Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Sintering of TiB2-TiN nano- and micropowders

Wyżga P., Jaworska L., Bućko M., Putyra P., Kalinka A.

Kompozyty

|

2011

|

R. 11, nr 1

34-38

EN

The TiN-TiB2 ceramic composite (CC) could be attractive for applications in jet engine parts, armour plates, cutting tools and dies as well as high performance electrical systems. Because of the high melting points of TiB2-TiN, consolidation of these powders requires extremely high temperatures and long duration of the sintering process for conventional sintering methods.The main causes of this problem are strong covalent bonding, a low self-diffusion coefficient and the existence of an oxygen rich surface layer on the particle surface. The compaction and sintering of nanocrystalline powders are accompanied by intensive growth of particles. The Spark Plasma Sintering (SPS) process and High Pressure-High Temperature (HP-HT) method of sintering have been applied to the formation of composites consisting of TiB2 and TiN nano- and micropowders. Commercial TiB2-TiN nanopowders, obtained using Self Propagation High Temperature Synthesis (SHS) were used for the studies. The influence of the method of sintering on the densification, grain growth, microstructure, some physical and mechanical properties of TiN-TiB2 ceramic composites were investigated. Microstructural observations revealed that both TiN and TiB2 crystal grains had micrometer sizes in the composites obtained from nanopowders for both SPS and HP-HT methods of sintering. In the materials obtained using the HP-HT method od sintering, there are numerous cracks in the compact and stresses build up during the high pressure sintering process. The TiB2-TiN material obtained utilizing the HP-HT method from nanopowders is characterized by lower porosity. In XRD experiments, TiB2, TiN and hBN phases were detected. TiB-TiN commercial SHS nanopowders are more reactive than the mixture of TiB2, and TiN micropowders. For the composites prepared from nanopowders there is about 14% of hBN content. The amount of hBN in the composites for micropowder sintering using the SPS method is about 1.3%.

PL

Kompozyty ceramiczne TiN-TiB2 mogą znaleźć powszechne zastosowanie w przemyśle jako części do silników odrzutowych, płyty pancerne, narzędzia skrawające, matryce, a także w wysokiej klasy systemach elektronicznych. Ze względu na wysoką temperaturę topnienia składników kompozytów TiB2-TiN tradycyjne spiekanie tych proszków wymaga zastosowania bardzo wysokiej temperatury i długiego czasu spiekania. Przyczynami tego są silne wiązania kowalencyjne występujące w przedstawianym kompozycie, niski współczynnik samodyfuzji oraz obecność bogatej w tlen warstwy na powierzchni cząstek. Zagęszczaniu i spiekaniu nanokrystalicznych proszków towarzyszył intensywny rozrost ziaren. Do wytworzenia spieków kompozytowych TiB2-TiN z wykorzystaniem nano- oraz mikrometrycznych proszków zastosowano metodę Spark Plasma Sintering (plazmowe spiekanie iskrą elektryczną- SPS) oraz spiekanie wysokociśnieniowe HP-HT. Do badań zastosowano komercyjny nanoproszek TiB2-TiN, otrzymany metodą samorozwijającej się wysokotemperaturowej syntezy (SHS). W przeprowadzonych badaniach przedstawiono wpływ zastosowanych metod spiekania na zagęszczenie, rozrost ziaren, mikrostrukturę oraz wybrane właściwości fizyczne i mechaniczne spieków TiB2-TiN. Badania mikrostruktury materiałów kompozytowych otrzymanych z proszków nanometrycznych metodą HP-HT i SPS wykazały mikrometryczną wielkość kryształów ziaren zarówno TiN, jaki i TiB2. W spiekach otrzymanych metodą HP-HT widoczne są liczne pęknięcia. Wynikają one z naprężeń towarzyszących procesowi spiekania wysokociśnieniowego. Kompozyty TiB2-TiN uzyskane metodą HP-HT charakteryzują się mniejszą porowatością w porównaniu do spiekanych metodą SPS. Badania XRD wykazały w otrzymanych materiałach udział takich faz, jak TiB2, TiN i hBN. Okazało się również, że komercyjny nanoproszek TiB2-TiN otrzymany metodą SHS charakteryzował się większą reaktywnością niż mieszanka mikrometrycznych proszków TiB2 oraz TiN. W kompozytach wykonanych z nanoproszków udział hBN wyniósł około 14%, natomiast w przypadku materiałów z mikroproszków, spiekanych metodą SPS, wynosi on około 1,3%.

2

Wysokociśnieniowe i swobodne spiekanie kompozytów cermetalowych z udziałem nanometrycznych proszków TiC

Figiel P., Jaworska L., Putyra P., Klimczyk P., Bryła K.

Kompozyty

|

2008

|

R. 8, nr 2

130-135

PL

Cermetale charakteryzują się dobrą plastycznością i wysoką twardością. Dzięki małemu powinowactwu chemicznemu do żelaza i ich odporności na utlenianie w wysokich temperaturach cermetale cechują lepsze właściwości skrawne niż węgliki spiekane. Cermetale wykazują kilka wad w porównaniu z węglikami, na przykład: niższą odporność na kruche pękanie, mniejszą odporność na odkształcenia plastyczne, większy współczynnik rozszerzalności cieplnej. Celem przeprowadzonych badań było określenie parametrów wytrzymałościowych kompozytów cermetalowych z zastosowaniem różnych metod spiekania. Materiały składające się z: 70% obj. TiC i 30% obj. (Ni,Mo) oraz 56% obj. TiC i 44% obj. (Ni,Mo) były otrzymywane metodą spiekania swobodnego i wysokociśnieniowego proszków. Zastosowano proszki o wielkości: 2 žm, 130 i 20+30 nm. Po spiekaniu określono gęstość pozorną Pp poszczególnych materiałów, a także twardość Vickersa przy obciążeniu 9,8 N oraz, stosując metodę ultradźwiękową pomiaru prędkości przechodzenia fali poprzecznej i podłużnej, wartość modułu Younga. Dodatkowo, wykorzystując metodę wgłębnikową Vickersa, zmierzono długości pęknięć wokół odcisku w próbce, uzyskanych przy obciążeniu wgłębnika siłą 98,07 i 294,2 N, a następnie obliczono za pomocą wzoru Nihhary współczynnik odporności na kruche pękanie KIc. Wybrane materiały, różniące się wielkością cząstek proszku TiC, poddano w dalszej części badań obserwacji mikrostruktury przy użyciu mikroskopu skaningowego JEOL JA- -50A. Analizę poszczególnych faz powstających w cermetalach o mikronowych (2 žm) wielkościach cząstek TiC po spiekaniu wysokociśnieniowym w temperaturach 1720, 1850 i 1960 K oraz swobodnym w 1770 K wykonano przy użyciu dyfraktometru rentgenowskiego DRON 3. Najwyższą twardością charakteryzował się materiał z 2 žm TiC, wykazując przy tym strukturę pierścieniową z węglikiem złożonym (Ti,Mo)CX i TiC wewnątrz ziarna. Analiza rentgenowska wykazała zróżnicowany skład fazowy dla cermetali otrzymywanych metodą spiekania swobodnego i wysokociśnieniowego. Podczas krótkotrwałego spiekania wysokociśnieniowego w osnowie oprócz roztworów stałych występują czyste ziarna (obszary) niklu i molibdenu.

EN

Cermets are characterized very good plasticity and high hardness. Due to their low chemical affinity to Fe and the resistance for high temperatures oxidation, cermets have better cutting properties than carbides. Although having many good parameters with respect to their properties, cermets do have several properties which are not as good as those of cemented carbides, such as: lower fracture toughness, lower resistance for plastic deformation, higher thermal expansion. The aim of studies was to determine strength properties for materials obtaining using various methods of sintering. Materials with 70 vol.% of TiC and 30 vol.% of (Ni,Mo), and 56 vol.% of TiC and 44 vol.% of (Ni,Mo) were obtained using free sintering at vacuum and using HP HT apparatus. The various size of the TiC particles 2 žm, 130 nm and 20+30 nm were used. The influence of the size of TiC particles on microstructure, density, hardness, Young modulus and fracture toughness was investigated. Furthermore, fracture toughness was calculated from the length of cracks which develop during a Vickers indentation test. In our case, fracture toughness KIc was calculated from Niihara's equation. This paper also presents structure analysis of cermet composites with different size of TiC particles. This microstructure investigation was carried out with application of scanning microscope JEOL JA-50A. Phase analysis of cermet composites were carried out using X-Ray diffractometer DRON 3. For free sintering samples, with micrometric size of grains, the hardness of material is the highest. The ring structure of material and complex carbide (Ti,Mo)Cx formation was confirm. During free sintering, intermetalics compounds are formed. X-Ray diffraction confirmed various composition of (Ti,Mo)C cermets, obtained using the free sintering method compare to cermets from the HP-HT method. During the short time of the pressure sintering (60 s) process in the materials pure initial Mo and Ni are presence. In the high pressure sintered material with 130 nm TiC participation, there is small amount of TiC in the centre of carbide grains.

3

Fabrication of Al2O3/Ni-P nanocomposites with phase percolation by high pressure sintering of chemically coated alumina powders.

Michalski J., Wejrzanowski T., Konopka K., Bieliński J., Gierlotka S., Kurzydłowski K.J.

Archives of Materials Science

|

2005

|

Vol. 26, nr 1-2

53-58

EN

The present paper shows the possibility of fabrication, under high pressure, of composites with percolated structure from alumina powder coated with nanoparticles of Ni-P to electroless nickel plating process. This process leads to either uniformly dispersed nanoparticles of Ni-P (size range of 10-100 nm) or thin nanometric layers covering the entire grain surface of the ceramic powder. By high pressure sintering one can obtain two types of nanocomposites from coated powders: (a) Al2O3/Ni-P particulate system and (b) ceramic metal percolated structure. Three kinds of composites with percolated structures were fabricated at different temperatures and investigated by SEM and TEM. The results were compared with model structures for percolated structures.

4

Mikrostruktura i twardość kompozytów Ti3Al/TiAl/Al203 spiekanych pod wysokim ciśnieniem

Świderska-Środa A., Witczak Z., Presz A., Oleszak D.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 11

269--273

PL

Przedstawiono wyniki badań kompozytów z drobnoziarnistą osnową o strukturze faz międzymetalicznych Ti3Al/TiAl, zbrojonych cząstkami Al2O3. Stop dwufazowy Ti3Al/TiAl o składzie chemicznym Ti-48Al-2Cr (% at.) i strukturze płytkowej (rys. 1) otrzymano metodą konwencjonalnego odlewania. Następnie, odlew rozdrabniano mechanicznie w młynku kulowym. Uzyskany proszek mieszano z komercyjnym proszkiem Al2O3 (10 i 20% wag.) i ponownie mielono (rys. 2). Proszki spiekano w prasie wysokociśnieniowej w temperaturze 960°C pod ciśnieniem 3 GPa. Spiek bez dodatku ceramiki miał jednorodną mikrostrukturę z pasmowym rozmieszczeniem faz międzymetalicznych w ziarnach (rys. 5). Mikrostruktura próbek z dodatkiem AI2O3 była bardziej rozdrobniona w stosunku do spieku dwufazowego (rys. 6). Wprowadzony proszek ceramiczny występował jako dyspersyjne cząstki w ziarnach faz międzymetalicznych oraz w postaci dużych obszarów jednofazowych Al2O3. Stopień niejednorodności mikrostruktury był większy przy większym udziale proszku Al2O3. Wszystkie spieki miały co najmniej dwukrotnie wyższą mikrotwardość HV02 w stosunku do materiału w stanie lanym (tab. 1). Twardość kompozytów, pomimo różnego udziału ceramiki, była taka sama w granicach błędu pomiaru i większa jedynie o około 10% od HV02 spieku dwufazowego.

EN

Ti3Al/TiAl - based fine grained intermetallic matrix composites reinforced with alumina were studied. Two-phase alloy with chemical composition Ti-48Al-2Cr (at.%) exhibiting a lamellar structure (Fig. 1) was obtained by a conventional casting. Next, the alloy was crushed and subjected to mechanical milling in a laboratory ball mill. The resulting powder was mixed with a commercial alumina powder (10 and 20 wt.%) and milled again (Fig. 2). After that, the powders were sintered at 960°C under the pressure of 3 GPa. The samples without Al2O3 showed uniform microstructure with a band-like distribution of intermetallic compounds (Fig. 5). The microstructure of the samples containing alumina was more refined coniparing to two-phase sinter (Fig. 6). The alumina powder was located inside the grains of intermetallics as a dispersive particlcs. However, single-phase areas of Al2O3 were also observed. For higher alumina content the homogeneity of microstructure was smaller. The measured microhardness for all sintered samples was at least two times bigger if compared to the as-cast sample (Tab. 1). The hardness of the composites, despite of the various alumina content, was the same within experimental error and only 10% higher than for two-phase sintered sample.

5

Wysokociśnieniowe spiekanie proszków diamentowych.

Jaworska L.

Prace Instytutu Obróbki Skrawaniem. Zeszyty Naukowe

|

2002

|

nr 82

112-112

PL

W pracy przedstawiono stan wiedzy dotyczącej wytwarzania i badań kompozytów diamentowych przeznaczonych na ostrza narzędzi skrawających. Na tym tle omówiono wyniki prac własnych. Głównym celem badań własnych jest zastąpienie dotychczas powszechnie stosowanej w kompozytach diamentowych, szkodliwej dla zdrowia człowieka kobaltowej fazy wiążącej innym rodzajem tworzywa ze szczególnym uwzględnieniem węglików. Badania ekperymentalne przeprowadzono na próbkach warstwowych oraz kompozytach otrzymanych drogą spiekania w warunkach wysokich ciśnień (zastosowano ciśnienia do 8.0 GPa). Przeprowadzono szereg badań materiałowych np.: badania mikrostrukturalne z zastosowaniem mikroskopu metalograficznego, skaningowego oraz transmisyjnego, rentgenowską analizę składu fazowego, pomiar naprężeń własnych metodą rentgenowską, dyfrakcję elektronową, pomiary twardości sposobem Vickersa, pomiar modułu Younga metodą ultradźwiękową. Określono wytrzymałość na ściskanie średnicowe i przeprowadzono badania odporności temperaturowej kompozytów. Na podstawie przeprowadzonych badań określono podstawowe cechy, które musi spełniać faza wiążąca w odniesieniu do ziaren diamentowych w kompozycie. Określono wpływ rodzaju, ilości i właściwości fazy wiążącej na właściwości kompozytu diamentowego. W celu oceny właściwości użytkowych materiału, który może zostać przeznaczony na ostrza noży skrawających przeprowadzono próby ścieralności oraz wyznaczono składowe całkowitej siły skrawania podczas obróbki stopu aluminium PA6. Opracowana i opisana metodyka badań kompozytów diamentowych pozwala na wytypowanie materiału, który może być zastosowany na ostrza narzędzi, które sprawdziły się w warunkach skrawania materiałów.

EN

The paper describes the state of knowledge concerned with the production and studies of diamond composites for cutting tool applications. The main aim of the investigations was to replace the widespread cobalt-bonding phase with another kind of material with special regard to carbides. Cobalt is unwholesome for men. Sandwich type samples and composites produced by HP-HT sintering (at the pressure 8.0 GPa) were used in investigations. Various methods for material investigations were applied. For example: microstructural studies using optical, scanning and transmission electron microscope, x-ray and electron diffraction phase analysis and Vickers hardness measurement. Young modulus measurements were carried out using ultrasonic method. Compressive radian strength and thermal resistances of these composites were determined. On the base of these studies the most essential characteristics of the bonding phase for diamond composites were determined. The influence of the type, amount and properties of bonding phase on the properties of diamond composites were determined too. In order to estimate properties of the material for cutting edges, wear tests were carried out and components of the total cutting force during machining the PA6 aluminium alloy were measured. Elaborated investigation methods permit to select the material for cutting edges application. Cutting edges were prepared and verified in cutting conditions. They proved correct.