Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The possibility of producing graded Al2O3-Mo, Al2O3-Cu, Al2O3-W composites using CSC method

Wachowski M., Kaszuwara W., Miazga A., Konopka K., Zygmuntowicz Justyna

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2019

|

Vol. 67, nr 2

179--184

EN

The subject of the study was the production and characterization of three ceramic-metal graded composites, which differed in addition of the metallic phase. The following composites systems were investigated: Al2O3-Mo, Al2O3-Cu, Al2O3-W. Composites were produced by centrifugal slip casting method. This technique combines the classic casting of the slurry into porous molds with the action of centrifugal force. As a result, sleeve-shaped shapes with a metallic phase gradient were obtained. X-ray phase analysis have not revealed new phases in the produced composites. The type of metallic phase and its distribution in the ceramic matrix influenced the hardness of the produced composites.

2

Fabrication of Al2O3-Ni graded composites by centrifugal casting in an ultracentrifuge

Zygmuntowicz J., Zielant D., Suchecki P., Konopka K., Kaszuwara W.

Composites Theory and Practice

|

2018

|

R. 18, nr 3

174--179

EN

The work explored the possibility of producing Al2O3-Ni gradient composites using non-absorbent molds in a high-speed centrifuge. As a result of the centrifugal force, the mass was compacted and the solvent was separated from the solid part. The influence of rotational speed and the change in the solid phase content in the slurry on the obtained microstructure of the composites was investigated. The produced composites were characterized on the basis of macroscopic observations of the obtained samples immediately after the casting process (green body) and after the sintering process. To determine the gradient of the metallic phase, the observations were made on cross sections of the samples. Densification of the sinters was determined by the Archimedes method. The obtained results showed that using an appropriate correlation of technological parameters, i.e. rotational speed and solid phase content in the slurry, enables the fabrication of Al2O3-Ni composites with a microstructure gradient by the centrifugal casting method using non-absorbent forms. It was found that with an increase in the solid phase content in the mass, a clear boundary is formed which separates the area containing only ceramic (Al2O3) and metallic (Ni) particles.

PL

W ramach pracy zbadano możliwość wytwarzania kompozytów gradientowych Al2O3-Ni z zastosowaniem form nienasiąkliwych. W tym celu zastosowano wirówkę wysokoobrotową. W wyniku działania siły odśrodkowej nastąpiło zagęszczenie masy poprzez odseparowanie rozpuszczalnika od części stałej. Zbadano wpływ prędkości obrotowej oraz zmianę zawartości fazy stałej w masie lejnej na uzyskaną mikrostrukturę kompozytów. Wytworzone kompozyty scharakteryzowano na podstawie obserwacji makroskopowych uzyskanych próbek bezpośrednio po procesie odlewania, jak również po procesie spiekania. Przeprowadzono obserwacje wzdłuż przekroju poprzecznego próbek w celu określenia gradientu rozmieszczenia fazy metalicznej. Zagęszczenie spieków oceniono poprzez pomiar gęstości metodą Archimedesa. Uzyskane rezultaty pokazały, że zastosowanie odpowiedniej kombinacji parametrów technologicznych, tj. szybkości obrotowej oraz zawartości fazy stałej w masie lejnej, umożliwia wytworzenie metodą odlewania odśrodkowego, przy użyciu form nienasiąkliwych, kompozytów Al2O3-Ni z gradientem mikrostruktury. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem zawartości fazy stałej w masie lejnej powstaje wyraźna granica rozdzielająca obszar zawierający cząstki ceramiczne (Al2O3) oraz metaliczne (Ni).

3

Characterization of zirconia composites with nickel particles

Zygmuntowicz J., Miazga A., Łoś J., Konopka K.

Composites Theory and Practice

|

2017

|

R. 17, nr 2

109--113

EN

The aim of this paper was to characterize the microstructure and selected properties of Ni-3YSZ composites. The composites were prepared from a powder mixture containing 90 vol.% ZrO2 and 10 vol.% nickel powder. In the experiments the following powders were used: ZrO2 powder stabilized by 3 mol% Y2O3 from TOSOH ZIRCONIA 3YSZ of an average particle size less than 100 nm and density 6.05 g/cm3 and Ni powder from Sigma-Aldrich of an average particle size 1.5 µm and density 8.9 g/cm3. The samples were formed by uniaxial pressing. Two series of samples were fabricated with different sintering temperatures: series I was sintered at 1400°C and series II was sintered at 1600°C. The sintering process was conducted in an argon atmosphere. The structure of the samples was examined by X-ray diffraction (XRD) after sintering. The microstructure of the composites was investigated by scanning electron microscopy (SEM). The chemical composition was examined by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The selected physical properties of the prepared composites was measured by the Archimedes method. The hardness was measured using Vickers hardness testing. Based on the hardness measurements the KIC values were determined. Uniaxial pressing and the sintering method enabled the manufacture of Ni-3YSZ composites. The microstructure observation revealed homogeneous distribution of the Ni particles in the ZrO2 matrix in both series. The XRD patterns of the composites after sintering at 1400°C (series I) and 1600°C (series II) show that the composites consisted of three phases: t-ZrO2, m-ZrO2 and Ni. It was found that the temperature of 1400°C is not sufficient to obtain Ni-3YSZ composites with a high relative density.

PL

Celem pracy było określenie mikrostruktury i wybranych właściwości kompozytów Ni-3YSZ. Kompozyty wytwarzano z mieszaniny proszku zawierającej: 90% obj. ZrO2 i 10% obj. proszku Ni. W eksperymencie zastosowano następujące proszki: proszek ZrO2 stabilizowany 3% mol Y2O3, firmy TOSOH ZIRCONIA 3YSZ o średniej wielkości cząstek mniejszej niż 100 nm i gęstości 6,05 g/cm3 oraz proszek Ni firmy Sigma-Aldrich o średnim rozmiarze cząstek 1,5 μm i gęstości 8,9 g/cm3. Próbki zostały uformowane w wyniku prasowanie jednoosiowego. Przygotowano dwie serie próbek o różnych temperaturach spiekania: serię I spiekano w temperaturze 1400°C, a serię II spieczono w temperaturze 1600°C. Proces spiekania prowadzono w atmosferze ochronnej argonu. Za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) określono skład fazowy wytworzonych kompozytów. Mikrostrukturę kompozytów zbadano z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Skład chemiczny określono za pomocą spektrometru dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego (EDS). Wybrane właściwości fizyczne przygotowanych kompozytów zostały zmierzone z użyciem metody Archimedesa. Twardości kompozytów określono metodą Vickersa. Na podstawie pomiarów twardości wyznaczono wartość odporności na kruche pękanie (KIC). Metoda prasowania jednoosiowego pozwoliła na wytwarzanie kompozytów Ni-3YSZ. Obserwacje mikrostruktury ujawniły jednorodne rozmieszczenie cząstek Ni w osnowie ZrO2 w obydwu seriach. Na podstawie analizy fazowej stwierdzono, że wytworzone kompozyty po procesie spiekania w 1400°C (seria I) oraz 1600°C (seria II) charakteryzowały się obecnością trzech faz: t-ZrO2, m-ZrO2 i Ni. Stwierdzono, iż temperatura 1400°C nie wystarcza do uzyskania kompozytów Ni-3YSZ o wysokiej gęstości względnej.

4

Preliminary Tests of Cellular SiC/Iron Alloy Composite Produced by a Pressureless Infiltration Technique

Lipowska B., Psiuk B., Cholewa M., Kozakiewicz Ł.

Archives of Foundry Engineering

|

2017

|

Vol. 17, iss. 1

115--120

EN

Preliminary tests aimed at obtaining a cellular SiC/iron alloy composite with a spatial structure of mutually intersecting skeletons, using a porous ceramic preform have been conducted. The possibility of obtaining such a composite joint using a SiC material with an oxynitride bonding and grey cast iron with flake graphite has been confirmed. Porous ceramic preforms were made by pouring the gelling ceramic suspension over a foamed polymer base which was next fired. The obtained samples of materials were subjected to macroscopic and microscopic observations as well as investigations into the chemical composition in microareas. It was found that the minimum width of a channel in the preform, which in the case of pressureless infiltration enables molten cast iron penetration, ranges from 0.10 to 0.17 mm. It was also found that the ceramic material applied was characterized by good metal wettability. The ceramics/metal contact area always has a transition zone (when the channel width is big enough), where mixing of the components of both composite elements takes place.

5

Forming graded microstructure of Al2O3-Ni composite by centrifugal slip casting

Zygmuntowicz J., Miazga A., Konopka K., Kaszuwara W., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 1

44--47

EN

The aim of this study is to examine the possibility of fabricating ceramic-metal composites with a gradient concentration of metal particles from the Al2O3-Ni system. As the method of composite fabrication, centrifugal slip casting (CSC) was chosen. This method is a technique for powder processing, that combines the effects of slip casting and centrifugal casting. In this work one variant of the centrifugal casting method was used. The horizontal rotation axis was applied. Aqueous based slurries (with 50 vol.% content of solid phase) consisting of alumina and nickel powder (10 vol.%) were tested. The macroscopic as well SEM observations confirmed the gradient concentration of nickel particles in the composites.

PL

Celem niniejszej pracy było zbadanie możliwości wytwarzania kompozytów ceramiczno-metalowych z gradientem stężenia cząstek metalu z układu Al2O3-Ni. Jako metodę wytwarzania kompozytów wybrano odlewanie odśrodkowe mas lejnych (CSC). Metoda ta jest techniką przetwarzania proszku, która łączy w sobie metody: odlewania z gęstwy oraz odlewanie odśrodkowe. W pracy zastosowano metodę odlewania odśrodkowego w układzie z poziomą osią obrotu. Wodną zawiesinę o zawartość fazy stałej 50% obj. przygotowano na bazie tlenku glinu i proszku niklu (10% obj.) Makroskopowe oraz mikroskopowe obserwacje potwierdziły uzyskanie materiału z gradientem stężenia cząstek niklu.

6

Processing, Microstructure and Properties of Different Method Obtained Cu-Al2O3 Composites

Strojny-Nędza A., Pietrzak K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1301--1306

EN

Alumina/copper composites are used where high thermal conductivity, high absorption and dissipation of heat, high resistance to thermal fatigue and good frictional wear resistance are required. The properties of these composites depend on a number of factors including the content, shape and distribution of the ceramic phase, the method of their obtaining, as well as the conditions under which they are obtained. All these variables have influence on mentioned properties and, in consequence, on the future applications of the final material. The aim of this paper was to develop Cu /Al2 O3 composites, processed using two techniques, namely sintering (of Cu /Al2 O3 high-energy mixed powders) and tape casting (of slurry of the following composition: 1, 3 and 5 vol.% of Al2 O3 phase; the remaining part: Cu). The compositions were determined taking into consideration the planned applications. The paper presents newly developed technologies, the results of both microstructure investigations as well as of the measurements of selected physical and mechanical properties (microhardness, wear resistance, thermal conductivity etc.) and contains the analysis of the influence of selected techniques and processing conditions on the properties and the interface morphology between ceramic and copper.

PL

Kompozyty na bazie miedzi znajdują zastosowanie tam, gdzie jest wymagane: wysokie przewodnictwo cieplne, wysoka absorpcja i rozpraszanie ciepła, wysoka odporność na zmęczenie cieplne i dobra odporność na zużycie ścierne. Właściwości tych kompozytów zależą od wielu czynników tj. zawartości, kształtu i rozkładu fazy ceramicznej w metalowej osnowie jak również od samego sposobu (warunków) ich wytwarzania. Celem niniejszej pracy było otrzymanie kompozytów Cu-Al2 O3 stosując dwie techniki: spiekania mieszaniny proszków pod ciśnieniem oraz odlewanie folii kompozytowych (tape casting), laminowanie oraz końcowe spiekanie otrzymanych materiałów. Ze względu na przyszłe zastosowania tych kompozytów (m.in. elementy w układach turbin w samolotach) wytypowane zostały następujące składy: 99%ob j:Cu-1%ob j:Al2 O3 , 97%ob j:Cu-3%ob j: Al2 O3 , 95%ob j:Cu-5%ob j: Al2 O3 : W prezentowanej pracy przedstawiono dwie technologie otrzymania kompozytów na bazie miedzi. Przeprowadzone zostały badania mikrostruktury otrzymanych kompozytów ze szczególnym zwróceniem uwagi na możliwość pojawienia się warstwy przejściowej ceramika/metal. Przeprowadzone zostały również badania właściwości fizycznych (twardość, gęstość), badania właściwości cieplnych (dyfuzyjność cieplna, przewodnictwo cieplne) oraz badania właściwości mechanicznych (zużycie ścierne) otrzymanych kompozytów.

7

SEM and TEM studies of NiAl2O4 spinel phase distribution in alumina matrix

Konopka K., Lityńska-Dobrzyńska L., Dutkiewicz J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2013

|

Vol. 58, iss. 2

501--504

EN

Methods of enhancing of mechanical properties of ceramic-metal composites, particularly fracture toughness by introducing dispersed metal particles such as W, Mo, Ni, Al, etc to a ceramic matrix are well known. However, the dependence of the microstructures, especially interfaces, on the properties of composites is not well understood yet. Moreover, the ceramic-metal interfaces play a crucial role in tailoring the composite properties. In this paper we examine the alumina matrix composite with NiAl2O4 spinel phase and present the SEM and TEM studies of spinel distribution, size and crystallographic orientation. The composites were prepared by sintering Al2O3 and Ni powders below the melting point of Ni in argon. During the process of sintering the spinel phase appeared. It was not homogeneously distributed in the alumina matrix. The spinel phase areas were linked together and constituted an almost continuous form. We observed that the distribution and size of spinel influenced the fracture toughness of the composite.

PL

Wprowadzenie do osnowy ceramicznej cząstek metalu np. W, Mo, Ni, Al, a także innych zapewnia wzrost odporności na pekanie uzyskanych kompozytów. Jest to już dobrze znany fakt, jednakże nie do końca opisany jest wpływ powierzchni międzyfazowych na właściwości kompozytów. W pracy analizowano kompozyt Al2O3 -Ni z udziałem spinelu NiAl2O4 . Obserwacje SEM i TEM ujawniły niejednorodne rozmieszczenie spinelu w objętości materiału. Opisano orientacje krystalograficzną, grubość i kształt fazy spinelowej. Powstający na granicach między cząstkami niklu a osnową Al2O3 spinel tworzy prawie ciągłe układy łączące sąsiednie cząstki niklu. Stwierdzono wpływ fazy NiAl2O4 na odporność na pękanie kompozytów.

8

Wpływ atmosfery spiekania na mikrostrukturę i właściwości kompozytów Al2O3-Ni

Konopka K., Kuczyński P., Miazga A., Riegert D.

Materiały Ceramiczne

|

2012

|

T. 64, nr 1

89-93

PL

W artykule przedstawiono wpływ atmosfery spiekania (powietrze, argon, wodór) na mikrostrukturę i wybrane właściwości kompozytów Al2O3-Ni. Kompozyty otrzymane były w procesie prasowania i spiekania proszków Al2O3 i Ni. Zastosowanie różnych atmosfer spiekania doprowadziło do zróżnicowanej budowy fazowej kompozytów. Kompozyty spiekane w atmosferze argonu oprócz Al2O3 i Ni charakteryzowały się obecnością NiO. Badania przy użyciu dyfrakcji rentgenowskiej ujawniły obecność NiO w warstwie zewnętrznej kompozytu. W przypadku spiekania w powietrzu stwierdzono obecność fazy spinelowej NiAl2O4 zarówno w warstwie zewnętrznej, jak i w środku próbki o czym świadczą charakterystyczna, niebiesko-turkusowa barwa próbki na całym jej przekroju oraz, potwierdzające obecność spinelu, badania dyfrakcji rentgenowskiej. Powstanie NiO oraz NiAl2O4 świadczy o procesie utleniania cząstek Ni na etapie konsolidacji. W przypadku spiekania w atmosferze argonu warstwa NiO powstaje na granicy międzyfazowej Ni/Al2O3 jako skutek absorpcji tlenu na powierzchni cząstek proszku Ni już na etapie mieszania i prasowania proszków. Natomiast spiekanie w atmosferze powietrza doprowadziło do utworzenia fazy spinelowej. W szczególności w warstwie zewnętrznej doszło do całkowitego przereagowania Ni i przejścia do spinelu NiAl2O4. Spiekanie w redukującej atmosferze H2 zapewnia dwufazową budowę kompozytu złożoną z rozmieszczonych w osnowie Al2O3 cząstek Ni. Różnice w budowie fazowej kompozytów powodują różnice w ich gęstości i porowatości, a także twardości. Najwyższą gęstość jak również twardość uzyskano w kompozytach spiekanych w H2.

EN

This paper presents the effect of sintering atmosphere (air, argon, hydrogen) on the microstructure and selected properties of Al2O3-Ni composites. The composites were obtained by pressing and sintering of Al2O3 and Ni powders. The use of different sintering atmospheres has led to composites of various phase compositions. The composites sintered in argon shown the presence of NiO in addition to Al2O3 and Ni. X-ray diffraction studies revealed NiO in an outer layer of the material. In the case of sintering in air, the NiAl2O4 spinel phase was detected, either on the sample surface and in the sample interior. The fact provides a characteristic blue-turquoise color of the sample throughout its cross section. The presence of NiAl2O4 was confirmed by X-ray diffraction studies. The formation of NiO and NiAl2O4 indicates oxidation of Ni particles during the consolidation process. In the case of sintering in argon, the NiO layer is formed at the Ni/Al2O3 interface as a result of oxygen absorption on the surface of Ni particles during mixing and pressing the powders. Sintering in air led to the formation of spinel. In particular, there was a complete transition of Ni to the spinel NiAl2O4 in the outer layer. Sintering in the reducing atmosphere of H2 provides a two-phase composite structure composed of nickel particles distributed in the Al2O3 matrix. Differences in the composite phase-compositions cause differences in their density, porosity and hardness. The highest density and hardness were obtained for the composites sintered in H2.

9

Microstructure and properties of hot-pressed molybdenum-alumina composites

Chmielewski M., Dutkiewicz J., Kaliński D., Lityńska-Dobrzyńska L., Pietrzak K., Strojny-Nędza A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2012

|

Vol. 57, iss. 3

686-693

EN

Brittleness is the main technical limitation on a wide use of advanced ceramic materials. To overcome this problem, ceramic-metal composites are commonly applied. A principal advantage of ceramic-metal composite materials is their higher resistance to brittle fracture. An increase of fracture toughness depends on the type, amount, size and shape of a metallic component. The metallic phase can additionally modify physical, mechanical and thermal properties of materials. The results of experiments concerning a manufacturing process of Mo-Al2O3 composite materials obtained by the hot pressing method were presented. Two powder mixtures with different volume fraction of aluminium oxide were prepared in a planetary ball mill. The hot pressing process allowed to obtain well-densified metal matrix composites (˜99% of a theoretical density). Microstructural observations of sinters were conducted using scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and transmission electron microscopy. Very stable bonding between metal and ceramic grains was observed. Complex investigations of the physical and mechanical properties of obtained molybdenum-alumina composite materials seem to be very promising from an application point of view.

PL

Główna przyczyną ograniczenia stosowalności zaawansowanych materiałów ceramicznych jest ich kruchość. W celu pokonania tego problemu powszechnie stosuje sie kompozyty ceramiczno-metalowe, których zaletą jest wyższa odporność na kruche pękanie w porównaniu z materiałami ceramicznymi. Zależy ona od wielu czynników m.in. rodzaju, ilości, wielkości oraz kształtu zastosowanego metalu. Ostatecznym zmianom ulegają równiez inne właściwości tj. fizyczne, mechaniczne, termiczne. W pracy przedstawiono wyniki technologicznych prób otrzymywania materiałów kompozytowych Mo-Al2O3 przy wykorzystaniu techniki spiekania pod ciśnieniem. Mieszaniny proszków o różnych udziałach objętosciowych fazy ceramicznej przygotowano w planetarnym młynku kulowym. Ostateczny proces zageszczania pozwolił uzyskac materiały o wysokiej gestości względnej (powyżej 99% gęstości teoretycznej). Analizowano mikrostrukturę spieków z wykorzystaniem skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Stwierdzono występowanie bardzo dobrego połączenia fazy ceramicznej z osnową metalową. Przeprowadzono szeroką analizą właściwosci fizycznych i mechanicznych uzyskanych kompozytów, co powinno pozwolić na rozszerzenie możliwości aplikacyjnych opracowanych tworzyw.

10

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).

11

Mikrostrukturalne uwarunkowania wybranych właściwości mechanicznych kompozytów o osnowie ceramicznej

Konopka K.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Materiałowa

|

2005

|

z. 18

3-92

PL

Praca dotyczy wybranych uwarunkowań mikrostrukturalnych wpływających na odporność na pękanie i inne właściwości mechaniczne kompozytów om osnowie ceramicznej. Badania prowadzono na dwóch rodzajach kompozytów o osnowie ceramicznej z fazą metaliczną i polimerem. W sposób eksperymentalny opisano takie właściwości kompozytów, jak: moduł Younga, twardość, odporność na pękanie, odporność na zginanie, odporność na zużycie ścierne oraz wytrzymałość na ściskanie. Analizie poddano wpływ metalu oraz polimeru na propagację pęknięć i możliwość zwiększenia odporności na pękanie kompozytów z udziałem tych faz. Zebrane i omówione w pracy wyniki badań kompozytów o osnowie ceramicznej wykazują wpływ mikrostrukturalnych uwarunkowań na wybrane właściwości mechaniczne tych materiałów. Wykazano wpływ czynników geometrycznych, tj. rozmiaru i rozmieszczenia fazy w osnowie ceramicznej, a także obecności faz przejściowych na granicach międzyfazowych na propagacje pęknięcia i wzrost odporności na pękanie, wykazano też zmianę innych właściwości (twardość, odporność na zyżycie ścierne). Istotnym zagadnieniem podjętym w pracy były zaproponowane rozwiązania technologiczne projektowania kompozytów o osnowie ceramicznej. do takich należy sposób poprawienia zwilżalności ceramiki przez metal, a w szczególności porowatego tworzywa ceramicznego infiltrowanego ciekłym metalem, a także wytwarzanie kompozytów z proszków ceramicznych wcześniej poddanych metalizacji. W przypadku kompozytów ceramika-elastomer przedmiotem badań było ich zachowanie pod obciążeniem ściskającym. Badane kompozyty wykazuja wysoką wytrzymałość na ściskanie przy jednoczesnym osiąganiu dużych, odwracalnych odkształceń. OPrzedstawione w pracy wyniki pozwalają na nakreślenie dalszych kierunków badań. Do takich zaliczono otrzymywanie i analizę właściwości kompozytów z ciągłością fazy metalicznej oraz polimerowej.

EN

The study is concerned with certain selected microstructural factors that affect resistance to brittle fracture and other mechanical properties of ceramic-matrix composities. Two kinds of ceramic-matrix composites were examined: composites containing a metallic phase and composites with a polymer. Experimental examinations included the determination of the Young modulus, hardness, resistance to brittle fracture, bending strength, resistance to frictional wear and compressive strength. analysis was concentrated on the effect of the metal or the polymer, contained in the composites, upon the propagation of cracks and on the possibility of improving the fracture toughness of the composites. The results obtained indicate that microstructural factors have an influence upon certain mechanical properties of ceramic-matrix composites. It has been shown that geometrical features, such as the size and distribution of the additional phase wthin the ceramic matrix and also the presence of transition phases at the inter-phase boundaries affect crack propagation, increase fracture toughness and also improve certain other properties (hardness and frictional wear resistance). The results of the study permit proposing certain technological solutions helpful in design the ceramic-matrix composites. these proposals include a method for improving the wettability of the ceramic material by metal, in particular in the case of porous ceramics infiltrated by a liquid metal, and a method of fabrication of composites using ceramic powders that were subjected to metallization prior to the process. Experiments with ceramic-elastomer composites included of the behavior of the composite under a compresive load. the composites showed a high compressive strength combined with the capability to achieve large recoverable strain. The results presented in this study permit the indication of the lines of further investigations, e.g. the development of technology of composites with a continuous metallic or polymeric phase and an analysis of their properties.

12

Odporność na ścieranie kompozytów Al2O3-Fe

Konopka K., Budziński M.

Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

R. XXIV, nr 2

64--66

PL

Badania przeprowadzone na kompozytach Al2O3-Fe wykazały, że odporność na ścieranie tych kompozytów jest zależna od ilości proszku Fe użytego do wytworzenia kompozytu oraz powstającego w trakcie spiekania spinelu FeAl2O4, rozmieszczonego na granicy ceramika-metal. Wynik pomiaru odporności na ścieranie jest wypadkową zużycia twardej, kruchej osnowy ceramicznej, plastycznych cząstek metalu oraz twardego spinelu. Mikrostruktura kompozytu o zawartości 20% wagowych żelaza, z drobnymi równomiernie rozmieszczonymi w osnowie ceramicznej cząstkami żelaza otoczonymi warstwą spinelu charakteryzuje się najkorzystniejszą odpornością na ścieranie.

EN

In the present work the Al2O3-Fe composites were investigated. The results of wear resistance measurements suggest that on the wear resistant influence the brittle ceramic matrix, ductile metal particles and very hard spinel phase FeAl2O4. The composite with 20 wt. % of iron with microstructure consisted of fine metal particles uniformly distributed in ceramic matrix shows the optimum wear resistance.

13

Nanokompozyty ceramiczno-ceramiczne i ceramiczno-metaliczne: otrzymywanie metodą strefowego nasycania fazą ciekłą pod wysokim ciśnieniem.

Pałosz B., Gierlotka S., Grzanka E., Stelmakh S., Świderska-Środa A., Pielaszek R., Kalisz G.

Archiwum Nauki o Materiałach

|

2003

|

T. 24, nr 4

405-432

PL

W pracy przedstawiono założenia i sposób prowadzenia procesów otrzymywania nanokompozytów metodą infiltracji pod ciśnieniem fazy ciekłej metali i półprzewodników w supertwardą osnowę ceramiczną. Omówiono warunki otrzymywania nanokompozytów na drodze infiltracji fizycznej oraz infiltracji połączonej z wiązaniem chemicznym osnowy ceramicznej z metalami i półprzewodnikami. Przedstawiono nowe, oryginalne techniki badania budowy atomowej, naprężeń generowanych w nanokryształach pod wysokim ciśnieniem oraz rozkładu wielkości ziaren z wykorzystaniem technik dyfrakcyjnych.

EN

A method of obtaining nanocomposites having crystallites with sizes between 10 and 30 nm with the use of zone infiltration of liquid metals and semiconductors in a ceramic matrices of SiC and diamond under pressure is presented. The processes with and without activation of chemical reactivations between the primary nanocrystalline ceramic matrices and secondary phases of metals and semiconductors are described. The effects of pressure and temperature and specific properties of microstructure of ceramic matrixes on the structure and properties of nanocomposites are discussed. Novel experimental and numerical methods based on diffraction techniques and dedicated to examination of (i) atomic structure, (ii) strains and (iii) grain size distribution of nanocrystalline powders are introduced.