BADANIA GRANICY ROZDZIAŁU W KOMPOZYTACH METALICZNYCH ZBROJONYCH WŁÓKNAMI WĘGLOWYMI

Podobne dokumenty
BADANIA WŁAŚCIWOŚCI WŁÓKIEN WĘGLOWYCH PO MODYFIKACJI ICH POWIERZCHNI

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AlSi7

WPŁYW PARAMETRÓW TECHNOLOGICZYCH NA WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTU TYPU Al-WW

ZUŻYCIE TRYBOLOGICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE ZGARU STOPU AK132 UMACNIANEGO CZĄSTKAMI SiC

MODYFIKACJA SILUMINU AK20. F. ROMANKIEWICZ 1 Politechnika Zielonogórska,

A. PATEJUK 1 Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa ul. S. Kaliskiego 2, Warszawa

WYSOKOWYTRZYMAŁ Y SILUMIN CYNKOWO-MIEDZIOWY

Własności mechaniczne kompozytów odlewanych na osnowie stopu Al-Si zbrojonych fazami międzymetalicznymi

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AK132

ALUMINIOWE KOMPOZYTY Z HYBRYDOWYM UMOCNIENIEM FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH I CERAMICZNYCH

MODYFIKACJA SILUMINU AK12. Ferdynand ROMANKIEWICZ Folitechnika Zielonogórska, ul. Podgórna 50, Zielona Góra

MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlSi13Cu2 WYTWARZANYCH METODĄ SQUEEZE CASTING

WPŁYW PARAMETRÓW TECHNOLOGICZNYCH WYTWARZANIA NA JAKOŚĆ MATERIAŁU KOMPOZYTOWEGO NA OSNOWIE ALUMINIUM ZBROJONEGO WŁÓKNAMI WĘGLOWYMI

MODYFIKACJA STOPU AK64

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

OKREŚLENIE TEMPERATURY I ENTALPII PRZEMIAN FAZOWYCH W STOPACH Al-Si

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

MODYFIKACJA SILUMINU AK20 DODATKAMI ZŁOŻONYMI

STRUKTURA GEOMETRYCZNA POWIERZCHNI KOMPOZYTÓW ODLEWNICZYCH TYPU FeAl-Al 2 O 3 PO PRÓBACH TARCIA

MODYFIKACJA SILUMINÓW AK7 i AK9. F. ROMANKIEWICZ 1 Uniwersytet Zielonogórski, ul. Podgórna 50, Zielona Góra

Rok akademicki: 2017/2018 Kod: NIM MM-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Inżynieria Materiałowa Specjalność: Materiałoznawstwo metali nieżelaznych

MOŻLIWOŚCI WYSTĄPIENIA WAD ODLEWÓW Z METALOWYCH KOMPOZYTÓW W OBSZARZE POŁĄCZENIA METAL OSNOWY-ZBROJENIE. K. GAWDZIŃSKA 1 Akademia Morska w Szczecinie

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTU ZAWIESINOWEGO AlSi11/CZĄSTKI 1H18N9T

ZMIANY STRUKTURALNE WYSTĘPUJĄCE PODCZAS WYTWARZANIA KOMPOZYTÓW GRE3 - SiC P

Struktura kompozytów Al-CF wytwarzanych metodami infiltracji

OCENA STRUKTURY KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlSi13Cu2 ZBROJONYCH CIĘTYMI WŁÓKNAMI WĘGLOWYMI

KINETYKA ROZPUSZCZANIA WARSTWY NIKLU POKRYWAJĄCEJ WŁÓKNA WĘGLOWE W CIEKŁYM STOPIE AlSi

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

ATLAS STRUKTUR. Ćwiczenie nr 25 Struktura i właściwości materiałów kompozytowych

WPŁYW MAGNEZU I BIZMUTU NA MODYFIKACJĘ STOPU AlSi7 DODATKIEM AlSr10

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

CHARAKTERYSTYKA KOMPOZYTÓW Z UWZGLĘDNIENIEM M.IN. POZIOMU WSKAŹNIKÓW WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH, CENY.

INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

KRYSTALIZACJA KOMPOZYTÓW ALUMINIOWYCH ZBROJONYCH SiC

BADANIE MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH NA OSNOWIE ALUMINIUM ZBROJONYCH CZĄSTKAMI SiO 2

KRYSTALIZACJA, STRUKTURA ORAZ WŁAŚCIWOŚCI TECHNOLOGICZNE STOPÓW I KOMPOZYTÓW ALUMINIOWYCH

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

ZUŻYCIE ŚCIERNE STOPU AK7 PO OBRÓBCE MODYFIKATOREM HOMOGENICZNYM

MECHANIKA KOROZJI DWUFAZOWEGO STOPU TYTANU W ŚRODOWISKU HCl. CORROSION OF TWO PHASE TI ALLOY IN HCl ENVIRONMENT

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTUR I MORFOLOGI PRZEŁOMÓW SILUMINU AK64

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

KRYSTALIZACJA SILUMINU AK20 PO MODYFIKACJI FOSFOREM I SODEM

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

WYTWARZANIE ODLEWÓW KOMPOZYTOWYCH METODĄ PNEUMATYCZNEGO OSADZANIAANIA ELEMENTÓW ZBROJĄCYCH W OSNOWIE KOMPOZYTU

REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA

ANALIZA RUCHU CIEPŁA W MIKROOBSZARZE KOMPOZYTU ZBROJONEGO CZĄSTKAMI SiC

ANALIZA KRZEPNIĘCIA I BADANIA MIKROSTRUKTURY PODEUTEKTYCZNYCH STOPÓW UKŁADU Al-Si

KRYSTALIZACJA I SKURCZ STOPU AK9 (AlSi9Mg) M. DUDYK 1, K. KOSIBOR 2 Akademia Techniczno Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko Biała

ANALIZA KRYSTALIZACJI STOPU AlMg (AG 51) METODĄ ATND

BADANIE WYPEŁNIANIA WNĘKI FORMY CIŚNIENIOWEJ SUSPENSJĄ KOMPOZYTOWĄ

SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

WPŁYW WARUNKÓW PRZESYCANIA I STARZENIA STOPU C355 NA ZMIANY JEGO TWARDOŚCI

KONSTRUKCYJNE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE PRZEZNACZONE DO WYSOKOOBCIĄŻONYCH WĘZŁÓW TARCIA

MODYFIKACJA TYTANEM, BOREM I FOSFOREM SILUMINU AK20

BADANIE I ANALIZA METODĄ LOGIKI ROZMYTEJ PARAMETRÓW PROCESU MIESZANIA POD KĄTEM POPRAWY WŁASNOŚCI KOMPOZYTÓW OTRZYMANYCH Z PROSZKÓW

Zadania badawcze realizowane na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

DETECTION OF MATERIAL INTEGRATED CONDUCTORS FOR CONNECTIVE RIVETING OF FUNCTION-INTEGRATIVE TEXTILE-REINFORCED THERMOPLASTIC COMPOSITES

WPŁYW WĘGLOWEJ STRUKTURY SZKIELETOWEJ NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE KOMPOZYTÓW Z OSNOWĄ ALUMINIOWĄ

33/15 Solidiiikation of Metlłls and Alloys, No. 33, 1997 Krzejlnięcic Metali i Stopów, Nr JJ, 1997

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

Nowa ekologiczna metoda wykonywania odlewów z żeliwa sferoidyzowanego lub wermikularyzowanego w formie odlewniczej

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE II Composite Materials II. forma studiów: studia stacjonarne. Liczba godzin/tydzień: 2W, 2L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Conception of reuse of the waste from onshore and offshore in the aspect of

WPŁYW CIĘTYCH WŁÓKIEN WĘGLOWYCH NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTU NA OSNOWIE STOPU AlSi10Mg

WPŁYW TEMPERATURY WYGRZEWANIA NA UDZIAŁ FAZ PIERWOTNYCH W STRUKTURZE ŻAROWYTRZYMAŁEGO ODLEWNICZEGO STOPU KOBALTU

ZASTOSOWANIE ZŁOŻONYCH TLENKÓW DO WYTWARZANIA DYSPERSYJNYCH FAZ ZBROJĄCYCH W STOPACH ALUMINIUM

OKREŚLENIE METODĄ KALORYMETRII SKANINGOWEJ ENTALPII PRZEMIAN FAZOWYCH W ŻELIWIE SZARYM

ZUŻYCIE TRIBOLOGICZNE POWŁOK KOMPOZYTOWYCH Ni-P-Al 2 O 3 WYTWORZONYCH METODĄ REDUKCJI CHEMICZNEJ

FILTRACJA STOPU AlSi9Mg (AK9) M. DUDYK 1 Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Akademia Techniczno - Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko-Biała.

Adres do korespondencji:

SILUMIN OKOŁOEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

WPŁYW POWŁOKI NIKLOWEJ CZĄSTEK Al2O3 NA WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁU KOMPOZYTOWEGO O OSNOWIE ALUMINIOWEJ

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

Dr inż. Paulina Indyka

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

ĆWICZENIE Nr 2/N. 9. Stopy aluminium z litem: budowa strukturalna, właściwości, zastosowania.

KUCIE W MATRYCACH ZAMKNIĘTYCH WYPRASEK W STANIE PÓŁCIEKŁYM Z KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE PROSZKU STOPU Al-Cu-Si-Mg UMOCNIONYCH CZĄSTKAMI SiC

MATERIAŁY NA BAZIE FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH OTRZYMYWANE METODĄ SPIEKANIA W PODWYŻSZONEJ TEMPERATURZE Z UDZIAŁEM FAZY CIEKŁEJ

BADANIA DYFRAKCYJNE WARSTWY ALFINOWANEJ NA STOPACH ŻELAZA

30/01/2018. Wykład VII: Kompozyty. Treść wykładu: Kompozyty - wprowadzenie. 1. Wprowadzenie. 2. Kompozyty ziarniste. 3. Kompozyty włókniste

ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII REP-RAP DO WYTWARZANIA FUNKCJONALNYCH STRUKTUR Z PLA

WPŁYW DOMIESZKI CYNKU NA WŁAŚCIWOŚCI SILUMINU EUTEKTYCZNEGO. A. PATEJUK Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

KOMPOZYTY O OSNOWIE METALOWEJ ZAWIERAJĄCE CZĄSTKI WĘGLA SZKLISTEGO WYKORZYSTANE DO PRACY W WARUNKACH TARCIA

Wykład VII: Kompozyty. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA MIKROSTRUKTURĘ SILUMINÓW

LISTA PUBLIKACJI PAKIETU BADAWCZEGO KCM 1

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE SILUMINU AlSi17Cu3Mg

Metalurgia - Tematy Prac magisterskich - Katedra Tworzyw Formierskich, Technologii Formy, Odlewnictwa Metali Nieżelaznych

PL B1. W.C. Heraeus GmbH,Hanau,DE ,DE, Martin Weigert,Hanau,DE Josef Heindel,Hainburg,DE Uwe Konietzka,Gieselbach,DE

Nowoczesne materiały konstrukcyjne : wybrane zagadnienia / Wojciech Kucharczyk, Andrzej Mazurkiewicz, Wojciech śurowski. wyd. 3. Radom, cop.

SZACOWANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK9 NA PODSTAWIE METODY ATND

ZMIANA SKŁADU CHEMICZNEGO, TWARDOŚCI I MIKROSTRUKTURY NA PRZEKROJU POPRZECZNYM BIMETALOWYCH, ŻELIWNYCH WALCÓW HUTNICZYCH

Transkrypt:

KOMPOZYTY (COMPOSITES) 2(2002)5 Ignacy Łosik 1, Zbigniew Zarański 2, Zbigniew Bojar 3 Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej, ul. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa BADANIA GRANICY ROZDZIAŁU W KOMPOZYTACH METALICZNYCH ZBROJONYCH WŁÓKNAMI WĘGLOWYMI W pracy opisano wyniki prób technologicznych otrzymywania kompozytów metalicznych o osnowie na bazie aluminium, zbrojonych ciągłym włóknem węglowym. Celem prowadzonych prób było otrzymanie drutu kompozytowego (w układzie zwilżającym), w efekcie przeciągania rowingu składającego się z kilku tysięcy elementarnych włókien węglowych przez ciekłe stopy z układu Al-Si, w warunkach zapewniających pełną infiltrację wiązki. Dobór parametrów technologii otrzymywania drutu kompozytowego prowadzono, zmieniając temperaturę i czas procesu infiltracji (poprzez zmianę prędkości przeciągania rowingu przez ciekłą osnowę), a także stan warstwy powierzchniowej włókien elementarnych w rowingu (włókna w stanie od producenta po dodatkowym wygrzewaniu - określane jako surowe, włókna modyfikowane wstępnie - przed procesem zasadniczej infiltracji oraz włókna modyfikowane in situ - w jednym ciągu technologicznym z końcowym formowaniem) oraz skład kąpieli - osnowy (krzem, aluminium, stopy Al-Si). Wykazano, że barierowe powłoki z udziałem krzemu, zwłaszcza (na tym etapie opanowania obu procesów) otrzymywane in situ podczas infiltracji rowingu w ciekłym krzemie, bardzo skutecznie zabezpieczają powierzchnie włókien elementarnych przed degradacją w ciekłym aluminium. Proponowana technologia zapewnia pełną infiltrację rowingu oraz umożliwia, w końcowym efekcie procesu nazwanego formowaniem, uzyskanie zamierzonego udziału objętościowego i równomiernego rozmieszczenia włókien węglowych w kompozycie na osnowie aluminium. Technologia otrzymywania kompozytów na bazie włókien modyfikowanych również zapewnia korzystne efekty strukturalne i po optymalizacji parametrów procesu może być stosowana z powodzeniem do wytwarzania kompozytów AlSi-WW. THE INVESTIGATIONS OF PHASE BOUNDARY IN METALLIC COMPOSITES REINFORCED WITH CARBON FIBRES The results of technological attempts at obtaining of Al-based metal matrix composites reinforced with continuous carbon fibres are shown in this paper. The main purpose of this work was to obtain composite wire by pulling a carbon roving (covering about 6000 elemental filaments) through a liquid Al-Si alloy at conditions securing for full infiltration process. Investigations were conducted changing the temperature and time of infiltration process (by changing the velocity of pulling the roving through liquid matrix), as well by changing the condition of elemental filaments surface (filaments in raw condition, filaments provisionally modified, filaments modified in situ) and changing the composition of liquid matrix (silicon, aluminium, Al-Si alloys). Two different ways for resolving the issue of carbon fibre surface modification, in order to secure the best moistening and to minimise a harmful chemical reactions in aluminium-carbon system were proposed taking into account that the possibility of controlling a phenomenon at filaments/matrix border is critical for obtaining a correct structure and high properties of Al-based metal matrix composites. First of them was provisionally modification of filaments surface by saturating a roving with silicon resin solution and then, heating them at the temperature of 1550 o C for 30 minutes. It resulted in creating of SiC barrier coating on filament surface (by diffusion and reactions in solid state). Such modified roving was subjected to effective infiltration process with AlSi11 alloy at the temperature of 1350 o C. After them quite weak geometrical effects of interactions at the components boundary zone were observed (Fig. 1c), while a comparative attempts at infiltrating the roving in raw condition (HMS 5236 roving after heating to remove polymeric preparation) confirmed (Fig. 1a, b, as well Fig. 2b) that in the same conditions of process a very distinct effects of chemical reactions in carbon fibre - matrix system (up to fully degradation of elemental filaments (Fig. 1a, Fig. 2b) zone at roving surface in left microstructure) were present. The second of offered processes covers a stage by stage infiltration of roving in raw condition. HMS 5236 roving after provisional heating was pulled through liquid silicon at the temperature of 1450 o C and full infiltration effect (probably with SiC barrier coating on filament surfaces growing in situ as results of diffusion and chemical reactions in liquid state) was easy obtained (Fig. 2a). Such provisionally prepared roving was pulled through liquid aluminium bath and silicon matrix was exchanged fir Al-Si alloy matrix with different level of silicon contents (up to neareutectic alloy - Fig. 2c) at the temperature not exceeding 1000 o C. The AlSi-continuous carbon fibre composite wires were about 0.6 mm in diameter and a few dozen millimetres in long and had about 80% volume contents of carbon fibres with highly regular cross section geometry (Fig. 2c - right microstructure), evenly distributed in Al-Si matrix (Fig. 2c - left microstructure). It was stated that final efficacy and technological usefulness estimation of barrier coatings obtained by provisional modification process or by in situ modification process could be possible after lasting investigations of components border microstructure and mechanical properties of composite AlSi-continuous carbon fibre wire. WSTĘP Wysoka reaktywność pomiędzy aluminium i węglem na granicy rozdziału komponentów w kompozycie metalicznym o osnowie na bazie aluminium, zbrojonym ciągłym włóknem węglowym, oraz jej wpływ na jakość kompozytu są dobrze znane i szeroko opisane w literaturze tematycznej [1, 2], również przez autorów [3, 4]. 1 dr inż., 2 mgr inż., 3 dr hab. inż.

334 I. Łosik, Z. Zarański, Z. Bojar Fakt ten jest przyczyną wielu niepowodzeń badawczych i problemów w zakresie praktyki wytwarzania tego typu kompozytów, przekładających się na narastające przeświadczenie u wielu badaczy, iż bariery technologiczne [5], jakie towarzyszą technologii wytwarzania kompozytów z układu Al-C, są nie do pokonania. Prace badawcze prowadzone w tym zakresie w Instytucie Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej na Wydziale Mechanicznym WAT mają już ponad 20-letnią historię. W ostatnich pięciu latach prace autorów nad technologią wytwarzania kompozytów o osnowie ze stopów aluminium zbrojonych ciągłym włóknem węglowym zjawisk podstawowych i optymalizację parametrów procesów zachodzących w tzw. układzie zwilżającym. Wychodząc z założenia, że krytycznym zagadnieniem dla otrzymania poprawnej struktury i wysokich właściwości kompozytów Al-WW jest kontrolowanie zjawisk zachodzących na granicy osnowa-włókna, zaproponowano dwa odmienne podejścia do problemu modyfikacji powierzchni włókien węglowych w celu zapewnienia jak najlepszej zwilżalności i jednocześnie zminimalizowania szkodliwych oddziaływań chemicznych w układzie aluminium - węgiel (efekty strukturalne - rys. rys. 1 i 2). a) b) c) Rys. 1. Mikrostruktura kompozytów AK11-WW otrzymanych drogą infiltracji wiązki rowingowej włókien ciekłą osnową w temperaturze 1350 o C: a) WW surowe, długi czas infiltracji, b) WW surowe, krótki czas infiltracji, c) WW modyfikowane, krótki czas infiltracji Fig. 1. Microstructure of AlSi11-continuous carbon fibre composites obtained by infiltration process of roving with liquid matrix, at the temperature of 1350 o C: a) carbon fibre in raw condition, long time of infiltration, b) carbon fibre in raw condition, short time of infiltration, c) carbon fibre in modified condition, short time of infiltration zostały ukierunkowane na budowę stanowiska oraz opis Pierwsze podejście polega na modyfikacji wstępnej powierzchni włókien realizowanej w ten sposób, że

Badania granicy rozdziału w kompozytach metalicznych zbrojonych włóknami węglowymi 335 a) polimerowej przeciąga się (w układzie zwilżającym) przez kąpiel z układu krzem-aluminium (w tej pracy przez ciekłe krzem i aluminium). W kompozycie o osnowie czystego krzemu uzyskuje się łatwo w temperaturze 1450 o C pełną infiltrację i barierową powłokę SiC, powstającą w efekcie dyfuzji i reakcji węgla (z włókien) z krzemem w stanie ciekłym (modyfikacja warstwy powierzchniowej włókien elementarnych określona mianem in situ). Tak uzyskany kompozyt przeciągano przez kąpiel technicznie czystego aluminium (w ochronnej atmosferze argonu), uzyskując, w wyniku rozpuszczania krzemu, efekt wymiany osnowy z krzemowej na stop Al-Si o różnym poziomie zawartob) c) Rys. 2. Mikrostruktura kompozytów zbrojonych wiązką włókien węglowych: a) Al-WW surowe, infiltracja w temperaturze 1350 o C, bardzo krótki czas, b) Si-WW surowe, infiltracja w temperaturze 1450 o C, bardzo krótki czas, c) AlSi12-WW - kompozyt Si-WW zanurzony w ciekłym aluminium, temperatura poniżej 1000 o C, krótki czas Fig. 2. Microstructure of composites reinforced with continuous carbon fibre: a) Al-carbon fibre in raw condition, infiltration process at 1350 o C, very short time of infiltration, b) Si-carbon fibre in raw condition, very short time of infiltration, c) AlSi12-carbon fibre in modified condition - Si-based composite immersed in liquid aluminium, temperature below 1000 o C, short time of infiltration rowing (w tym przypadku o liczności 6000 włókien elementarnych) został poddany impregnacji roztworem żywicy silikonowej, a następnie wygrzewaniu w temperaturze 1550 o C w ciągu 30 minut, co doprowadza do wytworzenia na powierzchni włókien elementarnych w wyniku dyfuzji i szeregu reakcji w fazach gazowej i stałej, barierowej powłoki SiC. Tak modyfikowany rowing podlegał następnie skutecznej infiltracji ciekłym stopem AlSi11 w temperaturze 1350 o C. Drugi z zaproponowanych procesów technologicznych przewiduje etapową infiltrację rowingu w stanie surowym, uzyskanym przez wygrzewanie wstępne rowingu handlowego. Rowing pozbawiony preparacji

336 I. Łosik, Z. Zarański, Z. Bojar ści krzemu (aż do składu okołoeutektycznego), w temperaturze nieprzekraczającej 1000 o C. CHARAKTERYSTYKA PRÓB EKSPERYMENTALNYCH Eksperymenty związane z otrzymywaniem kompozytów na bazie aluminium zbrojonych ciągłym włóknem węglowym były przeprowadzane w piecu elektrycznym rurowym PR-37/1600, w atmosferze czystego argonu, w układzie poziomym z oprzyrządowaniem pozwalającym na formowanie kompozytu w sposób okresowo ciągły. Próby przeprowadzano na pojedynczym rowingu włókien węglowych HMS 5236 firmy japońskiej Tenax, liczącym 6000 elementarnych włókien o średniej wartości średnicy równej 6 μm. Postać włókien węglowych surowych uzyskiwano przez wygrzewanie rowingu w postaci handlowej z naniesioną preparacją, służącą do zbrojenia polimerów, w temperaturze 1000 C, przez 30 minut, w atmosferze czystego argonu. Włókno węglowe modyfikowane otrzymywano przez naniesienie preparacji silikonowej i obróbkę temperaturową w reaktorze grafitowym, w temperaturze 1550 C, w czasie 30 minut, w wyniku czego na powierzchni włókien elementarnych została wytworzona subtelna warstewka barierowa z SiC (szczegółowy opis tego wariantu modyfikacji w pracy [6]). Dla celów porównawczych badania prowadzono na kompozytach zbrojonych rowingiem modyfikowanym wstępnie (w którym włókna podlegały wstępnej modyfikacji, tj. impregnacji roztworem żywicy silikonowej i obróbce temperaturowej) w osnowie siluminu AlSi11, kompozytach zbrojonych rowingiem modyfikowanym in situ (podczas infiltracji ciekłym krzemem) w osnowie w postaci stopu aluminium-krzem, uzyskanego przez rozpuszczanie w ciekłym aluminium przejściowej osnowy krzemowej oraz kompozytach zbrojonych rowingiem w stanie surowym w osnowie siluminu AlSi11 lub czystego aluminium. Wartości temperatury poszczególnych zabiegów podano w podpisach rysunków, natomiast opisowe określenia czasu trwania poszczególnych zabiegów cieplnych w skali bezwzględnej obejmują przedział od jednej do kilkudziesięciu minut i zostały użyte w celu zobrazowania względnego zróżnicowania warunków, zwłaszcza podczas infiltracji różnych rodzajów rowingu. WYNIKI BADAŃ GRANICY ROZDZIAŁU I STOPNIA DEGRADACJI WŁÓKIEN WĘGLOWYCH W KOMPOZYTACH Wyniki badań struktury próbek kompozytowych otrzymanych według obydwu opisanych technologii przedstawiono na rysunkach 1 i 2. Obserwacje, prowadzone ze szczególnym uwzględnieniem problemu jakości granicy rozdziału pomiędzy osnową i elementarnymi włóknami węglowymi, a także pomiary punktowe składu chemicznego osnowy w wybranych mikroobszarach wykonano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego XL 30LaB 6 z przystawką Dx4i. Na rysunku 1 zestawiono obrazy struktury na szlifach poprzecznych kompozytów o osnowie AK11 zbrojonych włóknem węglowym surowym (rys. 1a, b) lub włóknem modyfikowanym z użyciem żywicy silikonowej (rys. 1c), otrzymane w temperaturze 1350 C, tj. najniższej, w jakiej zachodziła zupełna infiltracja wiązki. W przypadku włókien węglowych surowych widoczny jest bardzo istotny wpływ czasu infiltracji - w długim czasie trwania procesu włókna ulegają całkowitej degradacji przez rozpuszczenie w osnowie (rys. 1a), natomiast po infiltracji w skróconym czasie (rys. 1b), na szlifie poprzecznym tak otrzymanego kompozytu także widoczna jest silnie rozwinięta strefa reakcyjna wokół każdego elementarnego włókna i stwierdza się znaczny ubytek przekroju włókien. Dla włókien węglowych po modyfikacji (rys. 1c) strefa reakcyjna w kompozycie o osnowie siluminu AlSi11 otrzymanym w krótkim czasie jest już znacznie cieńsza i bardziej zwarta, a większość włókien charakteryzuje się nieznacznym ubytkiem i niewielkimi zmianami geometrii przekroju poprzecznego. Na rysunkach 2a, b przedstawiono przykładowe struktury obserwowane na szlifach poprzecznych kompozytów zbrojonych także włóknem węglowym surowym, ale na osnowie czystego chemicznie aluminium (rys. 2a) lub krzemu (rys. 2b), uzyskane w temperaturze 1350 o C (dla Al) lub 1450 o C (dla Si), w efekcie infiltracji prowadzonej w możliwie najkrótszym czasie. W kompozycie Al-WW (rys. 2a), pomimo maksymalnego skrócenia czasu infiltracji w stosunku do przypadku osnowy siluminowej AlSi11, powtórzył się efekt intensywnego rozpuszczania surowych włókien węglowych w wyniku reakcji pomiędzy aluminium a węglem i szczególnie mocno uwypuklił się wpływ czasu kontaktu włókien z ciekłym aluminium - w strefie obrzeża infiltrowanej wiązki rowingowej obserwowano liczne przypadki całkowitego rozpuszczenia włókien węglowych w osnowie aluminiowej (rys. 2a - fotografia po lewej). Z kolei w kompozycie Si-WW (rys. 2b) stwierdzono doskonałą granicę rozdziału obu komponentów w całym przekroju poprzecznym. W procesie samorzutnej infiltracji rowingu włókien surowych uzyskano w tym układzie bezproblemowo, w temperaturze 1450 o C, w bardzo krótkim czasie, pełne zwilżenie i nasycenie wiązki, przy średnicy otrzymanego drutu kompozytowego rzędu 0,6 mm i udziale objętościowym włókien oszacowanym na 80%. Kompozyt AlSi12-WW (rys. 2c) otrzymany w drugim etapie, tj. w procesie formowania

Badania granicy rozdziału w kompozytach metalicznych zbrojonych włóknami węglowymi 337 kompozytu przejściowego Si-WW, cechuje się pełnym zwilżeniem włókien, wyjątkowo regularną geometrią granicy rozdziału i równomiernym rozmieszczeniem włókien w osnowie, która ma skład zbliżony do eutektycznego. PODSUMOWANIE Kompozyt AlSi11-WW otrzymany na bazie włókna węglowego modyfikowanego w temperaturze 1350ºC, w krótkim czasie, charakteryzuje się dość niską jakością granicy rozdziału. Jednak w stosunku do wytworzonych w celach porównawczych kompozytów, bazujących na włóknie węglowym surowym, wokół włókien elementarnych modyfikowanych z użyciem żywicy silikonowej jest widoczna w kompozycie AlSi11-WW bardziej zwarta i regularna, znacznie cieńsza strefa reakcyjna. Zauważalny jakościowy postęp w kolejnych eksperymentach technologicznych jest dobrym prognostykiem do dalszych badań nad tym kompozytem. Potencjalne warianty postępowania w celu poprawienia jakości granicy rozdziału to obniżenie temperatury i skrócenie czasu procesu infiltracji wiązki ciekłą osnową lub zoptymalizowanie procesu modyfikacji włókien węglowych, z akcentem na zawartość żywicy silikonowej w impregnacie oraz uściślenie warunków pirolizy i syntezy podczas obróbki temperaturowej. Otrzymany kompozyt-półfabrykat Si-WW charakteryzuje się doskonałą granicą rozdziału. Średnica drutu kompozytowego Si-WW uzyskanego na bazie rowingu, zawierającego 6000 włókien elementarnych, wynosi około 0,6 mm, co oznacza szacunkowo 80% udział objętościowy włókien w kompozycie. Wprawdzie kompozyt ten potraktowany został w zrealizowanych doświadczeniach jako materiał przejściowy do otrzymywania docelowego kompozytu AlSi-WW o regulowanej zawartości krzemu w osnowie, jednak materiał ten może znaleźć także szereg innych bezpośrednich aplikacji technologicznych. Kompozyt AlSi12-WW otrzymany na bazie kompozytu-półfabrykatu Si-WW, w temperaturze poniżej 1000 C, w krótkim czasie, charakteryzuje się granicą rozdziału o wyjątkowo dobrej jakości (potwierdzającej brak reakcji w układzie włókna-osnowa). Średnica kompozytu otrzymanego na bazie rowingu, zawierającego 6000 włókien elementarnych, wynosi podobnie jak dla półfabrykatu około 0,6 mm, co w przybliżeniu daje 80% udział objętościowy włókien w kompozycie, a skład chemiczny osnowy w centrum przekroju poprzecznego kompozytowego drutu zbliżony jest do poziomu zawartości krzemu w eutektyce Al-Si. Trwające badania właściwości mechanicznych wytworzonych kompozytów i szczegółowe badania granicy rozdziału komponentów w tych złożonych materiałach powinny umożliwić ostateczne porównanie skuteczności i przydatności powłok barierowych, uzyskiwanych według obu zaproponowanych technologii otrzymywania kompozytów metalicznych o osnowie na bazie aluminium, zbrojonych ciągłym włóknem węglowym. LITERATURA [1] Lindros V.K.,, Tolvietie M.J., Journal Materials Processing Technology 1995, 53. [2] Zabołockij A.A., Rozrabotka i issledowanije kompozicionnogo matieriała Al-C, MiTOM, 1997, 10. [3] Łosik I., Zarański Z., Badanie zjawisk zachodzących na granicy rozdziału w kompozytach metalicznych zbrojonych włóknami, Materiały I Krajowej Konferencji Inżynieria Materiałowa, Gdańsk 1996. [4] Łosik I., Zarański Z. Otrzymywanie warstwy technologicznej z SiC na powierzchni włókien węglowych, Materiały Krajowej Konferencji Dobór i Eksploatacja Materiałów Inżynierskich, Jurata 1997. [5] Łosik I., Zarański Z., Otrzymywanie materiałów kompozytowych włókna węglowe-stop na bazie aluminium w układzie zwilżającym, Materiały II Seminarium Naukowego Kompozyty i ich wykorzystanie w technice, Katowice 2000. [6] Zarański Z., Łosik I., Modyfikacja powierzchni włókien węglowych przeznaczonych do zbrojenia kompozytów z osnową metaliczną na bazie aluminium, Biuletyn WAT 2000, 7. Recenzent Józef Gawroński