Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Otrzymywanie granatu itrowo-glinowego metodą spiekania reakcyjnego z wykorzystaniem zarodkowania heterogenicznego

Stan Magdalena, Wojciechowski Kamil, Lach Radosław, Haberko Jakub, Bućko Mirosław M.

Materiały Ceramiczne

|

2019

|

T. 71, nr 1

25--35

PL

W niniejszym artykule przedstawiono nową metodę otrzymywania granatu itrowo-glinowego, wykorzystującą spiekanie reakcyjne z zarodkowaniem fazy granatu heterogenicznymi nanometrycznymi cząstkami α-Al2O3. Pierwszym krokiem było otrzymanie prekursorów tlenku glinu i tlenku itru poprzez ich wytrącenie z roztworów azotanów (odpowiednio glinu i itru) za pomocą węglanu amonu, a następnie wyprażenie prekursora tlenku itru w temperaturze 700 °C, natomiast prekursor tlenku glinu poddano obróbce hydrotermalnej w 130 °C przez 2 h. Dwie stechiometryczne względem Y3Al5O12 mieszaniny otrzymanych proszków były homogenizowane przez 30 minut w środowisku o pH = 12, następnie zostały wysuszone. W jednej mieszaninie 10% obj. hydrotermalnie otrzymanego składnika glinowego zastąpiono nanoproszkiem α-Al2O3 w celu wywołania efektu zarodkowania. Homogeniczne mieszaniny proszkowe zostały zaprasowane pod ciśnieniem 300 MPa i spieczone w cyklu obejmującym spiekanie swobodne w temperaturach 1130-1675 °C, a w przypadku próbek spiekanych w najwyższej temperaturze dodatkowe zagęszczanie HIP w 1600 °C. Skład fazowy wytworzonych proszków i spieków został określony za pomocą analizy XRD, natomiast mikrostruktura tych ostatnich została przedstawiona na obrazach SEM. Dodatkowo wykonano analizę DSC-TG otrzymanych proszków prekursorów. Reakcja w stanie stałym pomiędzy prekursorami tlenku itru i tlenku glinu prowadziła do otrzymania granatu itrowo-glinowego. Wykorzystanie zarodkowania heterogenicznego pozwoliło na uzyskanie wyższego zagęszczenia otrzymywanych materiałów niż w przypadku próbek niezarodkowanych, zarówno podczas spiekania swobodnego, jak i po doprasowaniu izostatycznym na gorąco i wytworzenie w pełni zagęszczonego materiału.

EN

This article presents a new method of obtaining yttrium-aluminium garnet, which uses reaction sintering with nucleation using heterogeneous nanometric α-Al2O3 particles. The first step was to obtain alumina and yttria precursors by precipitating them from nitrate solutions (aluminium and yttrium, respectively) with ammonium carbonate followed by calcination of the yttrium oxide precursor at 700 ° C, while the aluminium oxide precursor was hydrothermally treated at 130 °C for 2 h. Two stoichiometric mixtures with respect to Y3Al5O12 of the obtained powders were homogenized for 30 minutes in an environment of pH = 12, then they were dried. In one mixture, 10 vol.% of the hydrothermal aluminium component was replaced by α-Al2O3 nanopowder to induce nucleation. Homogeneous powder mixtures were pressed at a pressure of 300 MPa and sintered in a cycle consisting of natural sintering at temperatures of 1130-1675 °C and additional HIP densification at 1600 °C in the case of samples sintered at the highest temperature. The phase composition of the produced powders and sinters was determined by XRD analysis, while the microstructure of the latter was shown in SEM images. In addition, DSC-TG analysis of the obtained precursor powders was performed. The solid state reaction between the yttrium oxide and alumina precursors led to the yttrium-aluminium garnet. The use of heterogeneous nucleation allowed for a higher density of obtained materials than for non-nucleated samples, both during free sintering and after hot isostatic pressing, and production of fully dense material.

2

Właściwości mechaniczne kompozytów narzędziowych z tlenku glinu, wzmacnianych węglikoazotkiem tytanu

Szutkowska M., Boniecki M., Podsiadło M., Kalinka A.

Mechanik

|

2018

|

R. 91, nr 5-6

438--442

PL

Przedstawiono właściwości mechaniczne kompozytów na osnowie z tlenku glinu, wzmacnianych Ti(C,N) w ilości 30% masy, wytworzonych na bazie proszków komercyjnych, o mikrometrycznych i nanometrycznych rozmiarach cząstek. Zastosowano bezciśnieniowe spiekanie PS w próżni i spiekanie reakcyjne SPS. Wykonano pomiary: twardości Vickersa, gęstości, modułu Younga i odporności na ścieranie. Odporność na pękanie (KIC) wyznaczono w temperaturze pokojowej i podwyższonej do 1073 K – charakterystycznej dla pracy narzędzia. Właściwości fizyczne i mechaniczne kompozytów Al2O3/Ti(C,N)/ZrO2, wytworzonych na bazie mikroproszków, porównano z właściwościami kompozytów zawierających proszki mieszane, mikrometryczne i nanometryczne, z udziałem proszków nanometrycznych od 17% do 36% masy. Kompozyty Al2O3/Ti(C,N)/ZrO2 z udziałem proszków nanometrycznych wykazują w temperaturze otoczenia niższe wartości KIC (o ok. 10÷30%) w porównaniu z kompozytami wytworzonymi na bazie proszków mikrometrycznych. Natomiast w temperaturze podwyższonej do 1073 K ich odporność na pękanie wzrasta nawet o 30%. Obserwacje mikrostruktury badanych kompozytów przeprowadzono za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej.

EN

The present study reports mechanical properties obtained by reinforcing alumina composites with Ti(C,N) in amount 30 wt.% prepared on the basis micro and nanoscale trade powders. The pressureless sintering PS in a vacuum and SPS method of sintering were used. Vickers hardness, density, Young modulus, wear resistance were evaluated. Fracture toughness (KIC) at ambient and elevated temperatures up to 1073 K, characteristic for tool work was measured. Physical and mechanical properties of the composites Al2O3/Ti(C,N)/ZrO2 based on the powders in microscale were compared with composites containing nanoscale powders in a range from 17 to 36 wt.%. Tested composites with nanoscale powders content reveal lower KIC (approx. 10÷30%) at ambient temperature in comparison to composites based on powders in microscale. However, in the elevated temperatures their fracture toughness increases up to 30%. The observation of the microstructure of tested composites was carried out using scanning electron microscopy.

3

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.

4

Zastosowanie urządzenia SPS w procesie spiekania reakcyjnego materiałów ceramicznych

Putyra P., Laszkiewicz-Łukasik J., Jaworska L.

Mechanik

|

2016

|

R. 89, nr 4

294--297

PL

Omówiono metodę spiekania materiałów z wykorzystaniem nagrzewania iskrą elektryczną SPS i metodę spiekania reakcyjnego SPS na przykładzie ceramiki TaB2. Syntezę proszków tantalu i boru oraz proces spiekania przeprowadzono w ramach jednego etapu technologicznego. Zaprezentowano wyniki badań mikrostrukturalnych oraz pomiarów gęstości pozornej, modułu Younga i twardości Vickersa materiałów po reakcji syntezy i procesie spiekania.

EN

The Spark Plasma Sintering (SPS) method for densification of ceramic materials and the SPS reactive sintering process at the example of tantalum diboride (TaB2) ceramic was described. Synthesis of tantalum and boron mixture and follow sintering process were carried out in one production stage. The results of microstructural investigation, apparent density measurements, Young's modulus and Vickers hardness of the materials obtained by synthesis reaction and by sintering process are presented.

5

The influence of heating rate during sintering on mechanical properties of Fe40Al sinters at room temperature

Siemiaszko D., Nowakowska I., Komorek Z.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 5

267--271

EN

The results of a uniaxial compression test of Fe40Al (at. %) sintered powders are presented. Compression yield stress Rc0.2, ultimate strength Rcm, permanent deformation, and true compression strength at the maximum force point were determined. All Fe40Al sinters behaved like a plastic material; they were not brittle, and the sample after the compression test did not fall apart and was barrel-shaped. Observations of the microstructure revealed plastically-deformed grains. The obtained sinters were characterized by very high ultimate compressive strength (ok. 2700÷2800 MPa) and low yield stress (Rc0.2 approx. 280 MPa). This paper presents also XRD analyses, microstructure, and density of Fe40Al sinters.

PL

Podstawowym celem pracy było zbadanie wpływu szybkości nagrzewania podczas spiekania na właściwości mechaniczne spieków Fe40Al. W pracy zaprezentowano wyniki analizy dyfrakcji rentgenowskiej, pomiary gęstości, twardości sposobem Vickersa (HV0,5), a także właściwości wytrzymałościowe uzyskane w próbie ściskania.

6

Synteza i spiekanie dwuborku tantalu metodą SPS

Laszkiewicz-Łukasik J., Putyra P., Jaworska L., Podsiadło M.

Materiały Ceramiczne

|

2014

|

T. 66, nr 4

440--445

PL

Materiały ceramiczne o osnowie borków, węglików i azotków metali przejściowych charakteryzują się silnymi wiązaniami kowalencyjnymi oraz wysoką temperaturą topnienia (powyżej 3000 °C). Ceramikę tę charakteryzuje stabilność właściwości fizyko-mechanicznych w szerokim zakresie temperatur, dlatego materiały te mogą znaleźć zastosowanie m.in. na odpowiedzialne komponenty ochrony termicznej, części maszyn pracujące w wysokich temperaturach oraz inne, od których wymagana jest także odporność na utlenianie. W artykule omówiono metodę spiekania reakcyjnego materiałów o osnowie dwuborku tantalu TaB2. Syntezę proszków tantalu i boru oraz proces spiekania przeprowadzono w jednym etapie technologicznym przy zastosowaniu metody SPS/FAST (ang. spark plasma sintering, field assisted sintering technology). Procesy spiekania przeprowadzono w temperaturze 2200 °C. Czas spiekania wynosił 5 min. Prędkość nagrzewania mieściła się w zakresie od 50 °C/min do 400 °C/min. Badania miały na celu określenie wpływu szybkości nagrzewania na mikrostrukturę i właściwości otrzymanych spieków. W pracy zaprezentowano wyniki analiz składu fazowego i mikrostruktury otrzymanych próbek, które przeprowadzono odpowiednio metodą dyfrakcyjną i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Dla pełnej charakterystyki materiałów wykonano również pomiary gęstości metodą hydrostatyczną, modułu Younga metodą ultradźwiękową oraz twardości metodą Vickersa.

EN

Ceramic materials composed of a matrix based on borides, carbides and nitrides of transition metals have strong covalent bonds and high melting points over 3000°C. These materials show stability of physical and mechanical properties over a wide temperature range, and therefore can be used as responsible components of thermal protections, machine parts working at high temperatures or other elements for applications which require a resistance to oxidation. This paper presents reactive sintering as a method of the obtaining tantalum diboride TaB2. The synthesis of tantalum and boron powders and the sintering process were carried out in a single technological stage using the SPS/FAST method (Spark Plasma Sintering, Field Assisted Sintering Technology). Sintering processes were carried out for 5 min at a temperature of 2200 °C. Heating rates ranged from 50 °C/min to 400 °C/min. The study aimed to determine the influence of heating rate on the microstructure and properties of the sintered materials. The results of X-ray phase composition and SEM analyses are presented. The density by hydrostatic method, Young's modulus by ultrasonic method, and hardness by Vickers’ indentation were also determined for a complete characterization of the materials.

7

Nowe perspektywy dla materiałów narzędziowych – borki metali przejściowych

Laszkiewicz-Łukasik J.

Mechanik

|

2013

|

R. 86, nr 2

103--106

PL

Unikatowe połączenie właściwości materiałów o osnowie borków stwarza możliwość ich zastosowania na materiały narzędziowe. W pracy przedstawiono drogi postępowania, dzięki którym możliwe jest wytwarzanie trudno spiekalnych faz borkowych, poprzez zastosowanie dodatków obniżających temperaturę spiekania, ale pogarszających właściwości spieków. Zastosowanie metody SPS do przeprowadzenia spiekania reakcyjnego pozwala na otrzymanie monolitycznego materiału borkowego.

EN

The unique combination of properties of borides matrix materials creates the possibility of their application for tool materials. This paper presents a method of procedure by which it is possible to obtain boride phases difficult for sintering, through the use of additives. The additives lower sintering point but have disadvantageous influence on materials’ properties. Application of the SPS method for reaction sintering allows to obtain a monolithic material.

8

High density sintered stainless steels with improved properties

Rosso M., Actis Grande M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 21, nr 2

97-102

EN

Purpose: of this paper is the study of the properties of sintered ALSI 316L (1.4404 according to EN 10088. Sintered stainless steels occupy a prominent position in the high alloyed steels, however their properties are limited by the presence of porosity. The improvement of quality and performances of products coupled with a reduction of manufacturing costs calls for high compacting pressures, as well as high sintering temperatures. However, the possibility to fill the open porosity of sintered parts by infiltration process with a metal alloy or by the use of reactive sintering techniques can favour the production of stainless steel parts with enhanced mechanical properties and good corrosion resistance). Design/methodology/approach: Sintered AISI 316L (1.4404 according to EN 10088) stainless steel samples have been manufactured using different combinations of compacting pressure and sintering parameters (time, temperature, atmosphere), or a modified composition able to allow reactive sintering process, as well as the contact infiltration with bronze. Findings: the studies have been forwarded towards the statistical and dynamic mechanical properties, as well as the corrosion behavior. Lowering the porosity level and increasing the sintering degree, by use of higher compacting pressure or sintering temperature, is of great effectiveness, especially from the point of view of mechanical properties and fatique endurance. Practical implications: the obtained results demonstrate the benefits of contact infiltration and of reactive sintering techniques to sinter stainless steels components having higher density and better mechanical and corrosion resistance properties than the traditional compositions, compacted at high pressure and sintered at elevated temperature. Originality/value: very promising results have been also obtained with a modified composition able to allow reactive sintering process.

9

Contribution to study and development of PM stainless steels with improved properties

Rosso M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2007

|

Vol. 24, nr 1

178-187

EN

Purpose: of this paper is to present the studies performed at Politecnico di Torino aimed to the development of innovative composition of PM duplex stainless steels characterized with very high and unique mechanical and corrosion resistance properties. Previously a base research to attain improvement of quality and performances of sintered AISI 316L has been developed. Moreover the possibility to enhance mechanical and corrosion resistance properties through contact infiltration or through the use of reactive sintering techniques has also been demonstrated and discussed. Design/methodology/approach: The duplex compositions have been obtained using austenitic AISI 316L and AISI 41OL as starting base powders. While AISI 316L stainless steel samples have been manufactured using different combinations of compacting pressure and sintering parameters, or a modified composition able to allow reactive sintering process, as well as the contact infiltration with bronze. Findings: The studies have been forwarded towards the static and dynamic mechanical properties, as well as the corrosion behavior. Lowering the porosity level and increasing the sintering degree, by use of higher compacting pressure or sintering temperature, is of great effectiveness, especially from the point of view of mechanical properties. Moreover, the innovative duplex composition are very promising. Practical implications: according to achieved results, duplex stainless steels can be obtained starting from austenitic of martensitic stainless steel powders by simple addition of single elements, through a process in vacuum. Concerning traditional austenitic grades, the obtained results demonstrate the benefits of contact infiltration and of reactive sintering techniques to sinter stainless steels components having higher density and better mechanical and corrosion resistance properties than the traditional compositions, compacted at high pressure and sintered at elevated temperature. Originality/value: very promising results have been obtained with special compositions able to allow the production of real duplex alloys, as well as with a modified composition of AISI 316L grade able to realize a reactive sintering process.

10

Wpływ szybkości nagrzewania na zmiany wymiarowe towarzyszące spiekaniu reakcyjnemu układów Fe-Al i Fe-Al-Si

Pieczonka T., Kazior J., Gialanella S., Molinari A., Skrzypek S. J.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2000

|

R. 45, nr 4

272-276

PL

Proces spiekania reakcyjnego układów Fe-Al i Fe-Al-Si kontrolowano za pomocą dylatometru. Spiekaniu poddawano wypraski wykonane z proszków elementarnych. Celem badań było określenie wpływu szybkości nagrzewania, ciśnienia prasowania oraz obecności krzemu na zmiany wymiarowe spiekanych kształtek. Analiza dylatometryczna umożliwiła również określenie mechanizmów mających znaczenie podczas spiekania reakcyjnego badanych układów. Z uwagi na to, że faza ciekła pojawia się w spiekanych układach tuż przed reakcją syntezy faz międzymetalicznych i jeszcze przed osiągnięciem temperatury spiekania izotermicznego całkowicie zanika, głównym efektem dylatometrycznym jest pęcznienie kształtek. Wzrost szybkości nagrzewania ogranicza rozmiary tego pęcznienia.

EN

Reactive sintering process of Fe-Al and Fe-Al-Si systems was controlled by dilatometry. Green compacts were made using elemental powders mixtures. The influence of heating rate, pressing pressure and silicon addition on dimensional changes occuring during sintering was established. Some mechanisms taking place during that process were recognized and discussed. Since the liquid phase appears in investigated systems just before the self-propagating high temperature synthesis (SHS) reaction starts and even below the isothermal sintering temperature is reached, swelling is the main dillatometric effect of the sintering. Higher heating rate reduces the scale of the swelling.

11

Wpływ składu atmosfery na przebieg reakcyjnego spiekania ceramiki SiC.

Serkowski S.

Inżynieria Materiałowa

|

1999

|

R. XX, nr 3-4

163-167

PL

Węglik krzemu jest materiałem o szczególnym znaczeniu w obszarze ceramiki zaawansowanej, ponieważ dzięki wysokiej trwałości i doskonałej wytrzymałości, również w wysokich temperaturach, znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach techniki. Dodatkowym atutem jest dobra odporność na utlenianie wynikająca z tworzenia się na jego powierzchni ochronnych warstewek SiO2. Odznacza się także wysoką odpornością na szoki termiczne jako wynik relatywnie niskiej rozszerzalności cieplnej i dobrego przewodnictwa ciepła. Wyroby z węglika krzemu można podzielić na trzy kategorie w zależności od techniki ich wytwarzania: reakcyjnego spiekania, spiekania pod ciśnieniem i spiekania (rekrystalizacji). Spiekanie reakcyjne to metoda polegająca na wytwarzaniu fazy wiążącej w spiekanym materiale w wyniku reakcji między węglem (lub jego prekursorem) a stałym lub ciekłym krzemem. Uzyskiwane w ten sposób tworzywa zawierają dość często nieprzereagowane resztki substratów. W układzie C-Si-O-N może powstawać szereg różnych faz: węglik krzemu, azotek krzemu, tlenoazotek krzemu oraz krzemionka. Dwa czynniki określają, które z tych faz stanowią fazy stabilne w tym systemie: temperatura i skład fazy gazowej. Także elementarne procesy syntezy faz stałych przebiegają z udziałem fazy gazowej i dlatego skład atmosfery ma istotny wpływ nie tylko na końcowy rezultat, ale i na szybkość procesów syntezy. W artykule określano warunki stabilności faz stałych w układzie C-Si-O-N. Równowagi miedzy SiC, Si3N4, Si2ON2, Si i SiO2 były określane dla różnych ciśnień parcjalnych tlenu i azotu przy założeniu wysokiej aktywności węgla. Badane próbki modelowe zawierające 40% mieszaniny reakcyjnej węgla i krzemu były spiekane w różnych atmosferach: wodoru, azotu, argonu i w zasypce koksowej. Wyniki analizy fazowej i badań mikroskopowych wykazały bardzo silny i przewidywalny wpływ atmosfery na skład spiekanego materiału. Także gęstość spieków i własności mechaniczne w silnym stopniu zależą od rodzaju fazy powstającej w fazie spiekania.

EN

Silicon carbide is an advanced engineering material that is expected to be used in a wide range of applications thanks to high hardness and good strength retention to high temperature. This phase has good oxidation resistance due to a protective SiO2 surface layer. Its thermal shock resistance is considered good for a ceramic due to its relatively low thermal expansion and high thermal conductivity. Silicon carbide in solid form can be grouped into three categories according to the processing used: reaction-sintered, hot-pressed and sintered. Reaction sintering refers to the reaction between carbon and silicon to form silicon carbide. A mixture of silicon carbide powder and carbon (or a carbonaceous precursor) is heated in the presence of solid or liquid silicon. The results is a nearly comlete conversion to silicon carbide, altough most materials made by this process contain an excess of carbon or silicon. In the system C-Si-O-N several different phase can be formed: silicon carbide, silicon nitride, oxy-silicon nitride and silica oxide. Two factors determine which product of the reaction in this system is stable: temperature and composition of gas phase. Also elementary processes of forming final phase run in gas phase so atmosphere has strong influence on speed of reaction and its final result. In the paper the stability of the phases in equilibrium is calculated for the C-Si-O-N system. Equilibria among SiC, Si3N4, Si2ON, Si, SiO2 and the gas phase are evaluated at different nitrogen and oxygen partial pressure for high carbon activity. Tested specimens containing 40% of the reaction mixture of carbon and silicon were sintered in different atmospheres: hydrogen, nitrogen, argon and under coal powder. Results of phase analysis and microscope observation show strong and predictable influence of gas phase for creating of final composition of sintered material. Density and mechanical behaviour also depend of the results of what kind of bonding phase was obtained.