Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Copper-Graphene Composite Materials : Manufacturing Technology and Properties

Majewski Tomasz, Sarzyński Marcin, Sienkiewicz Judyta, Szawłowski Jerzy, Babul Tomasz, Jończyk Sylwester

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2019

|

Vol. 10, Nr 4 (38)

37--54

EN

The article presents the results of preliminary research into the feasibility of copper-graphene composite application in the production of shaped charge liners in HEAT ammunition from graphene-coated copper grain powders by powder metallurgy techniques. Copper powder grains were coated with graphene with a machine and process developed at the Institute of Precision Mechanics in Warsaw (Poland). The characteristics of the applied powdered materials (including particle size distribution) were determined in this work. The paper discloses the result of graphene identification by Raman spectroscopy. The presence of graphene was confirmed in the processed copper powder. The paper discusses the preparation of copper powder by grinding (refinement) and reduction for consolidation. Powder mixtures of pure copper and graphene powder were applied at different component ratios. P/M compacts and sinters (agglomerates) for the test specimens were made from the proposed mixtures by die pressing and sintering in dissociated ammonia gas. Examples of microstructures and selected test results of material properties are shown for the produced sinters. The paper shows a selection of test results for the copper-graphene composites produced by PPS (Pulse Plasma Sintering) from 100% graphene-coated copper powder. The properties of the produced composite materials were determined, including their density, porosity, and a selection of mechanical properties identified by DSI (Depth Sensing Indentation). It was found that the copper-graphene composite met the primary design criteria applied to shaped charged liners for HEAT munitions. In “traditional” powder metallurgy processes, high-density products can be produced if the composite material features a low content of graphene-coated copper powder; PPS, however, makes the production viable with 100% graphene-coated copper powder.

PL

W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań dotyczących możliwości zastosowania kompozytu miedź-grafen, jako materiału przeznaczonego do wytwarzania wkładek kumulacyjnych amunicji przeciwpancernej technologią metalurgii proszków z proszków miedzi pokrytych grafenem. Grafenowanie proszków realizowane było w oparciu o urządzenie i technologię opracowaną w InstytucieMechaniki Precyzyjnej w Warszawie. W pracy określono charakterystyki zastosowanych proszków (np. rozkład granulometryczny) oraz pokazano wyniki dotyczące identyfikacji grafenu na podstawie analiz wykonanych metodą spektroskopii Ramanowskiej. Potwierdzono obecność grafenu na proszkach miedzi. Przedstawiono informacje dotyczące przygotowania proszku do procesu konsolidacji, obejmujące jego rozdrabnianie i redukcję. Zastosowano mieszanki proszków czystej miedzi z proszkiem grafenowanym o różnych proporcjach. W celu wytworzenia wyprasek i spieków (w postaci próbek badawczych) z zaproponowanych składów mieszanek zastosowano prasowanie matrycowe oraz piekanie w atmosferze zdysocjowanego amoniaku. Przedstawiono przykładowe obrazy mikrostruktury oraz wybrane wyniki badań właściwości otrzymanych spieków. W pracy przedstawiono również wybrane wyniki badań kompozytów miedźgrafen wytwarzanych metodą PPS (Plasma Puls Sintering) z grafenowanego proszku miedzi (zaw. 100%). Określono podstawowe właściwości otrzymanych kompozytów, tj. m.in. gęstość, porowatość oraz wybrane właściwości mechaniczne wyznaczone metodą DSI (Depth Sensing Indentation). Stwierdzono, że kompozyt miedź-grafen spełnia główne wymagania stawiane materiałowi na wkładki kumulacyjne. W przypadku „tradycyjnych” technologii metalurgii proszków uzyskanie wyrobu o wysokiej gęstości możliwe jest w przypadku kompozytu o ograniczonej zawartości grafenowanego proszku miedzi, natomiast dla technologii PPS również dla 100% zawartości proszku grafenowanego.

2

Mikrostruktura kompozytowej powłoki powstałej z natapiania próżniowego mieszaniny proszków Cu i SiC

Kondej Adam, Babul Tomasz

Inżynieria Powierzchni

|

2019

|

nr 1

46--53

PL

Praca opisuje badania mikrostruktury kompozytowej powłoki Cu-SiC-G powstałej w procesie natapiania w piecu próżniowym mieszaniny proszków miedzi (Cu) i węglika krzemu (SiC) na podłoże stalowe. Zastosowana mieszanina proszków stanowi materiał odpadowy pochodzący z procesu wytwarzania struktur węglowych, w tym grafenu (G), na proszkach miedzi, opracowanego w Instytucie Mechaniki Precyzyjnej. Na powierzchni powłoki Cu-SiC-G występują licznie ziarna SiC o nieregularnych, ostrych krawędziach, stanowiące fazę umacniającą metaliczną osnowę. W wyniku działania wysokiej temperatury (do 1110°C) część SiC w kontakcie z Cu ulega termicznemu rozkładowi. Zdysocjowany Si i C dyfunduje w kierunku podłoża, które z kolei jest źródłem Fe i Cr, dyfundującego w kierunku powłoki. Między powłoką a podłożem tworzy się warstwa przejściowa. Na podstawie danych literaturowych oraz wyników przeprowadzonych badań można wnioskować, że w natapianej powłoce i warstwie przejściowej oprócz Cu, SiC i związków typu CuxSiy mogą tworzyć się związki typu FexCy oraz CrxCy, a także struktury węglowe – głównie grafit. W celu jednoznacznej identyfikacji faz należy przeprowadzić dodatkowe badania, uzupełnione o rentgenowską analizę fazową (XRD).

EN

The paper describes the microstructure study of a Cu-SiC-G composite coating formed in the vacuum furnace melting process of a mixture of copper (Cu) and silicon carbide (SiC) powders on a steel substrate. The used mixture of powders is a waste material from the process of producing carbon structures, including graphene (G), on Cu powders, developed at the Institute of Precision Mechanics. On the surface of the Cu-SiC-G coating there are numerous SiC grains with irregular, sharp edges, constituting the strengthening phase of the metallic matrix. As a result of high temperature (up to 1110°C), the SiC part in contact with Cu undergoes the thermal decomposition. The dissociated Si and C diffuses towards the substrate, which in turn is the source of Fe and Cr, diffusing towards the coating. A transition layer is formed between the coating and the substrate. On the basis of the literature data and the results of the conducted tests, it can be concluded that in the melted coating and the transition layer, FexCy and CrxCy compounds can be formed in addition to Cu, SiC and CuxSy compounds, as well as carbon structures – mainly graphite. In order to uniquely identify the phases, additional tests should be performed, supplemented with a X-ray phase analysis (XRD).

3

Selected phenomena of dynamically loaded materials.

Babul Tomasz

Archive of Mechanical Engineering

|

1998

|

vol. XLV, nr 4

325-339

EN

The paper presents an assumption that in materials loaded with high pressures (over 40 GPa) that results from materials collision at velocities exceeding 400 m/s there occur some specific states, i.e. highly excited energetic states. They are characterised by a disturbance depends on a cumulated energy (thermal and kinetic energy) in narrow zone of colliding materials. Such energy significantly exceeds inner energy of materials. Experimental data on the influence of highly excited state on deformation, mass transport, and specific intermediate zones are given. High-discontinuity waves play a fundamental role in this phenomenon.

PL

Historia procesu pełzania wstecznego materiałów gumopodobnych łączy się zasadniczo ze zmianami strukturalnymi w materiale. W pracy przedstawiono założenie, iż w warunkach obciążenia materiałów wysokimi (powyżej 40 GPa) ciśnieniami wywołanymi zderzeniem się materiałów z prędkościami powyżej 400 m/s, powstają specyficzne stany - wysokowzbudzone energetycznie. Charakteryzują się one naruszeniem symetrii translacyjnej aż do jej całkowitej utraty. Stopień naruszenia symetrii zależy od skumulowanej energii (cieplnej i kinetycznej) w wąskiej strefie zderzających się materiałów, znacznie przekraczającej energię wewnetrzną materiałów. Przedstawiono dane doświadczalne o wpływie wymienionego stanu na odkształcenie, transport masy i specyficzne strefy pośrednie. Podstawową rolę spełniają fale silnej nieciągłości.