Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 46

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 3 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
Wyszukiwano:
w słowach kluczowych:  węgiel szklisty
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 3 next fast forward last
1
Content available remote Processing and structure of HDPE/glassy carbon composite suitable for 3D printing
EN
The following paper discusses the studies of high-density polyethylene (HDPE) reinforced with glassy carbon (GC) particles. The conducted research focused on the processing properties of the material. Samples were made from extruded HDPE filament reinforced with GC. The granulate for extrusion was made by depositing GC particles on the surface of HDPE granules in ethylene alcohol. The granulate was subsequently extruded in the form of a filament (1.6 mm in diameter). The filament was cut into smaller pieces, which were then prepared and examined using a light microscope. Density measurements and quantitative analysis were performed to examine the amount of glassy carbon in the samples. The measurements showed about a 1% volume of glassy carbon in the reinforced filament. The melt flow index was measured for the HDPE filament and HDPE filament reinforced with GC. The viscosity curves for the neat HDPE and the composite filament were determined. The reinforced HDPE filament was characterized by slightly lower flow parameters; however, the difference between the results was insignificant for material processing. The maximum feed rate of the prepared filament for the FDM 3D printing process was evaluated by mathematical modeling. The results show that both the prepared materials have a similar printing capability as commonly used PLA, only the composite filament should have a 1.4% lower feed rate than the neat HDPE.
PL
Przedstawiona praca dotyczy wstępnych badań nad polietylenem wysokiej gęstości (HDPE) zbrojonym cząstkami węgla szklistego (GC). Przeprowadzone badania skupiały się wokół struktury oraz właściwości przetwórczych uzyskanego kompozytu. Próbki zostały wytworzone z wytłoczonego filamentu HDPE zawierającego węgiel szklisty. Granulat do wytłaczania został przygotowany poprzez osadzanie cząstek GC na powierzchni granul HDPE w alkoholu etylowym, a następnie po wysuszeniu wytłoczony w postaci filamentu o średnicy ok. 1,6 mm. Przygotowany filament został poddany regranulacji, a następnie poddany obserwacji na mikroskopie świetlnym. Za pomocą pomiarów gęstości oraz analizy obrazu zdjęć z mikroskopu oceniono udział węgla szklistego w osnowie HDPE. Pomiary wykazała udział objętościowy zbrojenia na poziomie 1%. Właściwości przetwórcze zostały ocenione poprzez pomiary MFI oraz wyznaczonych na ich podstawie krzywych lepkości. Kompozytowy filament wykazywał nieznacznie mniejsze płynięcie w porównaniu do bazowego tworzywa. Ostatecznie oceniono maksymalny feed rate w procesie drukowania 3D (FDM) za pomocą modeli analitycznych dla wytworzonych filamentów. Wyniki modelowania pokazują, że oba przygotowane materiały mógłby być drukowane przy podobnych prędkościach jak popularne PLA.
EN
Purpose: of the research is to physically modify the composition of bone cements with glassy carbon and cancellous bone to improve its performance, reduce polymerization temperature and reduce the ability of cements the effect of admixture on the phenomenon of relaxation. Design/methodology/approach: SpinePlex bone cement was modified with glassy carbon powder with 20-50 pm granulation with Maxgraft®. Maxgraft cancellous bone has been ground to 20-50 pm grains. Samples of unmodified cements (reference) and modified with glassy carbon and cancellous bone were prepared for the tests. The glassy carbon powder and ground cancellous bone were premixed with the cement copolymer powder, and then the premix prepared this way was spread in a liquid monomer. To delay the polymerization process, all components were cooled before mixing to 15°C. The addition of glassy carbon was 0.4 g and the addition of cancellous bone was 0.2 g per 20 g of cement powder, i.e. about 1.96% by mass. Polymerization temperature, relaxation and differential scanning calorimetry tests were performed on the samples made. Findings: Additives used allow: to reduce the polymerization temperature, as well as rheological properties. During the studies it was found that the additive which can meet the requirements is glassy carbon in form of powder and cancellous bone. Research limitations/implications: The results presented in the publication require further advanced research, which will be the subject of further modification attempts by the research team. Practical implications: The conducted tests showed a significant effect of glassy carbon as a modifier on the mechanical properties of cement after its solidification, but also on the course of the polymerization process. Temperature registration tests during crosslinking, tests of mechanical properties (behaviour of cement samples under load) and DSC differential scanning calorimetry analysis confirmed that the addition of glassy carbon had an effect on each of these aspects. Originality/value: The original in these studies is the possibility to improve fundamental properties of the selected bone cements by using different than commonly used additives.
EN
Purpose: The aim of this manuscript was to study and analyse the properties of bone cement (VertaPlex) before and after modification with glassy carbon (Alfa Aesar) and human bone (MaxGraft). Design/methodology/approach: To achieve the assumed goal, a series of samples was made - five samples for each mixture, where: 5 bone cement samples, 5 bone cement samples mixed with 20-50 μm glassy carbon in the ratio of 1 g carbon per 40 g of cement, and 5 samples of bone cement mixed with 20-50 μm glassy carbon and human bone in the ratio of 1 g of carbon per 40 g of cement and 0.4 g of bone per 40 g of cement. The produced samples (4 for each mixture, 1 was the reference sample) were subjected to tests - compression test, microscopic observations with a 3D microscope, surface profile tests and hardness tests. Findings: The study has shown that modifications with glassy carbon and bone change the mechanical properties, as well as the strength of the samples. Compression tests have shown that the material without admixtures is characterized by the highest compressive strength and the doping of the glassy carbon itself makes the material more brittle. A significant increase in hardness was also observed for samples with glassy carbon and bones after the pressing process. Practical implications: The study was made synthetically, without taking into account the effect of the environment of body fluids and the human body temperature. This study is an introduction to further considerations where samples for which these conditions will be applied are currently being prepared. Originality/value: For commercial use, in treatment of patients, cements modified with glassy carbon and bone glassy carbon have not been used so far. Due to the prerequisites of a positive effect of glassy carbon addition on osseointegration and biocompatibility, the study in this area has been undertaken.
EN
Carbon with an amorphous structure was used as a component to modify the tribological properties of engineering plastics. Its construction allows the formation of carbon-based wear products during friction, adhesively bonded to the surface of cooperating machine parts, acting as a solid lubricant. The work compares the tribological properties of two groups of composites with an aluminium alloy matrix in which glassy carbon appeared in the form of particles and an open cell foam fulfilling the role of strengthening the matrix. The use of spatial structures of reinforcement provides, in comparison with the strengthening of particles, homogeneity of carbon distribution in the entire volume of the composite. The tests carried out on a pin-disc tester showed that the use of spatial carbon structures in the composite ensures a greater coefficient of friction stability than when reinforcing with particles, and the coefficient of friction with a small proportion of carbon foams (about 1 wt%) is comparable with the coefficient of friction in the contact with composites containing 5-10% carbon particles in granular form.
PL
Węgiel o strukturze amorficznej został wykorzystywany, jako komponent do modyfikacji właściwości tribologicznych tworzyw konstrukcyjnych. Jego budowa pozwala na tworzenie się w trakcie tarcia węglowych produktów zużycia, połączonych adhezyjnie z powierzchnią współpracujących części maszyn, pełniących funkcję smaru stałego. W pracy porównano właściwości tribologiczne dwóch grup kompozytów z osnową ze stopu aluminium, w których węgiel szklisty występował w postaci cząstek oraz piany otwartokomórkowej pełniącej rolę umocnienia osnowy. Wykorzystanie przestrzennych struktur zbrojenia zapewnia, w porównaniu z umocnieniem cząstkami, homogeniczność rozkładu węgla w całej objętości kompozytu. Przeprowadzone badania na testerze pin-disc wykazały, że wykorzystanie w kompozycie przestrzennych struktur węglowych zapewnia większą stabilność współczynnika tarcia niż przy umocnieniu cząstkami, a współczynnik tarcia przy niewielkim udziale pian węglowych (około 1% cz. wag.) jest porównywalny ze współczynnikiem tarcia w skojarzeniu z kompozytami zawierającymi 5–10% cząstek węglowych w postaci ziarnistej.
5
Content available remote Composite coatings including solid lubricants designed for aviation
EN
The article presents the fundamentals of the manufacturing, structure and selected properties of composite coatings (RGC) developed at the Silesian University of Technology designed for the aviation industry. The tribological properties of the developed coatings were compared with the properties of coatings used to date (TLML). The primary purpose of the coatings developed by the authors is to extend the time of correct operation of selected contacts of aircraft piston engines after the loss of lubrication due to a failure during flight. This time is necessary to fly to a safe landing place. Ensuring correct operation of the contact, i.e. maintaining the coefficient of friction at a level to prevent seizing, is possible due to a coating of a composite layer containing solid lubricants on the sliding surfaces. In the RGC coating, it is a glassy carbon and in the TLML coating it is molybdenum disulphide. During sliding with an insufficient amount of oil, more intensive wear of the coating takes place. Since the lubrication does not work, wear products are removed from the friction zone much more slowly. A mixture is formed from the wear products of the solid lubricant and oil residues, which is deposited on the cooperating surfaces, reducing friction. Even after the coating was worn off, the coefficient of friction in the conducted tests did not exceed 0.04. The developed coating can work at 120°C, with pressure p = 0.4÷2.0 MPa and at sliding velocity v = 0.55 m/s up to 30 minutes without being completely worn out. The TLML coating after about 24 minutes was worn out.
PL
Przedstawiono podstawy wytwarzania, budowę i wybrane właściwości opracowanych w Politechnice Śląskiej powłok kompozytowych (RGC) przeznaczonych dla lotnictwa. Właściwości tribologiczne opracowanych powłok porównano z właściwościami powłok stosowanych dotychczas (TLML). Podstawowym celem opracowanych przez autorów powłok jest wydłużenie czasu poprawnej pracy wybranych skojarzeń tłokowych silników lotniczych po zaniku smarowania spowodowanego awarią podczas lotu. Czas ten jest niezbędny na dolot do miejsca bezpiecznego lądowania. Zapewnienie poprawnej pracy skojarzeń, tj. utrzymanie współczynnika tarcia na poziomie zabezpieczającym przed zatarciem, jest możliwe dzięki naniesieniu na współpracujące powierzchnie powłok kompozytowych zawierających smary stałe. W powłoce RGC jest to węgiel szklisty, a w powłoce TLML dwusiarczek molibdenu. Podczas współpracy ślizgowej, przy niewystarczającej ilości oleju, ma miejsce intensywniejsze zużywanie powłoki. Ponieważ smarowanie nie funkcjonuje, produkty zużycia są usuwane ze strefy tarcia znacznie wolniej. Z produktów zużycia smaru stałego i resztek oleju tworzy się mieszanina, która jest osadzana na współpracujących powierzchniach, zmniejszając tarcie. Nawet po zużyciu powłoki współczynnik tarcia w przeprowadzonych badaniach nie przekraczał 0,04. Opracowana powłoka może pracować w temperaturze 120°C, przy nacisku p = 0,4÷2,0 MPa i prędkości v = 0,55 m/s, do 30 minut nie ulegając całkowitemu zużyciu. Powłoka TLML po około 24 minutach została zużyta.
6
Content available remote Glassy carbon foams as skeleton reinforcement in polymer composite
EN
Glassy carbon foams were produced by the pyrolysis process using polyurethane foam with a layer of phenol-formaldehyde resin as the precursor. The pyrolysis process was conducted in vacuum conditions at 1000°C. The pyrolysis conditions were determined on the basis of carried out thermogravimetric analysis. The basic mechanical properties like the compressive strength of the carbon foams was measured and compared with the theoretical value. Furthermore, the glassy carbon foams were applied as skeleton reinforcement in epoxy resin matrix composites. Analysis of the mechanical properties revealed that the values of hardness and compressive strength of materials with spatial carbon foam are almost two times higher than for a pure matrix applied as the reference material. The major factors that influenced the final mechanical properties are the quality of the obtained foams and the amount of carbon in the material volume. Moreover, it was proved that the application of carbon foam with low mechanical properties led to significant increases in the compressive strength of the composite materials.
PL
Prezentowane w niniejszej pracy pianki z węgla szklistego zostały otrzymane w procesach pirolizy preform poliuretanowych z warstwą żywicy fenolowo-formaldehydowej. Proces pirolizy został przeprowadzony w warunkach odmiennych w stosunku do stosowanych powszechnie technologiach. W tym przypadku zastosowano próżnię oraz temperaturę 1000°C. Warunki pirolizy określono na podstawie przeprowadzonej analizy termograwimetrycznej. Właściwości mechaniczne otrzymanych pianek węglowych wyznaczono na podstawie wytrzymałości na ściskanie. Otrzymane dane porównano z wartościami teoretycznymi wyznaczonymi według równania Ashby’ego i Gibsona. Ponadto, w ramach badań wytworzono kompozyty z osnową polimerową, wzmocnione prezentowanymi pianami węglowymi. Analiza właściwości mechanicznych wykazała, że wartość twardości oraz wytrzymałości na ściskanie kompozytów wzmocnionych strukturami węglowymi jest niemal dwukrotnie wyższa od wartości czystej żywicy epoksydowej - materiału referencyjnego. Określono, że najważniejszymi czynnikami mającymi wpływ na właściwości mechaniczne są jakość wytworzonej pianki oraz ilość węgla w objętości materiału kompozytowego. Ponadto zostało udowodnione, że zastosowanie pianek węglowych o niskich właściwościach mechanicznych prowadzi do znacznego wzrostu wytrzymałości na ściskanie materiałów kompozytowych na osnowie polimerowej.
7
Content available remote Composites including foam inserts designed for combustion engine cylinder liners
EN
The paper presents the influence of the reinforcing phase form on the structure and tribological properties of composites with an aluminum alloy (AlMg5) matrix containing glassy carbon as a solid lubricant. These composites are designed to produce cylinder liners of piston machines, namely air compressors, combustion engines and pneumatic actuator cylinders. The results of comparative examination of composites containing foam inserts made of Al2O3 coated with glassy carbon and composites containing foam inserts made from glassy carbon are presented. Adding Al2O3 foam to the AlMg5 alloy increases the compressive strength, but enhances the friction and wear of the sliding cast iron. The wear of the composite containing Al2O3 when rubbing against a pin made of cast iron GJL-250 is more than twice lower than the matrix. The presence of glassy carbon foam reduces the friction and wear of both the cast iron pin (more than five times) and the matrix. The presence of the Al2O3 foam in the AlMg5 alloy deteriorates the heat dissipation, causing an increase in temperature in the friction zone during friction in air against GJL-250 cast iron. The temperature in the friction zone of the composite with Al2O3 foam is more than 20°C higher than the friction zone of the composite comprising glassy carbon foam.
PL
Przedstawiono wpływ postaci fazy zbrojącej na budowę i właściwości tribologiczne kompozytów na osnowie stopu aluminium (AlMg5) zawierającego węgiel szklisty jako smar stały. Kompozyty te są przewidziane do wytwarzania tulei cylindrowych maszyn tłokowych, tj. sprężarek powietrza i silników spalinowych oraz cylindrów siłowników pneumatycznych. Przedstawiono wyniki badań porównawczych kompozytu zawierającego wstawki wykonane z pianki Al2O3 pokrytej węglem szklistym oraz kompozytu zawierającego wstawki z pianki wykonanej z węgla szklistego. Dodanie do stopu AlMg5 pianki Al2O3 zwiększa jej wytrzymałość na ściskanie, ale intensyfikuje tarcie i zużycie współpracującego z nim żeliwa. Zużycie kompozytu zawierającego Al2O3 podczas współpracy z trzpieniem z żeliwa GJL-250 jest ponad 2-krotnie mniejsze niż z osnowy. Obecność pianki z węgla szklistego zmniejsza tarcie i zużycie zarówno trzpienia żeliwnego (ponad pięciokrotnie), jak i osnowy. Obecność pianki Al2O3 w stopie AlMg5 pogarsza warunki odprowadzania ciepła, powodując wzrost temperatury w strefie tarcia, w warunkach tarcia technicznie suchego z żeliwem GJL-250. Temperatura w strefie tarcia kompozytu z zawartością pianki Al2O3 jest ponad 20°C wyższa niż w strefie tarcia kompozytu zawierającego piankę z węgla szklistego.
EN
Carbon materials such as glassy carbon or C/C composites do not always meet the requirements set down for them in technical and biomechanical applications. The most important problem of the manufacturing process that the authors have managed to overcome was the elimination of internal cracks, which cause splitting, in the finished samples. The resulting uniform research material, due to the extremely sensitive implantation site, must meet the following numerous requirements: have high mechanical and chemical strength, exhibit biotolerance, and have high resistance to tribological wear. The paper presents the results of tribological, stereometric, and micromechanical tests of carbon materials that were annealed in a graphite furnace at temperatures of 1500°C, 2000°C, and 2500°C. In order to analyse tribological characteristics, a methodology for performing tests on the ball-on-disk apparatus (T-01 testing machine) was developed that reflect load conditions prevailing in the real node. The tribological tests of glassy carbon confirmed predictions that the temperature of manufacturing has a big impact on its tribological properties, and a higher temperature of annealing does not always improve the material properties.
PL
Materiały węglowe typu węgiel szklisty lub kompozyt C/C nie zawsze spełniają wymagania im stawiane w zastosowaniach technicznych i biomechanicznych. Najistotniejszym problemem procesu wytwarzania, który udało się autorom pokonać było wyeliminowanie pęknięć wewnętrznych w gotowych próbkach powodujących ich podzielenie. Uzyskany jednolity materiał badawczy ze względu na niezwykle newralgiczne miejsce wszczepienia musi spełniać liczne wymagania: wykazywać wysoką wytrzymałość mechaniczną i chemiczną, biotolerancję oraz wysoką odporność na zużycie tribologiczne. W pracy przedstawiono wyniki badań tribologicznych, stereometrycznych i mikromechanicznych materiałów węglowych, które zostały wygrzane w piecu grafitowym, w temperaturach odpowiednio: 1500°C, 2000°C i 2500°C. W celu przeprowadzenia analiz charakterystyk tribologicznych opracowano metodykę badań na stanowisku kula-tarcza (tester T-01), która powinna odzwierciedlić warunki obciążeniowe panujące w rzeczywistym węźle. Przeprowadzone badania tribologiczne węgla szklistego potwierdziły przypuszczenia, iż temperatura wytwarzania tego materiału ma duży wpływ na jego własności tribologiczne, a wyższa temperatura wygrzewania nie zawsze oznacza poprawę właściwości materiału.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu ciągłej struktury umacniającej węgla szklistego na właściwości tribologiczne kompozytów. W badaniach wykorzystano jako zbrojenie wytworzone we własnym zakresie pianki węglowe o określonej porowatości zapewniające możliwość infiltracji ciekłym materiałem osnowy aluminiowej. Wytworzone kompozyty poddano badaniom tribologicznym w celu określenia wpływu szkieletowej struktury umacniającej na wartość współczynnika tarcia i mechanizm zużywania. Wyniki wykazały, że odpowiednia jakość i porowatość przestrzennych struktur mogą wpływać na wartość współczynnika tarcia i zużycie. Analiza rentgenowska powierzchni biorącej udział w tarciu wykazała, że ulegające zniszczeniu struktury węglowe osadzają się na biorących w tarciu materiałach próbki i przeciwpróbki i mogą tworzyć smar stały wpływający korzystnie na ograniczenie procesów zużywania oraz stabilizację współczynnika tarcia.
EN
This paper presents the influence of the skeletal structure of glassy carbon foam on the tribological properties of composite materials. During the research, carbon foams produced in the laboratory were used as a reinforcement. The proper level of the porosity of the skeletal structure gave an opportunity for the infiltration of liquid aluminium. For manufactured composites, the coefficient of friction and wear level were measured as a result of tribological investigations. The measurements revealed the influence of the porosity and quality of foams on the coefficient of friction and level wear ratio. During X-ray studies of external parts of the friction surface, the specific behaviour of carbon foam was discovered. The worn carbon phases are smeared on the friction surface, creating thin lubricating layer. This carbon layer plays a protective role against progressive wear and lead to the stabilisation of friction coefficient values.
PL
W artykule przedstawiono wpływ rodzaju zbrojenia oraz dodatków węglowych na właściwości tribologiczne materiałów kompozytowych wytworzonych do potencjalnych zastosowań w wysokoobciążonych węzłach tarcia. Analizie poddano wpływ nanorurek węglowych i amorficznej postaci węgla na właściwości tribologiczne kompozytów z osnową aluminiową. Technologia wytworzenia materiałów bazowała na metodach wysokoenergetycznego mielenia proszków w młynach planetarnych, z późniejszym prasowaniem na gorąco w fazie ciekłokrystalicznej. Do badań wykorzystano kompozyty na osnowie aluminium, zbrojone węglikiem krzemu (SiC) lub azotkiem krzemu (Si3N4). Jako dodatki węglowe wykorzystano 1% wag. wielościennych nanorurek węglowych (CNTs) lub 5% wag. cząstek węgla szklistego (GC). Właściwy dobór parametrów mielenia (prędkość, stosunek masy proszku do masy mielników, czas itd.) pozwalał na uzyskanie energii potrzebnej do fragmentacji cząstek ceramicznych do skali nano- lub submicro oraz homogenizację materiału w całej jego objętości. Dokonano oceny właściwości tribologicznych wytworzonych materiałów (współczynnik tarcia, zużycie itp.) w temperaturze otoczenia i w podwyższonej. Badania potwierdziły, że ze względu na pożądaną wartość współczynnika tarcia (COF) oraz mały ubytek masy wytwarzane materiały mogą być stosowane w przemyśle samochodowym, np. na okładziny klocków hamulcowych. Odnotowano wysoką stabilność COF na pożądanym poziomie (0,5–0,8) w szerokim zakresie temperatury (powyżej 400°C). Zastosowanie dodatków węglowych spowodowało poprawę właściwości ciernych. Materiał zbrojony azotkiem krzemu z dodatkiem cząstek węgla szklistego wykazał najlepsze właściwości cierne spośród badanych materiałów.
EN
This paper presents the influence of a type of reinforcement and carbon additives on the tribological properties of composite materials, which were manufactured for potential application in highly loaded friction contacts. The influence of carbon nanotubes and amorphous phase of carbon on the tribological properties of aluminium-based composites was measured. The manufacturing technology of the created materials is based on high-energy milling of powders with subsequent hot pressing at the semi-liquid phase. During research, the aluminium-based composites reinforced by silicon carbide (SiC) or silicon nitride (Si3N4) were produced. The 1 wt.% of carbon nanotubes (CNTs) or 5 wt.% of glassy carbon particles (GC) were used as additives. The proper selection of milling parameters (velocity, ball to powder ratio, etc.) provided an opportunity to obtain the energy level, which was required for the proper fragmentation of reinforcement particles and for the proper homogenisation of composite powder. The tribological properties of wear were measured (coefficient of friction, wear ratio, etc.) at ambient and high temperatures for the manufactured materials. The conducted research confirm that, due to the adequate level of the friction coefficient and low wear, the presented materials can be used in the automotive industry, e.g. like brake pads. High stability at the required level (0.5–0.8) at temperatures higher than 400°C was observed. The application of carbon additions led to the increase of friction properties. The composite reinforced by silicon nitride was characterized by the best friction properties among the analysed materials.
PL
W artykule przedstawiono proces wytwarzania nowych materiałów kompozytowych na osnowie aluminium, w których zbrojenie stanowiły pianki z porami otwartymi wykonane z tlenku glinu, węgla szklistego oraz tlenku glinu pokrytego węglem szklistym. Pianki były poddane infiltracji ciśnieniowej ciekłym stopem aluminium. Przedstawiona metoda otrzymywania kompozytu eliminuje typowe problemy występujące podczas wytwarzania kompozytów z osnową metalową i cząstkami ceramicznymi, takie jak: sedymentacja, aglomeracja i niejednorodność rozmieszczenia cząstek. Mikrostrukturę pianek i wytworzonych kompozytów scharakteryzowano za pomocą SEM, potwierdzając skuteczność przyjętej procedury. Ponadto przedstawiono możliwe zdefektowanie struktury kompozytu występujące w przypadku niewłaściwego doboru parametrów procesu technologicznego.
EN
The article presents a fabrication process of a new aluminium matrix composite reinforced by foams with open pores made of aluminium oxide, glassy carbon and aluminium oxide covered by glassy carbon layer. Ceramic foams were pressure infiltrated in vacuum by liquid aluminium alloy. Proposed method of material manufacturing lets to eliminate common problems with traditional metal composites with ceramic particles, like a particles’ sedimentation, agglomeration or inhomogeneity. Microstructure of applied foams and composites was characterized by SEM and confirmed the manufacturing possibility of a new type of materials. Additionally, some structural defects in composites formed as a consequence of improper technological parameters of infiltration process were presented.
PL
Praca koncentruje się na zagadnieniu modyfikacji cementu chirurgicznego na bazie PMMA cząstkami węgla szklistego w postaci proszku o granulacji 40-160 μm i udziale masowym od 1,6% do 3,1%, pierwotnie w celu obniżenia temperatury polimeryzacji, a następnie w celu zwiększenia trwałości cementu w środowisku organizmu i poprawy właściwości biologicznych granicy międzyfazowej cement-kość. Przeprowadzono badania procesu polimeryzacji cementu niemodyfikowanego oraz modyfikowanego węglem szklistym. Symulując obciążenia cementu podczas ruchu człowieka, a także oddziaływanie środowiska organizmu, przeprowadzono badania zmęczeniowe niskocyklowe próbek z cementu niemodyfikowanego i modyfikowanego w stanie wyjściowym, po moczeniu w roztworze Ringera i po naświetlaniu promieniami RTG w warunkach takich, jak w czasie prześwietlania pacjentów. Cement modyfikowany węglem szklistym implantowano do kości udowych zwierząt doświadczalnych (królików). W warunkach obciążenia zmęczeniowego niskocyklowego cement na osnowie PMMA modyfikowany domieszką węgla szklistego wykazywał mniejszą prędkość cyklicznego pełzania w porównaniu do cementu bez domieszki. Cement modyfikowany węglem szklistym po starzeniu w środowisku roztworu Ringera oraz po naświetlaniu promieniami RTG zachował w większym stopniu swe właściwości lepkosprężyste, niż cement bez domieszki. Wynika z tego, że domieszka węgla szklistego ograniczyła postęp procesu starzenia cementu chirurgicznego. Wyniki badań mikroskopowych preparatów histologicznych pobranych z doświadczalnych królików, którym zaimplantowano zmodyfikowany węglem cement nie wykazały cech świadczących o zwiększonym nasileniu procesów patologicznych. Wykazano, że modyfikacja fizyczna cementu chirurgicznego poprzez zastosowanie domieszki węgla szklistego może obniżyć maksymalną temperaturę układu polimeryzującego.
EN
This paper focuses on the issue of modification of PMMA-based surgical cement with glassy carbon in the form of powder with 40-160 μm granulation, in the amount of 1.6-3.1 w/w %, originally in order to lower the polymerization temperature, and then to increase the durability of cement in the organism environment and to improve biological properties of the cement-bone interphase boundary. Examinations were conducted of the polymerization of both unmodified and modified cement. Simulating a load of cement when the human gait, as well as the impact of the environment of the body, low cycle fatigue tests were carried, using the unmodified and modified cement samples in the initial state, aged in Ringer’s solution and after irradiation with X-RAY. Cement doped with glassy carbon was implanted into femoral bone of experimental animals (rabbits). Under low-cycle fatigue conditions the PMMA-based cement modified with a glassy carbon additive showed a lower cyclic creep rate compared to cement with no additive. After ageing in Ringer’s solution and X-ray exposure the cement modified with glassy carbon retained its viscoelastic properties to a larger degree than the cement with no additive. Therefore, the glassy carbon additive limited the progress of the ageing process of surgical cement. The results of microscopic examinations of histological specimens extracted from laboratory rabbits implanted with cement modified with glassy carbon did not reveal any properties which would indicate increased intensity of pathological processes. A physical modification of bone cement by using a glassy carbon additive caused a decrease in the maximum temperature of polymerizing system.
EN
The paper presents the influence of the chemical composition and structure of a glassy carbon precursor on the tribological properties of a metal-ceramic composite, manufactured with the application of this precursor. Two groups of composites containing two different carbon precursors have been manufactured and studied. The first composite contained a glassy carbon precursor embedded from the liquid state in a porous ceramic foam with 90% open porosity. The ceramic foam (Al2O3) is the reinforcing phase and the glassy carbon functions as a solid lubricant. A twofold increase in compressive strength was observed when the foam was present. The foam porosity was reduced to 85% after it was coated with carbon. However, it was good enough for proper infiltration with the liquid matrix alloy. In the case of the second composite, it is a spatial skeleton made of glassy carbon (RCV) which functions both as the reinforcement and solid lubricant. The open porosity of the carbon foam (95%) promoted good infiltration with the matrix alloy. There was no report of holes which were not filled with the matrix alloy within the entire volume of the samples subjected to microscopic tests. The wettability of the foam surface with the matrix alloy is sufficient enough to form strong bonds. The composite containing ceramic foam coated with glassy carbon showed better tribological properties than the composite which contained only carbon foam.
PL
Przedstawiono wpływ składu chemicznego i struktury przestrzennej prekursora węgla szklistego użytego do wytwarzania kompozytów metalowo-ceramicznych na ich właściwości tribologiczne. Wyprodukowano i przebadano dwie grupy kompozytów zawierających dwa różne prekursory węgla. Pierwszy kompozyt zawierał prekursor węgla osadzony ze stanu ciekłego na porowatej piance ceramicznej o porowatości otwartej 90%. Pianka ceramiczna (Al2O3) pełni rolę umocnienia, a węgiel szklisty rolę smaru stałego. Obecność pianki zwiększa wytrzymałość na ściskanie ponad dwukrotnie. Porowatość pianki po pokryciu węglem zmniejszyła się do 85%, ale jest wystarczająca do dobrej infiltracji ciekłym stopem osnowy. W drugim kompozycie rolę zarówno umocnienia, jak i smaru stałego pełni przestrzenny szkielet wykonany z węgla szklistego (RVC). Porowatość otwarta pianki węglowej (95%) pozwoliła na dobrą infiltrację stopem osnowy. W całej objętości przebadanych mikroskopowo próbek nie stwierdzono miejsc niewypełnionych stopem osnowy. Zwilżalność powierzchni pianki stopem osnowy jest wystarczająca do utworzenia trwałego połączenia. Wytrzymałość na ściskanie pianki węglowej (0,52 MPa) jest znacznie mniejsza niż pianki ceramicznej, dlatego właściwości kompozytu zawierającego tylko piankę węglową są gorsze. Podczas ciśnieniowej infiltracji ciekłym stopem osnowy dochodzi do lokalnych pęknięć i uszkodzeń struktury pianki. Drobne elementy pianki zostały przemieszczone. Generalnie, struktura pianki pozwoliła na uzyskanie równomiernego rozmieszczenia węgla szklistego w kompozycie. Właściwości tribologiczne kompozytu zawierającego piankę węglową we współpracy z żeliwem GJL-350 są gorsze niż kompozytu zawierającego piankę ceramiczną pokrytą węglem szklistym wytworzonym z ciekłego prekursora, którym nasączono porowatą piankę. Wytrzymałość na ścinanie pianki węglowej (30 MPa) jest porównywalna z wytrzymałością na ścinanie węgla szklistego wytworzonego podczas pirolizy prekursora osadzonego na piance ceramicznej. Powinno to wpłynąć na zmniejszenie współczynnika tarcia. Jednak małe wartości wytrzymałości na ściskanie powodują zagłębianie się trzpienia żeliwnego w kompozycie i pogarszają warunki współpracy ślizgowej.
EN
The paper presents the influence of the spatial structure of a glassy carbon precursor on the structure and properties of sliding composites. Comparative studies carried out and the results obtained have been described for composites containing conventional carbon foam as well as those containing glassy carbon foams, from various types of glassy carbon precursors, functioning as reinforcement and a solid lubricant. The application of two different reinforcing phases based on the different types of precursors used, results in producing composites of varied structures and properties. Such a procedure also requires a pressure change in precursor infiltration. The material used for production of the carbon precursor as well as the process parameters of its pyrolysis allow significant modification of the structure and properties of the manufactured composite.
PL
W pracy przedstawiono wpływ struktury przestrzennej prekursora węgla szklistego na strukturę i właściwości kompozytów zawierających węgiel szklisty pełniący rolę smaru stałego. Opisano wyniki badań porównawczych kompozytów zawierających konwencjonalną piankę węglową oraz kompozytów zawierających pianki z węgla szklistego, otrzymanego z różnych rodzajów prekursorów węgla szklistego w postaci pianki, która stanowiła umocnienie i smar stały. Użycie dwóch różnych faz umacniających związanych z rodzajem zastosowanych prekursorów skutkuje wytworzeniem kompozytów o różnej strukturze i różnych właściwościach. Wymaga też zmiany ciśnienia infiltracji prekursora stosownie do jego wytrzymałości na ściskanie. Pianki pozwalają wprowadzać do struktury kompozytu smary stałe, np. węgiel szklisty, co zmienia w istotny sposób właściwości tribologiczne kompozytów. Na Politechnice Śląskiej opracowano nową metodę wytwarzania kompozytów zawierających węgiel szklisty jako smar stały. Polega ona na wytworzeniu z wybranego prekursora szkieletu przestrzennego z węgla szklistego pochodzącego z różnych rodzajów materiałów zawierających węgiel i infiltracji tego szkieletu ciekłym materiałem osnowy. Materiał użyty do wytwarzania prekursora węgla i parametry procesu jego pirolizy pozwalają w istotny sposób kształtować strukturę i właściwości użytkowe wytwarzanego kompozytu. W artykule opisano wpływ rodzaju prekursora na strukturę i właściwości kompozytów metalowych zawierających ceramikę i smar stały.
EN
The paper presents some basic information on manufacturing, structure and selected properties of a new hybrid composite with an aluminium alloy matrix elaborated for automotive applications. A porous oxide ceramics constitute the reinforcing phase of the composite and glassy carbon plays the role of a solid lubricant. The properties of a composite, which contains exclusively a ceramic reinforcing phase and a hybrid composite with porous ceramics and glassy carbon, have been compared. The composite with glassy carbon, obtained by the application of new method, features uniform carbon distribution upon ceramics walls which significantly influences its tribological properties. The friction in air coefficient of a hybrid composite sliding against grey cast iron is 0.12, whereas in the case of a composite containing exclusively ceramics sliding against cast iron it amounts to 0.3.
PL
W artykule zaprezentowano podstawowe informacje nt. wytwarzania, struktury i wybranych właściwości nowego kompozytu hybrydowego z osnową ze stopu aluminium opracowanego dla potrzeb motoryzacji. Porowata ceramika tlenkowa stanowi zbrojenie kompozytu, a węgiel szklisty pełni rolę smaru stałego. Porównano właściwości kompozytu zawierającego tylko ceramiczną fazę zbrojącą z właściwościami kompozytu hybrydowego zawierającego porowatą ceramikę i węgiel szklisty. Kompozyt zawierający węgiel szklisty wytworzony dzięki nowej metodzie cechuje się jednorodnym rozłożeniem węgla na ściankach ceramiki, co wywiera istotny wpływ na właściwości tribologiczne. Współczynnik tarcia technicznie suchego kompozytu hybrydowego we współpracy ślizgowej z żeliwem wynosi 0.12, a kompozytu zawierającego tylko ceramikę wynosi 0.3.
PL
Do produkcji elementów mechanicznych zastawek serca są stosowane różnego typu materiały węglowe (węgiel szklisty lub kompozyt C/C). Ze względu na niezwykle newralgiczne miejsce ich wszczepienia muszą one spełniać liczne wymagania: wykazywać wysoką wytrzymałość mechaniczną i chemiczną, biotolerancję oraz wysoką odporność na zużycie tribologiczne. W pracy przedstawiono wyniki badań tribologicznych i mikromechanicznych materiałów węglowych na różnym etapie ich wytwarzania. W celu przeprowadzenia analiz charakterystyk tribologicznych opracowano metodykę badań na stanowisku kula–tarcza (tester T-01), która może posłużyć do porównania z wynikami uzyskanymi na nanotribometrach.
EN
Carbon materials (glassy carbon or C/C composite) are used for the production of mechanical heart valves. Due to the extremely sensitive place of their implantation, they must meet numerous requirements: mechanical strength, chemical resistance, biotolerance, and a high resistance to tribological wear. The paper presents tribological and micromechanical research results of carbon materials at various stages of their production. In order to perform the analysis of tribological characteristics, the measurement methodology for the ball-on-disk tester (T-01) has been developed. This may allow a comparison of the results obtained with those received on the nanotribometers.
17
PL
Przedstawiono przegląd zastosowań usieciowanego węgla szklistego (RVC) jako materiału elektrodowego w elektrochemicznych źródłach prądu. Skupiono się głównie na wykorzystaniu RVC w konstrukcji pierwotnych ogniw cynkowo-węglowych, ładowalnych ogniw cynkowomanganowych, ładowalnych ogniw z katodą NiOOH, akumulatora kwasowo-ołowiowego, ładowalnych ogniw cynk-brom, kondensatorów elektrochemicznych, baterii opartych na polianilinie (PANI) oraz baterii litowych typu 3D.
EN
A review, with 68 refs., of the C use in Zn-C secondary, rechargeable Zn-Mn and ZnBr, Pb-acid, polyaniline-based and 3D Li batteries as well as in rechargeable cell systems with NiOOH cathode and electrochem. Capacitors.
18
EN
The homogenous distribution of reinforcing phases in a liquid metal matrix determines the final properties of composite elements fabricated by the casting of a suspension. Ensuring not only a proper temperature and stirring conditions during suspension preparation, but also a relatively short time between the end of mixing and the start of suspension pouring into moulds is critical. In the article, investigations focused on the migration of glassy carbon particles (GCp) in two melted magnesium alloys, Mg3Al and Mg2ZnZrRE, were presented. The composites previously obtained by the stir casting method were remelted at the temperatures of 610, 640, 690 and 730°C (time 30, 60 and 90 min) and finally cooled at a temperature of 20°C. The particles segregation on the macro scale was analyzed on a longitudinal section of the obtained samples. It was revealed that both types of suspensions were stable at 610 and 640°C but at 690 and 730°C, a loss of stability was observed. In spite of the slightly less density of the glassy carbon than the applied magnesium alloys, the type of segregation was different and depended on the alloy chemical composition. In the suspension of Mg3Al-GCp, particle migration to the crucible top was observed only, while in the Mg2ZnZrRE-GCp suspension, two zones with a high particle concentration were formed, separated by a zone of pure metal.
PL
W procesach odlewania kompozytów z zawiesin jednorodność rozmieszczenia fazy zbrojącej w metalowej osnowie decyduje o powtarzalności właściwości wytwarzanych wyrobów. Wymusza to zapewnienie w procesie technologicznym nie tylko odpowiedniej temperatury suspensji i warunków jej mieszania, ale również kontroli czasu pomiędzy zaprzestaniem mieszania a odlaniem wyrobu. W artykule przedstawiono wyniki badań segregacji cząstek węgla szklistego(GCp) w dwóch stopach magnezu Mg3Al i Mg2ZnZrRE. Eksperyment przeprowadzony w warunkach laboratoryjnych obejmował przetop kompozytów uzyskanych wcześniej w warunkach przemysłowych metodą mechanicznego mieszania komponentów i odlewania grawitacyjnego suspensji do form stalowych. Próbki wygrzewano w temperaturze 610, 640, 690 i 730°C w czasie 30, 60 i 90 minut i schłodzono w temperaturze 20°C. Analizowano makrostrukturę przekrojów wzdłużnych pod względem segregacji cząstek. Wykazano stabilność obu suspensji w temperaturze 610 i 640°C oraz jej utratę w temperaturze 690 i 730°C. Charakter segregacji cząstek był różny i zależał od składu chemicznego stopu, pomimo tego, że w obu typach suspensji gęstość cząstek była nieznacznie mniejsza od gęstości stopów. W suspensji Mg3Al-GCp cząstki migrowały do góry tygla, a w suspensji Mg2ZnZrRE-GCp utworzyły dwie strefy u góry i na dole tygla, które rozdzielone były strefą metalu bez cząstek.
19
Content available remote The influence of hybrid composites structure on their tribological properties
EN
The paper presents the influence of a hybrid composite structure containing two reinforcing phases i.e. porous, spherical Al2O3 ceramic particles, coated with glassy carbon film which carries out the function of solid lubricant. This composite is manufactured by a new method developed in 2013, which consists of three stages i.e. pre-form manufacturing from porous foam by means of gelcasting, foam saturation with a glassy carbon precursor and its pyrolysis, followed by the infiltration of the pre-form coated with glassy carbon by a liquid alloy. The new method helps to obtain composites with homogenous glassy carbon distribution which improves their tribological properties. The presence of aluminum oxide increases the hardness locally whereas the presence of glassy carbon mitigates the shear strength. Comparative tribological studies of a composite with an AC-AlCu3Mg1 matrix alloy containing 10% Al2O3 and the hybrid composite in which aluminum oxide spheres have been coated with glassy carbon, both sliding against GJL-300 cast iron in air, confirmed the positive influence of carbon on both the friction coefficient and wear. The friction coefficient at a sliding speed of v = 2.5 m/s and unit pressure p = 2 MPa after wearing-in of the sliding surfaces is 0.08÷0.12 for the composites with glassy carbon and 0.25÷0.32 for the composite which contains only ceramic spheres.
PL
Przedstawiono wpływ struktury kompozytu hybrydowego zawierającego dwie fazy zbrojące, tj. porowate, sferoidalne, puste wewnątrz cząstki Al2O3 jako umocnienie pokryte warstewką węgla szklistego, pełniącego funkcję smaru stałego. Kompozyt ten jest wytwarzany według nowej metody opracowanej w 2013 roku. Metoda składa się z trzech etapów, tj. wytwarzania preformy z porowatej pianki metodą żelowania spienionej zawiesiny, nasączania tej pianki prekursorem węgla szklistego i jego pirolizy oraz infiltracji ciekłym stopem osnowy pokrytej węglem szklistym preformy. Dzięki tej metodzie uzyskuje się zupełnie inną strukturę kompozytu niż dotychczasową metodą mieszania. Podczas mieszania uzyskuje się kompozyt o niezbyt równomiernym rozłożeniu węgla szklistego, przez co na powierzchni biorącej udział w tarciu można znaleźć obszary o mniejszej zawartości węgla, co sprzyja lokalnemu sczepianiu adhezyjnemu z współpracującym ślizgowo żeliwem. Według nowej metody, uzyskuje się kompozyt z bardziej równomiernym rozłożeniem węgla szklistego, co poprawia właściwości tribologiczne. Obecność tlenku glinu zwiększa lokalnie twardość, a węgla szklistego zmniejsza wytrzymałość na ścinanie. Doboru materiałów fazy zbrojącej dokonano zgodnie z hipotezą tarcia opracowaną przez Ernsta i Merchanta, wg której w strefie tarcia powinny być dwa materiały, tj. jeden o dużej twardości, a drugi o małej wytrzymałości na ścianie. Węgiel szklisty cechuje się małą wytrzymałością na ścianie (30÷50 MPa) i dużą mikrotwardością porównywalną do SiC (230÷340 HV - SIGRADUR), co zmniejsza siły tarcia. Cechy stereologiczne sfer ceramicznych, takie jak udział powierzchniowy (ilość cząstek na 1 mm2) i średnia średnica decydują o ilości i sposobie rozmieszczenia węgła osadzonego na wewnętrznych i zewnętrznych ściankach sfer. Regulując intensywność i czas osadzania prekursora węglowego na podłożu ceramicznym, można dobrać ilość fazy węglowej tworzącej się na ściankach tych sfer ceramicznych. Wydłużenie czasu osadzania prekursora węglowego pozwala na uzyskanie warstewek o większej grubości. W badanym kompozycie zaobserwowano, w zależności od wielkości i położenia sfer, powłoki węglowe o grubości od 1 do 5 µm. Cieńsze warstewki wytworzono w miejscach, do których dostęp płynnego prekursora był ograniczony, np. przez zbyt małe lub częściowo zamknięte pory w sferach Al2O3. Proces pirolizy prekursora wywiera również wpływ na właściwości tribologiczne wytworzonego węgła szklistego. Temperatura i czas karbonizacji, z reguły, wpływają na zwiększenie wytrzymałości i twardości węgla szklistego. Infiltracja ciekłym stopem osnowy pokrytych węglem szklistym preform ceramicznych wywiera wpływ na właściwości wytrzymałościowe kompozytu. Za niskie ciśnienie i za mała płynność stopu mogą spowodować, że nie wszystkie sfery zostaną wypełnione całkowicie, a powstałe pustki zmniejszą wytrzymałość. Porównawcze badania tribologiczne kompozytu z osnową ze stopu AC-AlCu3Mg1, zawierającego 10% Al2O3 oraz kompozytu hybrydowego, ze sferami Al2O3 pokrytymi węglem szklistym, we współpracy z żeliwem GJL-300 w warunkach tarcia technicznie suchego wykazały dobry wpływ węgla na współczynnik tarcia i zużycie. Współczynnik tarcia przy prędkości v = 2,5 m/s i nacisku jednostkowym p = 2 MPa po dotarciu skojarzenia wynosił 0,08÷0,12 dla kompozytu z węglem szklistym i 0,25÷0,32 dla kompozytu zawierającego tylko ceramiczne sfery.
EN
This paper presents the tribological characteristics of friction materials manufactured for a high loaded friction point. Composite powders containing 1% carbon nanotubes or 5% glassy carbon particles were produced by high energy milling in planetary mills. High energy during powder preparation led to reinforcement particle fragmentation up to sizes between 0.1÷2 µm. Furthermore, mechano-chemical bonding between the reinforcement and the Al particles used as the matrix was obtained during this process. As a result of the pressing and sintering processes, composite materials with homogeneous reinforcement (SiC) or heterogeneous reinforcement (SiC with addition of 1 wt.% multiwalled carbon nanotubes (CNT) or 5 wt.% glassy carbon particles) were manufactured. The properties of the obtained composite materials were measured during tribological tests at room temperature (25°C) and high temperature (450°C). The tribological research was conducted by the ball-on-disc method, at a distance of 250 m, with a load of 10 N and sliding speed of 0.1 m/s. The analyses of the friction coefficient and wear results revealed the desirable influence of the carbon components especially in increasing the average value and stabilization of the friction coefficient, particularly at room temperature. Moreover, the carbon additions led to a decrease in wear in comparison to the composite reinforced with SiC particles only. The changes in the wear level and friction coefficient value are a result of the differences in the predominant wear mechanism observed between the friction surfaces of the composite materials at room and high temperatures.
PL
Przedstawiono charakterystykę tribologiczną kompozytów ciernych do zastosowań w wysokoobciążonych węzłach tarcia. Proszki kompozytowe zawierające 1% nanorurek węglowych lub 5% cząstek węgla szklistego uzyskano metodą wysokoenergetycznego mielenia w młynach planetarnych. Wysoka wartość energii towarzyszącej przygotowaniu proszku kompozytowego prowadziła do fragmentacji cząstek umacniających do wielkości ok 0,1÷2 µm. W procesie mielenia nastąpiło również mechaniczno-chemiczne połączenie cząstek zbrojenia z cząstkami Al stanowiącymi osnowę kompozytu. W wyniku procesów prasowania i spiekania uzyskano materiały kompozytowe zawierające cząstki homofazowe - SiC oraz heterofazowe - SiC z dodatkiem 1% wag. wielkościennych nanorurek węglowych oraz SiC z dodatkiem 5% wag. cząstek węgla szklistego. Właściwości uzyskanych materiałów kompozytowych określono na podstawie badań tribologicznych w temperaturze otoczenia 25°C i w temperaturze podwyższonej 450°C. Badania tribologiczne przeprowadzono metodą ball-on-disc na drodze tarcia 250 m, przy obciążeniu 10 N i prędkości poślizgu 0,1 m/s. Wyniki pomiaru współczynnika tarcia i zużycia wykazały korzystny wpływ komponentów węglowych powodujących podwyższenie oraz stabilizację współczynnika tarcia, szczególnie w temperaturze otoczenia. Stwierdzono, że dodatki węglowe obniżają zużycie kompozytu w porównaniu z kompozytem zawierającym tylko cząstki SiC. Zmiany zużycia i współczynnika tarcia są wynikiem różnych mechanizmów towarzyszących procesom tarcia w temperaturze otoczenia i temperaturze podwyższonej.
first rewind previous Strona / 3 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.