Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Struktura, spiekalność i właściwości transportowe protonowo przewodzących ceramik Ba1-xLnx(Zr,In,Sn)O3-δ (Ln: wybrane lantanowce)

Skubida W., Olszewska A., Niemczyk A., Cichy K., Zientara D., Świerczek K.

Materiały Ceramiczne

|

2017

|

T. 69, nr 1

18--27

PL

Niniejsza praca przedstawia analizę wybranych właściwości fizykochemicznych niestechiometrycznych tlenków perowskitowych z grupy Ba1-xLnx(Zr,In,Sn)O3-δ (gdzie Ln: La, Pr, Gd), wykazujących w nawilżonej atmosferze w temperaturach rzędu 400 °C i więcej przewodnictwo protonowe. Dokonano doboru składu chemicznego materiałów z rozważanej grupy, uwzględniając wartość współczynnika tolerancji Goldschmidta t, oczekiwaną wielkość niestechiometrii w podsieci tlenu δ oraz różnicę elektroujemności pomiędzy pierwiastkami obsadzającymi podsieci kationowe A i B w ABO3-δ. Wyniki pomiarów materiałów jednofazowych wykonane metodą rentgenografii strukturalnej z analizą Rietvelda pozwoliły w szczególności na określenie korelacji pomiędzy składem chemicznym, temperaturą wygrzewania i strukturą krystaliczną oraz rozmiarem krystalitów. Ponadto określono wpływ temperatury kalcynacji i dodatku In2O3 lub lepiszcza organicznego na spiekalność Ba1-xLnx(Zr,In,Sn)O3-δ. Pomiary właściwości transportowych wybranych materiałów, wykonane w różnych atmosferach, tj. powietrza suchego i powietrza nawilżanego 3% obj. H2O lub D2O, umożliwiły wyznaczenie składowej protonowej przewodnictwa elektrycznego. Uzyskane wyniki wskazują na potencjalną możliwość zastosowania rozważanych związków jako elektrolitów lub materiałów elektrodowych w przewodzących protonowo ogniwach typu SOFC lub elektrolizerach SOEC.

EN

This paper presents analysis of selected physicochemical properties of non-stechiometric perovskite-type oxides from the Ba1-xLnx(Zr,In,Sn)O3-δ group (where Ln: La, Pr, Gd) that in a humidified atmosphere at high temperatures around 400 °C and more show proton conductivity. Selection of chemical composition in the considered group was done by taking into account the calculated Goldschmidt’s tolerance factor, the expected oxygen non-stoichiometry and the difference of the electronegativity between the B- and A-site cations in ABO3-δ. In particular, the obtained results for single-phase materials using X-ray diffraction with Rietveld analysis made it possible to determine the correlation between the chemical composition, annealing temperature, crystalline structure and the grain size in the considered group of oxides. Moreover, the influence of calcination temperature and addition of In2O3 or organic binder on sinterability of the samples was determined. Transport properties measurements of selected materials, which were carried out in different atmospheres (i.e. dry air, wet air with 3 vol.% H2O or D2O) allowed us to determine proton component of the conductivity. The obtained results indicate a potential application of the studied compounds as electrolytes or electrode materials in proton-conducting solid oxide fuel cells (SOFC) or electrolysers (SOEC).

2

Mechanical and thermal properties of tungsten carbide – graphite nanoparticles nanocomposites

Kornaus K., Gubernat A., Zientara D., Rutkowski P., Stobierski L.

Polish Journal of Chemical Technology

|

2016

|

Vol. 18, nr 2

84--88

EN

Previous studies concerning pure tungsten carbide polycrystalline materials revealed that nanolayers of graphite located between WC grains improve its thermal properties. What is more, pressure-induced orientation of graphene nano platelets (GNP) in hot pressed silicon nitride-graphene composites results in anisotropy of thermal conductivity. Aim of this study was to investigate if addition of GNP to WC will improve its thermal properties. For this purpose, tungsten carbide with 0.5–6 wt.% of GNP(12)-additive underwent hot pressing. The microstructure observations performed by SEM microscopy. The anisotropy was determined via ultrasonic measurements. The following mechanical properties were evaluated: Vickers hardness, bending strength, fracture toughness KIc. The influence of GNP(12) addition on oxidation resistance and thermal conductivity was examined. It was possible to manufacture hot-pressed WC-graphene composites with oriented GNP(12) particles, however, the addition of graphene decreased both thermal and mechanical properties of the material.

3

Mechanical properties of pressure sintered alumina-graphene composites

Rutkowski P., Klimczyk P., Jaworska L., Stobierski L., Zientara D., Tran K.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 2

168--175

EN

The work concerns the alumina-graphene materials sintered by two different pressure methods. The preparation route of the matrix-graphene mixture was discussed in the paper. The prepared compositions with different amount of graphene were hot-pressed or spark plasma sintered. The influence on uniaxial pressure during the sintering process on the microstructure was studied by the SEM microstructural observations and ultrasonic measurements. The work presents also the results of measurements of elastic and mechanical properties. Wear tests were made and friction coefficients determined by the ball-on-disk method.

PL

Praca dotyczy materiałów korund-grafen spiekanych za pomocą dwóch metod ciśnieniowych. Dyskusji poddano metodę przygotowania mieszaniny złożonej z proszku osnowy i grafenu. Mieszaniny o różnej zawartości grafenu prasowano na gorąco lub konsolidowano w warunkach spiekania wspomaganego polem elektrycznym. Wpływ jednoosiowego prasowania podczas spiekania na mikrostrukturę zbadano, stosując obserwacje mikrosrukturalne SEM i pomiary ultradźwiękowe. Praca zawiera również wyniki pomiarów właściwości sprężystych i mechanicznych. Test odporności na zużycie i pomiary współczynników tarcia wykonano za pomocą metody kula na dysku.

4

Sintering, microstructure and mechanical properties of NbC0.8-NbxOy composites and single-phase NbC polycrystals

Rączka M., Gubernat A., Stobierski L., Mucha J., Zientara D., Wnuk A., Kornaus K.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 4

183--191

EN

The study presents the results of investigations of the influence of niobium oxides and the addition of carbon on the pressureless sintering of niobium carbide powder and the properties of the obtained sinters. For this purpose, niobium carbide of a specific deviation from stoichiometry was synthesized (NbC0.8). After the crushing process, all the characteristics of the powder were determined and the powder was found to contain niobium oxides in the quantity of a few percentage of the weight. Next, samples were prepared without any additives and with additives of 1 and 2% of carbon weight. The samples were pressureless sintered at the following temperatures: 1900, 2000 and 2100°C in argon flow by heating them at the final temperature for 1 hour, then their apparent density was measured. A qualitative and quantitative analysis of the microstructure was performed on metallographic micro-sections and the phase composition of the sinters was determined. It was found that the presence of niobium oxides in the NbC powders has an advantageous influence on the sintering process. Single-phase polycrystals can be prepared by the addition of carbon. Some mechanical properties were additionally determined from the sinters including: hardness and fracture toughness and next, an attempt was made to correlate them with the image of the microstructure of the composites and single-phase polycrystals.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem tlenków niobu na spiekalność węglika niobu. W tym celu zsyntezowano węglik niobu o określonym odstępstwie od stechiometrii (NbC0.8). Po procesie rozdrabniania dokonano pełnej charakterystyki proszku i stwierdzono, że w proszku obecne są tlenki niobu w ilości kilku % mas. Następnie przygotowano próbki bez jakichkolwiek dodatków oraz z dodatkiem 1 i 2% mas. węgla. Próbki spiekano swobodnie w temperaturze: 1900, 2000 i 2100°C, w przepływie argonu, wygrzewając je w temperaturze końcowej przez 1 godzinę. Wykonano pomiary gęstości pozornej spieków, na zgładach metalograficznych przeprowadzono jakościową i ilościową analizę mikrostruktury, a także określono skład fazowy spieków. Stwierdzono, że obecność w proszku NbC tlenków niobu wpływa korzystnie na proces spiekania. Wprowadzenie dodatku węgla ujednorodnia skład fazowy spieków, nie pogarszając ich gęstości. Przeprowadzono badania właściwości mechanicznych, takich jak: twardość i odporność na kruche pękanie, a następnie podjęto próbę skorelowania ich z obrazem mikrostruktury kompozytów i jednofazowych polikryształów.

5

Otrzymywaniu pigmentów z układu Y2O3-Al2O3-Cr2O3 metodami soft chemistry

Kuźmińska K., Stobierska E., Zientara D., Bućko M.M.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 2

186--191

PL

Zastosowanie metod współstrącenia-prażenia oraz termicznego rozkładu prekursora organo-metalicznego pozwoliło na uzyskanie proszków będących roztworem stałym jonów chromu w perowskicie itrowo-glinowym - Y(Cr0,1Al0,9)O3. Przebieg powstawania tej fazy, jej właściwości strukturalne oraz parametry barwy zależne są od rodzaju prekursora, a także od temperatury, czasu i atmosfery, w której prowadzono proces prażenia.

EN

The use of wet methods of co-precipitation-calcination and thermal decomposition of an organo-metallic precursor enabled to obtain the powders being solid solutions of chromium ions in yttrium-aluminium perovskite (Y(Cr0.1Al0.9)O3). The results of this study show that the formation of such a phase, its structural properties and colour parameters depend on the type of precursor applied as well as on temperature, time and atmosphere of calcination process.

6

Zmiany fazowe, strukturalne i mikrostrukturalne tworzyw Al2O3–hBN

Rutkowski P., Metryka A., Górny G., Stobierski L., Zientara D., Bućko M. M.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 2

428-433

PL

Prezentowanie badania dotyczą tworzyw opartych na mikroproszku tlenku glinu, stosowanych jako materiał na ostrza narzędzi do obróbki z wysokimi prędkościami skrawania. W badaniach wykorzystano heksagonalny azotek boru jako modyfikator w celu poprawienia właściwości cieplnych oraz obniżenia współczynnika tarcia. Dodatek azotku boru wprowadzany był do badanego układu w ilościach 0,5, 1, 2, 5, 10, 20 i 30 % objętościowych. W prezentowanej pracy przedstawiono metodę otrzymywania prasowanych na gorąco tworzyw Al2O3-hBN. Przeprowadzona została analiza strukturalna (metoda Rietvelda) i fazowa (XRD) badanych spieków. Zobrazowano również zmiany mikrostrukturalne badanych materiałów w funkcji stężenia modyfikatora. Przedstawione badania zostały wykonane w ramach projektu "Spiekane materiały narzędziowe przeznaczone na ostrza narzędzi do obróbki z wysokimi prędkościami skrawania" nr POIG.01.03.01-12-024/08.

EN

The presented studies concern materials based on alumina micropowder assigned for high speed cutting tools. Hexagonal boron nitride was used as a modificator, aiming to improve thermal properties and to decrease the friction coefficient. The boron nitride additive was 0.5, 1, 2, 5, 10, 20 and 30 vol.%. The methodology of obtaining the hot pressed Al2O3–hBN materials was shown. The structural and phase analyses based on Rietveld refinement of X-ray diffraction patterns were carried out. The changes in microstructure of the studied materials as a function of the modificator content are described. The presented studies were carried out within the confines of the project "Spiekane materiały narzędziowe przeznaczone na ostrza narzędzi do obróbki z wysokimi prędkościami skrawania" nr POIG.01.03.01-12-024/08.

7

Otrzymywanie i właściwości materiałów w układzie korund/γ-alonu

Domagała J., Zientara D., Rutkowski P., Grabowski G., Lis J., Bućko M. M.

Materiały Ceramiczne

|

2011

|

T. 63, nr 4

802-808

PL

Korund oraz materiały na jego bazie są szeroko wykorzystywane jako elementy maszyn, narzędzia skrawające i ścierne, materiały ogniotrwałe, osłony antybalistyczne czy też biomateriały. Również materiały zawierające tlenoazotek glinu o strukturze typu spinelu, γ-alon ze względu na specyficzne połączenie właściwości mechanicznych i cieplnych, cieszą się dużym zainteresowaniem jako wysokotemperaturowe tworzywa konstrukcyjne. Wprowadzenie do korundowej osnowy wtrąceń γ-alonu powoduje istotną poprawę jego właściwości mechanicznych i tribologicznych zwłaszcza w temperaturach powyżej 1000°C. Celem pracy było wytworzenie materiałów w układzie korund/γ-alon o szerokim zakresie składów, a także zbadanie ich mikrostruktury i właściwości mechanicznych. Mieszaniny proszków, handlowego korundu i otrzymanego metodą SHS γ-alonu, spiekano pod ciśnieniem 25 MPa w 1750°C przez 1 h. Stwierdzono, że w trakcie spiekania dochodzi do reakcji chemicznej pomiędzy korundem a γ-alonem z wytworzeniem tlenoazotku glinu o innym składzie chemicznym. Największą wartość odporności na kruche pękanie uzyskał materiał kompozytowy zawierający ok. 40 % mas. tlenoazotku glinu, podczas gdy najwyższą wytrzymałością na zginanie cechowały się jednofazowe materiały złożone z γ-alonu. Obserwowane zmiany właściwości mechanicznych można skorelować ze składem chemicznym, składem fazowym, mikrostrukturą oraz specyficznym rozkładem naprężeń resztkowych.

EN

Alumina and alumina based materials are widely used as machine parts, cutting tools, abrasive and refractory materials, ceramic armours and even biomaterials. Polycrystalline γ-alon, the solid solution of alumina and aluminium nitride with spinel structure, and related materials have also great potential for application as high-performance structural ceramics due to good mechanical and thermal properties. The aim of the present work was to manufacture materials in the alumina/γ-alon system, showing a wide range of compositions, and study their microstructure and mechanical properties. Mixtures of commercial alumina and SHS derived γ-alonu powders were hot-pressed at 1750°C for 1 h. It was found that the chemical reaction between corundum and aluminium oxynitride occurred during the hot-pressing, resulting in the formation of γ-alonu phase of different chemical composition. The highest value of fracture toughness was reached by the composite material containing about 40 wt% γ-alonu while the single-phase oxynitride materials had the highest bending strength. The observed changes in mechanical properties can be correlated to the chemical and phase composition, microstructure and specific residual stress distribution.

8

Zastosowanie cyrkonianów wapnia i baru jako materiałów na tygle do topienia superstopów na bazie niklu

Bućko M. M., Domagała J., Zientara D., Lis J.

Materiały Ceramiczne

|

2008

|

T. 60, nr 4

290-293

PL

Superstopy na bazie niklu są często wykorzystywane do produkcji precyzyjnych elementów silników lotniczych pracujących w ekstremalnych warunkach. Ilość niemetalicznych wydzieleń będących produktem reakcji pomiędzy superstopem a materiałem tygla i/lub formy odlewniczej a także pochodzących z nich obcych wtrąceń jest kryterium przydatności elementu metalowego do dalszego wykorzystania. Jest to przyczyna bardzo wysokich wymagań stawianych materiałom przeznaczonym na tygle do topienia superstopów. Stosowane zazwyczaj tygle wykonane z roztworu stałego dwutlenku cyrkonu stabilizowanego wapniem cechują się stosunkowo dużą reaktywnością w stosunku do niektórych pierwiastków obecnych w superstopach, czego konsekwencją są fazy zawierające połączenia tlenkowe tych pierwiastków z wapniem i/lub cyrkonem. Wyjściem z tej sytuacji jest zastąpienie roztworu stałego ZrO2 związkiem stechiometrycznym, który charakteryzuje się niską aktywnością składników. Praca poświęcona jest możliwości zastosowania cyrkonianów wapnia i baru, jako materiałów przeznaczonych na tygle do topienia superstopów. Z proszków tych związków uformowano tygle, które posłużyły do topienia superstopu na bazie niklu typu Inconel w dziesięciokrotnym teście polegającym na cyklicznym topieniu i krystalizacji nadstopu w próżni. W materiałach przed i po teście badano skład fazowy oraz zmiany mikrostrukturalne związane z jego ekspozycją w ciekłym metalu. Przedstawiono korelacje pomiędzy mikrostrukturą badanych materiałów a ich odpornością na korozyjne działanie ciekłego nadstopu.

EN

Heat-resisting nickel-based superalloys are used to construct precision casting machine parts working in extremely conditions e.g. flight safety parts. Automated line for precision casting requires the application of advanced ceramic materials especially in the case of ceramic crucibles used for metal melting. Materials for the crucible have to fulfill high standards of chemical and phase purity as well as mechanical properties due to long time of contact between rotating, liquid superalloy and a surface of crucible wall often in a heating-cooling regime. Universally used crucibles made of zirconium oxide stabilized with calcium can react with superalloy components lowering quality of the casting parts. Usage of respective zirconates as substances of lower chemical activity for crucible preparation is one of possible way to dissolve this problem. The present work is focused on applying of calcium and barium zirconates as crucible materials for melting nickel-based superalloy. The crucibles made of the respective zirconates were subjected to influence of liquid metal in a cyclic melting-solidification process. Microstructural changes of the materials in respect of such process were observed.

9

Phase evolution of materials in the Ti-Al-C system during hot-pressing

Lis J., Chlubny L., Zientara D., Bućko M. M.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

433-436

EN

Some of ternary materials in the Ti-Al-C system are very interesting due to their specific structure. Because of their properties, that are result of their heterodesmic structure, they are called plastic ceramics. In this paper authors would like to present influence of hot pressing on phase evolution in Selfpropagating High-temperture Synthesis (SHS) derived Ti3AlC2. To obtain ternary titanium aluminium carbide some of intermetalic compounds also prepared by SHS method, such as Ti3Al and TiAl were used as a precursors to obtain fine and sinterable powders. TJ3A1C2 were sintered in the temperature range of 1300-1450°C.

10

Consolidating condition of Cr-Si compacts and their microstructure

Morgiel J., Mania R., Grzonka J., Rogal Ł., Janus A. M., Zientara D.

Archives of Materials Science and Engineering

|

2007

|

Vol. 28, nr 11

673-676

EN

Purpose: Determine the possibility of production of CrSi compacts from Cr and si elemental powders. Design/methodology/approach: The CrSi compacts containing 0.5, 1, 2, 3, at. % of Si were prepared from elemental powders (crystallites size:Cr;1-5 µm and Si;45 µm) by mixing and hot pressing at 1600*C under ∼ 25MPa. The microstructure was characterized using optical, SEM and TEM. Findings: The matrix of the compacts containing silicon show presence of dendrite like areas filled with eutectic like mixture of amorphous SiO2 and crystalline CrOx. The dendrite volume increase from 0.7% to 2% for Cr0.5Si to Cr3Si compacts respectively. Research limitations/implications: (Please leave in the title a suitable word); (Could you please put your information in this box): If research is reported in the paper this section must be completed and should include suggestions for future research and any identified limitations in the research process. Practical implications: The described experiments advice on preparation of dense CrSi compacts from elemental powders. It may be used as technology of producing magnetron targets for deposition of hard coatings like CrN/Si3N4. Originality/value: The paper is answering the problem, i.e. describes the optimum parameters, of obtaining of the multi-elemental coating in single target magnetron systems.

11

Kompozyty AIN-AION otrzymywane metodą spalania

Zientara D., Lis J.

Kompozyty

|

2001

|

R. 1, nr 1

93-95

PL

Samorozwijająca się synteza wysokotemperaturowa SHS umożliwia otrzymywanie proszków, związków i faz ceramicznych, aktywnych w toku spiekania. Obserwacje te potwierdzają badania nad syntezą kompozytowych proszków w układzie AlN-AION. Badania strukturalne proszków oraz tworzyw spieczonych skłaniają do wniosku, że przyczyną wysokiej aktywności w spiekaniu proszków otrzymanych techniką SHS są zaburzenia strukturalne i niejednorodności w skali atomowej, będące skutkiem syntezy biegnącej w warunkach wysokich gradientów termicznych i chemicznych.

EN

The pseudobinary system AIN-AI2O3,(AION) contains materials interesting as structure, functional and refractory ceramics (Fig. 1). In the present investigations, the SHS technique was tested in preparation of sinterable oxynitride powders for their following densification into composite AlON-Al2O3 polycrystals. The starting mixtures of aluminium and alumina powders were blended according to an appropriate final AIN-Al2O3 compositions with AIN content above 50 mole %. The powders were SHS processed according described procedure by combustion in nitrogen (Fig. 2). XRD investigations show that the combustion products were composed of AION as a major phase with some amount of AIN. The compositions differ from these expected by the phase diagram, what suggests non-equilibrium character of the SHS products. The powders were hot pressed in nitrogen atmosphere under 25 MPa axial pressure. An example of phase composition of materials before and after densification (composition 70% AIN-30% Al2O3) is presented in Fig. 3. It can be generally noticed, that during hot-temperature densification the SHS powders transform creating new compositions with increased AIN content close to those expected according to the phase diagram. The SHS derived powders had high sinterability. SEM investigations confirmed the materials of high densities with fine grains and uniform phase distribution. The mechanical and refractory properties are promising, they look higher than the analogous for composites prepared using reactive sintering.

12

Tworzywa azotkowe otrzymywane z proszków wytwarzanych techniką samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej (SHS]

Lis J., Ermer E., Stobierski L., Zientara D.

Ceramika. Materiały Ogniotrwałe

|

2000

|

R. 52, nr 2

43-50

PL

Celem artykułu jest przybliżenie jednej z interesujących technik stosowanych do otrzymywania tworzyw ceramicznych - samorozwijającej się syntezy wysokotemperaturowej określanej w literaturze skrótowo SHS (Self-Propagating High-Temperature Synthesis). W technologiach tych wykorzystuje się reakcje chemiczne posiadające charakter egzotermiczny, a proces syntezy jest realizowany w warunkach, w których zjawiska mają gwałtowny przebieg typu spalania. Autorzy przedstawili prace własne nad zastosowaniem techniki SHS do otrzymywania proszków azotkowych z układu Si-Al-O-N takich jak azotek krzemu, azotek glinu i sialony. Omówiono warunki syntezy proszków i ich właściwości. Proszki te stanowiły bazę do otrzymywania gęstych polikrystalicznych tworzyw azotkowych drogą bezciśnieniowego spiekania. Przedstawiono przykłady takich spieków i ich wybrane charakterystyki.

EN

A goal of the paper is a presentation of one interesting ceramic technique called Self-Propagating High-Temperature Synthesis (SHS). SHS-based technologies utilize the exothermic chemical reactions and the synthesis is realized in such conditions where the processes have rapid, combustion-type character. The authors present own works on an application of the SHS technique for preparation nitrogen ceramic powders from the Si-Al-O-N system, namely silicon nitride, aluminum nitride and sialons. The SHS conditions and powders characterization are described. The powders have been processed to dense polycrystalline nitrogen materials by pressureless sintering. Sintering conditions and materials properties are discussed.