk elektrokinetycznych występujących w układzie tlenek glinu i nikiel na podstawie pomiarów potencjału zeta sprzężonych z pomiarem rozkładu wielkości cząstek dla czystych proszków oraz ich mieszanin zarówno w wodzie, jak i w roztworze upłynniaczy stosowanych w masie lejnej. Ponadto przeprowadzono badania lepkości dynamicznej i naprężeń ścinających przy zmiennej szybkości ścinania mas lejnych o różnych zawartościach proszku niklu. Przedstawiono także wybrane właściwości fizyczne i mechaniczne spieczonych kompozytów.

8

Properties of water-based slurries for fabrication of ceramic-metal composites by slip casting method

Gizowska M., Konopka K., Szafran M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 4

1105-1110

EN

The main advantage of ceramic-metal composites is the increase of fracture toughness of the brittle ceramic matrix. The slip casting method gives the possibility to obtain products of complicated shapes without green machining.In the work results concerning colloidal and rheological aspects of ceramic-metal composite fabrication via the slip casting method are presented. Slurry consisted of ceramic (?-Al2O3) and nickel powder suspended in water with addition of deflocculants composition (citric acid and diammonium citrate), surface-active agents and binder. Ceramic and metallic powders show great differences in electrokinetic behavior, which cause that the heteroflocculation effect in the suspension can take place. In order to investigate the particles interaction characteristics, the zeta potential of each powder was examined. The zeta potential measurements were performed for diluted suspensions as a function of pH. Rheological measurements of the slurries were performed. Although surface of alumina was modified, so that the electrokinetic behavior resembled one of nickel, it turned out that the presence of nickel particles has great influence on the slurry properties. The change of rheological properties for slurries containing nickel particles results probably from strong interaction between alumina and nickel particles.

PL

Do korzystnych cech ceramiki można zaliczyć dużą twardość, sztywność, odporność na ścieranie oraz niską gęstość. Jednak kruchość tych materiałów ogranicza obszar ich zastosowania. Jedna z metod zwiększenia odporności na kruche pękanie jest realizowane poprzez wprowadzenie plastycznych cząstek metalu do osnowy ceramicznej. Przedstawiono wyniki badań właściwości mas lejnych do otrzymywania kompozytów o osnowie z tlenku glinu z rozproszonymi cząstkami niklu metodą odlewania z mas lejnych na bazie proszków metalicznego i ceramicznego. W skład mas lejnych wchodziła mieszanina proszku tlenku glinu i niklu oraz układ upłynniaczy, środek powierzchniowoczynny i spoiwo. Materiały wykorzystane w badaniach charakteryzują się dużą różnicą ich właściwości elektrokinetycznych, przez co w ich mieszaninie może dochodzić do efektu heteroflokulacji (przyciągania się elektrostatycznego cząstek o różnego rodzaju i o róznym ładunku). W niniejszej pracy przedstawiono opis zjawisk elektrokinetycznych występujących w układzie tlenek glinu i nikiel na podstawie pomiarów potencjału zeta zarówno w wodzie, jak i w roztworze upłynniaczy stosowanych w masie lejnej. Ponadto przeprowadzono badania własciwości reologicznych w celu określenia wpływu obecności cząstek metalicznych w masie lejnej na właściwości zawiesiny. Wprowadzane do masy lejnej środki upłynniające modyfikują powierzchnie tlenku glinu minimalizując aglomeracje cząstek związaną z efektem heteroflokulacji. Pomimo to zaobserwowano znaczny wpływ obecności cząstek niklu na właściwości reologiczne mas lejnych.

9

Formowanie tworzyw ceramicznych metodą odlewania

Gizowska M., Szafran M.

Materiały Ceramiczne

|

2009

|

T. 61, nr 3

173-178

PL

W artykule przedstawiono podstawy teoretyczne formowania tworzyw ceramicznych metodą odlewania, w której masa lejna odwzorowuje powierzchnię porowatej formy. Metoda odlewania jest metodą znaną i chętnie stosowaną w technologii ceramiki, w produkcji wyrobów sanitarnych oraz ceramiki stołowej. Jednakże trwają badania nad rozszerzeniem zastosowania tej metody przy produkcji "zaawansowanej ceramiki", tj.: do otrzymywania nanomateriałów i kompozytów ceramika-metal. W celu otrzymania masy lejnej o optymalnych właściwościach, gwarantującej otrzymanie wyrobów pozbawionych defektów, wprowadzane są odpowiednie dodatki, tj.: uptynniacze, spoiwa oraz środki powierzchniowoczynne. W artykule opisano rolę poszczególnych składników masy oraz opisano mechanizmy upłynniania proszków ceramicznych.

EN

In the paper, basic principles of slip casting are presented. Slip casting is a forming method in ceramic technology in which ceramic slurry poured into a porous mould replicates its negative. This method is well known and widely used in ceramic technology, in the manufacture of sanitaryware and tableware. However, the slip casting method may find application in production of advanced ceramic materials where research is carried out concerning the use of this forming method in obtaining nanomaterials and ceramic-metal composites. In order to obtain slurry of the most beneficial properties - leading to obtaining ceramic bodies without defects - some additives are introduced into it. Generally additives are as follows: deffloculants, binders and surface active agents. In the paper, the role of each ingredient is described. Mechanisms of deflocculation of ceramic powder in liquid medium are described.

10

Slip casting process for the manufacture of tubular alumina microfiltration membranes

Falamaki C., Beyhaghi M.

Materials Science Poland

|

2009

|

Vol. 27, No. 2

427--441

EN

A thorough investigation of the slip casting process for the manufacture of tubular alumina microfiltration membranes is presented. For this means an initial powder of an average particle size of 2 žm and broad size distribution (up to 10 žm) for imparting initial large pores during the slip casting process was used. The dispersing ability of sodium carboxymethylcellulose (Na-CMC) and Tiron (C6H4O8S2Na2źH2O) for slips containing 40, 50 and 60 wt. % of alumina was studied. It was shown that Na-CMC is not able to act as a proper dispersant. The kinetics of the slip casting process and time dependences of cast twodimensional profile were investigated in function of slip concentration. The effect of sintering temperature on the pore microstructure of the final products was investigated. In all cases, the cross sections of the tubular membranes consisted of two regions: an inner thick section, consisting of relatively large pores, and a thin outer section, consisting of smaller pores. This phenomenon was attributed to Na-CMC migration during drying prior to sintering. The ratio of the thicknesses of the two sections depended on the slip concentration and sintering temperature. The average permeable pore size, based on dry nitrogen permeability experiments, was in the range of 0.13-0.24 žm. The controlled use of partial binder migration during cast drying for the production of graded microfilter membranes was addressed.

11

Wpływ modyfikatorów na właściwości ceramiki sanitarnej

Osińska M, Lachowicz K.

Przemysł Chemiczny

|

2008

|

T. 87, nr 6

721-724

12

Kompozyty ceramika-metal otrzymywane z wykorzystaniem ceramicznych mas lejnych

Gizowska M., Szafran M., Bobryk E., Wasilewski Ł., Konopka K.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 1

53-58

PL

Przedstawiono wyniki badań nad otrzymywaniem kompozytów ceramika-metal metodą odlewania mas lejnych na bazie proszków metalicznego i ceramicznego w formach gipsowych. Otrzymano kompozyty o osnowie z tlenku glinu z dwoma rodzajami fazy rozproszonej: z proszkiem żelaza oraz proszkiem niklu, dodawane w ilości 3% obj. w stosunku do fazy stałej. W roli rozpuszczalnika stosowano wodę destylowaną. W skład masy wchodziła także kompozycja upłynniaczy, nadająca masie lejnej odpowiednie właściwości reologiczne, związki powierzchniowo czynne oraz spoiwo. Środowisko masy lejnej i zjawiska zachodzące w obszarze podwójnej warstwy elektrycznej otaczające cząstki wpływają na mikrostrukturę kompozytów. Stosując proszek żelaza, można otrzymać kompozyty z gradientem stężenia cząstek żelaza poprzez dobór warunków (stężenie fazy stałej w masie lejnej, sił powodujących ruch cząstek żelaza). W przypadku proszku niklu w stosowanym środowisku występuje efekt heteroflokulacji (związany z przyciąganiem elektrostatycznym cząstek Al2O3 i Ni o przeciwnym wypadkowym ładunku warstwy podwójnej), sprzyjający równomiernej dystrybucji cząstek metalu w objętości próbki.

EN

In the study the results of researches considering the use of slip casting method in fabrication ceramic-metallic composites are presented. Slurry consisted of ceramic ([alpha]-Al2O3) and metallic powder suspended in water with addition of a liquidizers' composition (citric acid and diammonium citrate), surface-active agents and binders. Nickel (of average particle diameter 2.13 žm and density of 8.9 g/cm3) and iron (of average particle diameter 4 žm and density of 7.81 g/cm3) powders were used as a metallic phase. Both were added in amount of 3% by volume (in reference with total solid state amount). In the proposed environment (e.i. water as liquid medium, deflocculants) it is possible to control the distribution of iron particles in alumina matrix by means of solid state content in slurry, the forces causing the metal particles movement etc. Ceramic-metallic composites Al2O3-Fe with graded concentration of Fe particles were obtained by gravity sedimentation of heavier iron particles and by additional forcing the movement of iron particles in magnetic field. In the latter case higher concentration of solid state in the slurry could be used. The double layer surrounding the suspended iron and alumina particles has in both cases positive charge and there is so electrostatic attraction between them. The gradient of metallic particles concentration can be obtained when distance between the suspended particles in the slurry is bigger then the average metal particle diameter. Nickel particles in water show very low pH value of isoelectric point and in the produced slurry heterofloculation was observed. This effect can guarantee homogeneous distribution in Al2O3-Ni composites obtained via slip casting method.

13

Zastosowanie mas lejnych do otrzymywania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu

Szafran M., Bobryk E., Gizowska M., Rosłoniec G., Konopka K.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 3

126-129

PL

Przedstawiono badania nad zastosowaniem mas lejnych do otrzymywania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu. Masy lejne przygotowano z mieszaniny proszku Al2O3 i Fe, gdzie żelazo stanowiło 3% objętości mieszaniny. Zastosowanym rozpuszczalnikiem była woda destylowana. Ponadto w skład masy wchodziły spoiwo i taki układ upłynniaczy, który nadaje masie lejnej odpowiednie właściwości reologiczne. Masy lejne odlewano do form gipsowych, otrzymując kształtki o średnicy ok. 10 mm i wysokości 20 mm. Gradient stężenia cząstek metalu realizowano na dwa sposoby. Pierwszy z nich polegał na swobodnej sedymentacji cięższych cząstek żelaza pod wpływem siły ciężkości. Takie zjawisko może zajść jedynie wtedy, kiedy średnia odległość między cząstkami proszku ceramicznego w masie lejnej jest większa od średnicy cząstek metalu. Należy przy tym pamiętać, że odległości te są tym mniejsze, im mniejsza jest średnica zdyspergowanego proszku oraz im większe jest stężenie fazy stałej w zawiesinie. Przy zastosowaniu tej metody gradient stężenia cząstek metalu na wysokości kształtki otrzymano, wychodząc z masy lejnej o stężeniu fazy stałej 39,5% obj. W przypadku wymuszenia ruchu cząstek żelaza w polu magnetycznym w kierunku silnego magnesu możliwe jest uzyskanie gradientu stężenia cząstek metalu, stosując wyjściową masę lejną o stężeniu fazy stałej równej 42,6-50% obj.

EN

The main advantage of ceramic-metal composites is an increase of the fracture toughness of the brittle ceramic matrix. Functionally graded materials (FGM) in the mentioned system provides possibility to obtain material which properties such as fracture toughness, thermal, electrical conductivity etc. change as a function of distance from the surface of material. In the paper the method of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. Slip casting was chosen as a composite forming method. The gradient was obtained by means of iron particles sedimentation under gravitation force. In the samples produced from more concentrated slurries magnetic field had to be used in order to obtain a FGM. The slurry consisted of a mixture of iron and alumina powders, liquidizers, surface-active agents and binders and water as a solvent. The composites Al2O3-Fe were fabricated from the slip casting slurry containing 39.5, 42.6, 50% (by volume) solid state. Obtaining FGM by the sedimentation in the gravity force field is possible only when the distance between the dispersed particles/agglomerates is bigger then the diameter of metal particle. Otherwise magnetic field applying is indispensable. Using magnetic field leads to graded character of iron particles distribution in samples produced from more concentrated slurries. Moreover metal particles agglomerates are situated along the magnetic field lines. A fluctuation of iron particles surface in a sample produced from slurry with high solid state concentration of 50% by volume, which is desirable in ceramic technological processes, proving graded distribution of iron along the axis of the composite sample.

14

Wytwarzanie kompozytów gradientowych Al2O3-Fe metodą odlewania z mas lejnych

Konopka K., Szafran M., Bobryk E.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 1

57-61

PL

Przedstawiono metodę wytwarzania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu z wykorzystaniem metody odlewania z mas lejnych. Metoda ta polega na odpowiednim przygotowaniu ceramicznej masy lejnej składającej się z rozpuszczalnika, upłynniacza, spoiwa oraz proszku ceramicznego i proszku metalu. W pracy przedstawiono sposób dobierania mas lejnych, sposób wymuszenia gradientu pod wpływem siły ciężkości, a także pola magnetycznego (rys. 1). Wytworzono i zbadano kompozyty Al2O3-Fe z masy lejnej o stężeniu fazy stałej 40 i 50% i o zawartości Fe 5% obj. w stosunku do tlenku glinu. Sedymentacja cząstek metalu o gęstości znacznie wyższej od gęstości proszku ceramicznego pod wpływem siły ciężkości może zachodzić tylko wówczas, gdy odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego w ceramicznej masie lejnej są większe od średnicy cząstek metalu. W przypadku gdy rozmiar cząstek metalu jest porównywalny lub większy od odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego, rozmieszczenie cząstek żelaza w kompozycie jest równomierne (rys. 2). Gradient stężenia cząstek metalu może być wymuszony, gdy zastosuje się odlewanie w obecności magnesu umieszczonego pod formą gipsową. Pole magnetyczne powoduje ruch cząstek żelaza w kierunku magnesu (rys. 3). W kompozytach stwierdzono aglomeraty cząstek Fe (rys. 4).

EN

The principal advantage of ceramic-metal composites is an increase of the resistance to brittle fracture compared to that of the ceramic matrix. Functionally gradient composites is the special kind of composites because the variation of the percent content of the metallic phase in ceramic matrix allow to change the fracture toughness as a function of the distance from the surface of material. Moreover, it is possible to modify its electric, thermal and magnetic properties. In the paper the way of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. As a method of composites fabrication the slip casting method was chosen. The process of metal particles sedimentation under gravitation force and magnetic field (Fig. 1) was used to achieve the gradient concentration of metal particles. In slip casting method the mixture of powders with addition of liquidizers, surface-active agents and binders is used. The proper selection of components in slip casting mass is crucial for obtaining the material, especially composites in which powders with different density are mixed. In the paper the way of preparing of slip casting mass is discussed. The AlaOj-Fe composites were fabricated from the slip casting mass containing 40 and 50 vol.% of solid phase (volume % of Fe equal to 5). The mkrostructure of composites were characterized by optical microscope and scanning electron microscope. Process of metal particles with higher density than the density of ceramic powder sedimentation under gravity force is possible when the distance between the ceramic powder particles are bigger than the size of metal particles. When the size of metal particles is equal or higher than the distance between the Al2O3 particles the distribution of Fe particle is uniform as it is shown in Figure 2. Magnetic force leads to gradient concentration of metal particles according to the schema presented in Figure 1, moreover the metal particles are situated along the line of magnetic field (Fig. 3). In the composites the Fe particles make agglomerates (Fig. 4).

15

Projektowanie kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu

Szafran M., Bobryk E., Konopka K.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 3

10-15

PL

Przedstawiono metodę projektowania kompozytów ceramika-metal z gradientem stężenia cząstek metalu z wykorzystaniem sedymentacji cząstek metalu w ceramicznej masie lejnej otrzymanej z proszku ceramicznego i proszku metalu o różnej gęstości. Metoda ta polega na odpowiednim przygotowaniu ceramicznej masy lejnej składającej się z rozpuszczalnika, upłynniacza, spoiwa oraz proszku ceramicznego i proszku metalu. Sedymentacja cząstek metalu o gęstości znacznie wyższej od gęstości proszku ceramicznego pod wpływem siły ciężkości może zachodzić tylko wówczas, gdy odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego w ceramicznej masie lejnej są większe od średnicy cząstek metalu (rys. 2). W pracy przedstawiono metodę oraz wyniki obliczeń odległości pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego w zależności od stężenia fazy stałej oraz średniej wielkości cząstki proszku ceramicznego. Obliczenia te wykonano przy założeniu luźnego, regularnego ułożenia cząstek. Wyniki przedstawione w tabeli l i na rysunku 3 wskazują, że odległość pomiędzy cząstkami proszku ceramicznego maleje wraz ze zmniejszeniem średniej średnicy cząstek oraz ze wzrostem stężenia fazy stałej w ceramicznej masie lejnej. Wyniki tych obliczeń potwierdzono, przygotowując ceramiczną masę lejną z tlenku glinu oraz proszku żelazowego. Zastosowano tlenek glinu o średniej średnicy cząstek 0,5 um i o gęstości 3,926 g/cm3 oraz proszek żelaza o średnicy cząstek równej 4 um i gęstości 7,81 g/cm3. W przypadku mas lejnych o stężeniu tlenku glinu powyżej 40% obj. nie obserwowano gradientu stężenia cząstek żelaza na wysokości kształtki otrzymanej metodą odlewania w formie gipsowej. Gradient stężenia cząstek żelaza spowodowany sedymentacją obserwuje się wówczas, gdy rozmiar cząstek żelaza w masie lejnej jest mniejszy niż odległość pomiędzy cząstkami tlenku glinu w ceramicznej masie lejnej. Metodą tą można uzyskać kształtki z gradientem nie tylko stężenia cząstek metalu, ale także z gradientem wielkości tych cząstek na wysokości kształtki. Gradient stężenia cząstek metalu może być wymuszony, gdy zastosuje się odlewanie w obecności silnego magnesu umieszczonego bezpośrednio pod formą gipsową. Pole magnetyczne powoduje ruch cząstek żelaza w kierunku magnesu.

EN

In the paper the design of ceramic-metal composites with gradient concentration of metal particles is presented. As a method of composites fabrication the slip casting method was chosen. The process of metal particles sedimentation under gravitation force and magnetic field was used to achieve the gradient concentration of metal particles. In slip casting method the mixture of powders with addition of liquidizers, surface active agents and binders is prepared. Process of metal particles with higher density than the density of ceramic powder sedimentation under gravity force is possible when the distance between the ceramic powder particles are bigger than the size of metal particles (Fig. 2). In the paper the calculations of the distances between the particles are presented. Moreover, the correlation between the size of metal particles and the distance between ceramic particles is described. In calculations the assumption was made that there is regular distribution of free particles. Results showed that the distance between the particles decreases together with the decrease of average size of particles and with increase of concentration of solid phase in slip casting (Tab. 1, Fig. 3). Experimental results confirmed the calculations. The composites Al2O3-Fe were prepared. The Al2O3 powder with average diameter equal to 0.5 um and density equal to 3.926 g/cm3 was used. The average size of Fe powder was equal to 4 um, and its density was equal to 7.81 g/cm3. In case of slip casting with 40 volume % of alumina powder no gradient concentration in composites was noticed. Gradient concentration of iron particles is possible when the size of Fe particles in slip casting is lower than the distance between the Al2O3 particles. In such a situation when gradient concentration of metal particles can not be obtained by sedimentation method i.e. when the size of metal particles is equal or bigger than the distance between the particles, the magnetic force might be used. Magnetic force leads to gradient concentration of metal particles, moreover the metal particles are situated along the line of magnetic field.

16

Effect of mixing in the character of ceramic suspension and properties of ceramic budies prepared by slip casting method

Andertova J., Jirout T., Rieger F., Havrda J., Sticha T.

Inżynieria i Aparatura Chemiczna

|

2005

|

Nr 5s

3-5

EN

The work deals with the study of the effect of mixing operation parameters on the characteristics of ceramic suspensions and mechanical and physical properties of ceramic bodies prepared by the method of slip casting into porous molds. Two procedures of suspension preparation were used. The particle size distributions before and after mixing operation were measured.

PL

W pracy przedstawiono badania wpływu parametrów procesu mieszania na charakterystykę zawiesin ceramicznych oraz mechaniczne i fizykochemiczne własności mas ceramicznych wytwarzanych metodą odlewania z gęstwy w formie porowatej. Wykorzystano dwa sposoby otrzymywania zawiesiny. Mierzono rozkład rozmiarów cząstek przed i po operacji mieszania.