Kompozyty Ceramiczne. Materiały Kompozytowe. kompozyty. ziarniste. strukturalne. z włóknami

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Kompozyty Ceramiczne. Materiały Kompozytowe. kompozyty. ziarniste. strukturalne. z włóknami"

Bożena Świderska
5 lat temu
Przeglądów:

Kompozyty Ceramiczne Materiały Kompozytowe intencjonalnie wytworzone materiały składające się, z co najmniej dwóch faz, które posiadają co najmniej jedną cechę lepszą niż tworzące je fazy.

1 Kompozyty Ceramiczne Materiały Kompozytowe intencjonalnie wytworzone materiały składające się, z co najmniej dwóch faz, które posiadają co najmniej jedną cechę lepszą niż tworzące je fazy. Pozostałe właściwości nie powinny być istotnie gorsze. Cele wytwarzania kompozytów: poprawa właściwości; uzyskanie nowych właściwości; zmniejszenie masy; obniżka kosztów. Podział kompozytów ze względu na budowę kompozyty ziarniste z włóknami strukturalne duże wtrącenia długimi krótkimi laminaty dyspersyjne ułożonymi panele rozproszonymi 1

Podział kompozytów ze względu na rodzaj osnowy osnowa włókna długie włókna krótkie cząstki M M M P C P C P C polimerowa P P P P P P P P P metaliczna O P P O P P O P P ceramiczna P P P P P P P P P PMC

2 Podział kompozytów ze względu na rodzaj osnowy osnowa włókna długie włókna krótkie cząstki M M M P C P C P C polimerowa P P P P P P P P P metaliczna O P P O P P O P P ceramiczna P P P P P P P P P PMC - kompozyty z osnową polimerową, MMC - kompozyty z osnową metaliczną, CMC - kompozyty z osnową ceramiczną, Od czego zależą właściwości kompozytów? rodzaj osnowy; rodzaj fazy rozproszonej ilość fazy rozproszonej; rozkład wielkości cząstek fazy rozproszonej; kształty cząstek fazy rozproszonej; orientacja cząstek fazy rozproszonej; stan granic międzyfazowych; Doboru materiałów w kompozytach ceramicznych brak reakcji pomiędzy osnową i fazą rozproszoną; w kompozytach tlenkowych ograniczenia ze względu na reakcje tworzenia się tlenków złożonych; ograniczenia ze względu na materiał osnowy (Al 2 O 3, ZrO 2 ); 2

gazowych; ograniczenia ze względu na właściwości osnowy; Kompozyty strukturalne - laminaty Złożenie dwuwymiarowych elementów o zróżnicowanych

3 Doboru materiałów w kompozytach ceramicznych brak reakcji pomiędzy składnikami kompozytu wynika z równowagi w polu dwufazowym; Doboru materiałów w kompozytach nietlenkowych 1500 C w kompozytach nietlenkowych brak reakcji zależy od temperatury i/lub ciśnienia składników gazowych; ograniczenia ze względu na właściwości osnowy; Kompozyty strukturalne - laminaty Złożenie dwuwymiarowych elementów o zróżnicowanych właściwości. Ze względu na zróżnicowanie właściwości w warstwach na przemian występują naprężenia rozciągające i ściskające SiC-Al 2 O 3, Al 2 O 3 -ZrO 2,. 3

4 Kompozyty strukturalne - laminaty Kompozyty strukturalne - FGM Materiał gradientowy o skokowej (warstwy) lub ciągłej (wtrącenia) zmianie składu fazowego i właściwości. TiC Ti 3 SiC 2 Kompozyty strukturalne - FGM Al 2 O 3 szkło 4

Kompozyty ziarniste duże wtrącenia Wielkość cząstek powyżej 100 μm; Wtrącenia są sztywniejsze i twardsze niż osnowa; Część obciążeń

jako wtrącenia spajane metalem (Co, Ni).

5 Kompozyty ziarniste duże wtrącenia Wielkość cząstek powyżej 100 μm; Wtrącenia są sztywniejsze i twardsze niż osnowa; Część obciążeń przenoszona jest przez wtrącenia; Cząstki powinny być izometryczne i jednorodnie rozproszone; Bardzo silny wpływ stanu granic wtrącenie-osnowa na właściwości. Kompozyty ziarniste duże wtrącenia Cermety duże ziarna twardych faz ceramicznych o wysokich modułach sprężystości (do 90 % WC, TiC) jako wtrącenia spajane metalem (Co, Ni). Pęknięcia w fazie ceramicznej są hamowane na granicach poprzez odkształcenia plastyczne osnowy. Kompozyty ziarniste duże wtrącenia Beton do 70 % obj. piasku lub innego kruszywa w osnowie powstałej w reakcji hydratacji cementu. Poprawia wszystkie właściwości mechaniczne. Inne dodatki: włóka (pręty) metalowe, granulat polimerowy etc. 5

Wielkość cząstek od nanometrów do ułamka mikrometra; Wtrącenia nie muszą być sztywniejsze i twardsze niż osnowa; Cząstki mogą mieć zróżnicowane kształty,

właściwości kompozytu; a.- d. Mikro/nano kompozyty z wtrąceniami o różnych kształtach; e. Kompozyt z dwoma lub f. trzema niereaktywnych wzajemnie fazami; g.

6 Wielkość cząstek od nanometrów do ułamka mikrometra; Wtrącenia nie muszą być sztywniejsze i twardsze niż osnowa; Cząstki mogą mieć zróżnicowane kształty, mikrostruktura powinna być jednorodna; Bardzo silny wpływ stanu granic wtrącenie-osnowa oraz stanu materiału w okolicach powierzchni międzyfazowych na właściwości kompozytu; a.- d. Mikro/nano kompozyty z wtrąceniami o różnych kształtach; e. Kompozyt z dwoma lub f. trzema niereaktywnych wzajemnie fazami; g. Nanowarstwy na granicach ziaren; h. Nano- lub mikrowłókna w nanoziarnistej osnowie; i. Duże wtrącenia w nanoziarnistej osnowie; a o > a w a o < a w ściskanie rozciąganie 6

7 odchylania pęknięcia (crack deflection) fragmentacja pęknięcia (crack branching) mostkowanie pęknięcia (crack bridging) 7

Wzmocnienie przez przemianę fazową osnowa korundowa,

Korund + ZrO 2 Korund + 3Y-ZrO 2 Przemiana części

przemianę powoduje pole naprężeń propagującej

8 Wzmocnienie przez przemianę fazową osnowa korundowa, wtrącenia tetragonalnego dwutlenku cyrkonu (ZTA). Wzmocnienie przez przemianę fazową osnowa korundowa, wtrącenia tetragonalnego dwutlenku cyrkonu (ZTA). Korund + ZrO 2 Korund + 3Y-ZrO 2 Przemiana części ziaren ZrO 2 w fazę jednoskośną powoduje powstanie sieci mikrospękań. Wszystkie ziarna ZrO 2 są w fazie tetragonalnej ich przemianę powoduje pole naprężeń propagującej szczeliny. 8

abrasion volume, cm 3 2017-06-11 Korund + YAG

prekursorów współstrąconych węglanem amonu (dawsonit).

proszków syntezowanych SHS z wtrąceniami powstającymi

$9 Ta-N Ti-N fracture toughness 5 6 MPa m 1/2 0 10 20$ $30 40 50 mass fraction of Me in the starting powder, %$

9 abrasion volume, cm Korund + YAG kompozyty otrzymywane z zarodkowanych α-al 2 O 3 prekursorów współstrąconych węglanem amonu (dawsonit). Istotny wzrost odporności na ścieranie wielkość ziaren + naprężenia cieplne. ALON + TiN, TaN kompozyty prasowane na gorąco z proszków syntezowanych SHS z wtrąceniami powstającymi in situ; 1.5 > 8 MPa m 1/2 1.4 K Ic comp /K Ic ALON Ta-N Ti-N fracture toughness 5 6 MPa m 1/ mass fraction of Me in the starting powder, % corundum wearability Ti-N Ta-N mass fraction of Me in the starting powder, % Korund + whiskery SiC 9

Korund + whiskery SiC % SiC 0 7 15 25 Gęstość, g/cm 3 3,9 3,8 3,8 3,7 Moduł Younga, GPa 340 340 350 390

Ic, MPam 1/2 4,5 5,5 6,0 8,0 Rozszerzalność cieplna, 10 6 K -1 8,0 8,0 7,0 6,0 Węglik, azotek + węglik,

ścieranie SiC + B 4 C, SiC + TiB 2 ; Kompozyty z dużą ilością wtrąceń SiC, B 4 C + węgliki chromu;

10 Korund + whiskery SiC % SiC Gęstość, g/cm 3 3,9 3,8 3,8 3,7 Moduł Younga, GPa Moduł właściwy, GPa/(g/cm 3 ) Wytrzymałość, MPa Moduł Weibulla K Ic, MPam 1/2 4,5 5,5 6,0 8,0 Rozszerzalność cieplna, 10 6 K -1 8,0 8,0 7,0 6,0 Węglik, azotek + węglik, azotek, borek Wykorzystanie właściwości trudnospiekalnych materiałów, poprawa twardości i odporności na ścieranie SiC + B 4 C, SiC + TiB 2 ; Kompozyty z dużą ilością wtrąceń SiC, B 4 C + węgliki chromu; Poprawa właściwości cieplnych i tribologicznych Si 3 N 4 + h-bn; Kompozyty inne niż konstrukcyjne ALON + h-bn 10

11 Kompozyty inne niż konstrukcyjne LiI Al 2 O 3 Kompozyty porównanie Kompozyty porównanie 11

12 Kompozyty porównanie Kompozyty zastosowanie Kompozyty nie są nieznisczalne AA Flight 587 America s Cup 1999, łódź Young America 12

13 13

Podobne dokumenty

σ c wytrzymałość mechaniczna, tzn. krytyczna wartość naprężenia, zapoczątkowująca pękanie

σ c wytrzymałość mechaniczna, tzn. krytyczna wartość naprężenia, zapoczątkowująca pękanie Materiały pomocnicze do ćwiczenia laboratoryjnego Właściwości mechaniczne ceramicznych kompozytów ziarnistych z przedmiotu Współczesne materiały inżynierskie dla studentów IV roku Wydziału Inżynierii Mechanicznej