Mikrostruktura i w a ciwo ci kompozytów Al 2 O 3 -Si 3 N 4 otrzymywanych na drodze heterokrystalizacji metod zol- el

Podobne dokumenty
KOMPOZYTY Al2O3-Si3N4w

KOMPOZYTY Al2O3-SiCw

Wp yw atmosfery spiekania na mikrostruktur i w a ciwo ci kompozytów Al 2 O 3 -Ni

W a ciwo ci spr yste anizotropowych materia ów kompozytowych Al 2 O 3 hbn

Kompozyty ze spieków w glika wolframu umacniane cz stkami regularnego azotku boru (cbn/wc-co)

MOŻLIWOŚCI WYTWARZANIA NANOKOMPOZYTU Al2O3/Ni-P POPRZEZ PRASOWANIE NA GORĄCO (HP) PONIKLOWANEGO METODĄ BEZPRĄDOWĄ PROSZKU Al2O3

Skaningowy mikroskop elektronowy

Kompozyty na osnowie faz mi dzymetalicznych z uk adu Ni-Al wytwarzane metod PPS z udzia em reakcji SHS

Spiekanie tworzyw B 4 C z dodatkami TiB 2, TiC lub TiN

KOMPOZYTY Ti3Al-ZrO2

Zarządzanie projektami. wykład 1 dr inż. Agata Klaus-Rosińska

KOMPOZYTY NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ NiAl O WŁAŚCIWOŚCIACH ZMODYFIKOWANYCH CZĄSTECZKAMI CERAMICZNYMI

Spieki NiAl i Ni 3 Al wytwarzane w reakcji SHS metod PPS

W a ciwo ci kompozytu WCCo spiekanego metod PPS

Spiekanie nanokrystalicznych faz azotkowoborkowych

Wp yw czasu wygrzewania na w a ciwo ci cieplne polikryszta u azotku glinu

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW Al2O3-Mo W ASPEKCIE BADAŃ Al2O3 WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH

Stopy żelaza. Stale Staliwa Żeliwa

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

7. Spiekane materia y ceramiczne i ceramiczno-w glikowe

PREPARATYKA NANOCZĄSTEK Al2O3 DO OTRZYMYWANIA NANOKOMPOZYTÓW POLIURETANOWYCH

Raport z przeprowadzenia ankiety dotyczącej oceny pracy dziekanatu POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA. WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ i INFORMATYKI

Synteza i spiekanie dwuborku tantalu metod SPS

ALUMINIOWE KOMPOZYTY Z HYBRYDOWYM UMOCNIENIEM FAZ MIĘDZYMETALICZNYCH I CERAMICZNYCH

MIKROSTRUKTURA I TWARDOŚĆ KOMPOZYTÓW Ti3Al/TiAl/Al2O3 SPIEKANYCH POD WYSOKIM CIŚNIENIEM

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

Wp yw dodatku fosforanu glinu na w a ciwo ci niskocementowych betonów korundowych

Stopy tytanu. Stopy tytanu i niklu 1

KOMPOZYTY Ti3Al-TiB2

4.3. Warunki życia Katarzyna Gorczyca

Podstawa prawna: Ustawa z dnia 15 lutego 1992 r. o podatku dochodowym od osób prawnych (t. j. Dz. U. z 2000r. Nr 54, poz. 654 ze zm.

keywords: UHTC ceramics materials, Fracture toughness, SPS/FAST, HP HT słowa kluczowe: ceramika UHTC, odporność na pękanie, SPS/FAST, HP HT

Komentarz technik dróg i mostów kolejowych 311[06]-01 Czerwiec 2009

Klasyfikacja i oznakowanie substancji chemicznych i ich mieszanin. Dominika Sowa

Otrzymywanie i w a ciwo ci materia ów w uk adzie korund/ -alon

Materiały z przeróbki opon w nawierzchniach asfaltowych

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

Projekt MES. Wykonali: Lidia Orkowska Mateusz Wróbel Adam Wysocki WBMIZ, MIBM, IMe

Spiekanie ceramiki azotkowej metodą SPS

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

WYZNACZANIE PRZYSPIESZENIA ZIEMSKIEGO ZA POMOCĄ WAHADŁA REWERSYJNEGO I MATEMATYCZNEGO

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANIS AWA STASZICA, Kraków, PL BUP 26/07

11.1. Zale no ć pr dko ci propagacji fali ultrad wi kowej od czasu starzenia

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

Metody wyceny zasobów, źródła informacji o kosztach jednostkowych

POLITECHNIKA GDAŃSKA Wydział Mechaniczny Katedra Inżynierii Materiałowej Laboratorium Materiałów Inżynierskich

Regulamin Obrad Walnego Zebrania Członków Stowarzyszenia Lokalna Grupa Działania Ziemia Bielska

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

Techniczne nauki М.М.Zheplinska, A.S.Bessarab Narodowy uniwersytet spożywczych technologii, Кijow STOSOWANIE PARY WODNEJ SKRAPLANIA KAWITACJI

ĆWICZENIE Nr 9. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. inż. A. Weroński

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW WERYFIKACJA TULEJI CYLINDROWYCH SILNIKA SPALINOWEGO

Wp yw parametrów procesu szlifowania na stan powierzchni kompozytu WCCo/diament wytwarzanego metod PPS

Przewodnictwo cieplne polikryszta ów AlN

IDENTYFIKACJA FAZ W MODYFIKOWANYCH CYRKONEM ŻAROWYTRZYMAŁYCH ODLEWNICZYCH STOPACH KOBALTU METODĄ DEBYEA-SCHERRERA

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

Obróbka cieplna stali

Spiekanie tworzyw w glika boru zawieraj cych dodatek heksagonalnego azotku boru

4. Wyniki bada uzupełniaj cych własno ci stali szybkotn cych

Opracowanie technologii wytwarzania rdzeni łopatek turbin gazowych i turbosprężarek metodą wtrysku wysokociśnieniowego

I. Minimalne wymagania. Tool Form s.c. Jacek Sajan, Piotr Adamiak. ul. Pafalu 11, Świdnica, NIP:

ZASTOSOWANIE MIKROSYSTEMÓW W MEDYCYNIE LABORATORIUM. Ćwiczenie nr 3. Kropelkowy system mikrofluidyczny

Udoskonalona wentylacja komory suszenia

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

WP YW OBCI ENIA DYNAMICZNEGO NA PARAMETRY PRACY Z CZA CIERNEGO. 1. Wst p. Górnictwo i Geoin ynieria Rok 35 Zeszyt

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Lekcja 173, 174. Temat: Silniki indukcyjne i pierścieniowe.

12. Wyznaczenie relacji diagnostycznej oceny stanu wytrzymało ci badanych materiałów kompozytowych

III. GOSPODARSTWA DOMOWE, RODZINY I GOSPODARSTWA ZBIOROWE

Badania skuteczności działania filtrów piaskowych o przepływie pionowym z dodatkiem węgla aktywowanego w przydomowych oczyszczalniach ścieków

SPECYFIKACJA TECHNICZNA WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT. Podłoża pod posadzki ST 12

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

ZAPYTANIE OFERTOWE nr MEiL.1130.ZP /2015 z dnia

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

DANE MAKROEKONOMICZNE (TraderTeam.pl: Rafa Jaworski, Marek Matuszek) Lekcja V

Zakres tematyczny. Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD / dr inż. Maciej Motyka

NACZYNIE WZBIORCZE INSTRUKCJA OBSŁUGI INSTRUKCJA INSTALOWANIA

Badanie silnika asynchronicznego jednofazowego

Sprawiedliwi w filmie

KLAUZULE ARBITRAŻOWE

REGULAMIN PRZYZNAWANIA STYPENDIÓW NA KIERUNKACH ZAMAWIANYCH W RAMACH PROJEKTU POKL

Kompozyt ceramiczno-metaliczny ZrO 2 Al 2 O 3 SiO 2 Mo

WPŁYW TEMPERATURY SPIEKANIA NA MECHANIZM DEKOHEZJI KOMPOZYTU Al-(Al2O3)p

MATERIAŁY NA OSNOWIE FAZY MIĘDZYMETALICZNEJ FeAl Z DODATKIEM 2 I 10% OBJ. Al2O3

Rodzaje i metody kalkulacji

Wybrane materiały amorficzne i nanokrystaliczne stopów na osnowie Ni lub Fe

Harmonogramowanie projektów Zarządzanie czasem

2.Prawo zachowania masy

SPIEKI NiAl-0,2% at. Hf OTRZYMYWANE METODĄ IMPULSOWO-PLAZMOWEGO SPIEKANIA

Specyfikacja techniczna wykonania i odbioru hydroizolacji z wykorzystaniem środka PENETRON PLUS

STRUKTURA WARSTW KOMPOZYTOWYCH Ni-P/Si3N4 WYTWARZANYCH METODĄ CHEMICZNĄ

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

CENTRUM BADANIA OPINII SPOŁECZNEJ

ANALOGOWE UKŁADY SCALONE

WYTWARZANIE KOMPOZYTÓW GRADIENTOWYCH Al2O3-Fe METODĄ ODLEWANIA Z MAS LEJNYCH

Regulamin Obrad Walnego Zebrania Członków Stowarzyszenia Lokalna Grupa Rybacka Bielska Kraina Postanowienia Ogólne

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z PRZEDMIOTÓW ZAWODOWYCH ODBYWAJĄCYCH SIĘ W SZKOLNYM LABORATORIUM CHEMICZNYM

OZNACZANIE WAPNIA I MAGNEZU W PRÓBCE WINA METODĄ ATOMOWEJ SPEKTROMETRII ABSORPCYJNEJ Z ATOMIZACJA W PŁOMIENIU

Dr inŝ. Krzysztof Wilmański Aqua Konsulting Kraków

WP YW ZAG SZCZENIA I NAWODNIENIA NA WYTRZYMA O NA CINANIE MIESZANINY POPIO OWO- U LOWEJ I STATECZNO WYKONANEGO Z NIEJ NASYPU. 1.

ODBUDOWA NAWIERZCHNI JEZDNI ULICE OSIEDLE RYBNO GMINA KISZKOWO D

Transkrypt:

MATERIA Y CERAMICZNE /CERAMIC MATERIALS/, 61, 2, (9), 87-91 Mikrostruktura i w a ciwo ci kompozytów Al 2 O 3 -Si 3 N 4 otrzymywanych na drodze heterokrystalizacji metod zol- el ANETA ZAWADA*, ANTONI KUNICKI**, WANDA ZIEMKOWSKA**, ANTONI PIETRZYKOWSKI**, ANDRZEJ OLSZYNA* *Wydzia In ynierii Materia owej Politechniki Warszawskiej, **Wydzia Chemiczny Politechniki Warszawskiej, e-mail: azawada@meil.pw.edu.pl Streszczenie Mieszaniny nanoproszków Al 2 O 3 -Si 3 N 4 otrzymywano na drodze heterokrystalizacji w procesie zol- el z wykorzystaniem reakcji zwi zków alkoksyglinowych z wod. W czasie procesu kontrolowano ph roztworu w celu zapewnienia jak najlepszej homogenizacji cz stek Si 3 N 4 w osnowie spieczonego Al 2 O 3. Otrzyman mieszanin nanoproszków o zawarto ci %wag. Si 3 N 4 poddawano pra eniu w temperaturze 8 C w atmosferze powietrza przez h. Do wypra onego produktu dodawano proszek handlowy Al 2 O 3 tak aby otrzyma mieszaniny proszków Al 2 O 3 + xsi 3 N 4, gdzie x = 1,2; 2,; %wag., które nast pnie poddano procesowi spiekania w temperaturze 13 lub 14 C pod ci nieniem MPa przez 1 godzin. W artykule opisano mikrostruktur, g sto, nasi kliwo, porowato i w a ciwo ci mechaniczne takie jak: modu Younga, twardo i odporno na kruche p kanie, otrzymanych spieków. Otrzymane spieki charakteryzowa y si g sto ci wzgl dn w przedziale 9- % i jednorodnym rozk adem obu faz w mikrostrukturze kompozytu. W wyniku przeprowadzonych bada stwierdzono znaczny wp yw Si 3 N 4 na popraw w a ciwo ci mechanicznych Al 2 O 3. Kompozyty Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 mia y wy sz twardo i odporno na kruche p kanie w porównaniu ze spiekiem wykonanym z nanoproszku Al 2 O 3 fi rmy Taimei. Najwy szym wspó czynnikiem odporno ci na kruche p kanie charakteryzowa si kompozyt o zawarto ci 2,%wag. Si 3 N 4. S owa kluczowe: procesy zol- el, mikrostruktura fi nalna, w a ciwo ci mechaniczne, Al 2 O 3, Si 3 N 4 MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF THE Al 2 O 3 -Si 3 N 4 COMPOSITES PRODUCED BY A SOL-GEL METHOD WITH HETERO-CRYSTALLIZATION Mixtures of the Al 2 O 3 -Si 3 N 4 nano-powders were prepared via hetero-crystallization by using a sol-gel method with the contribution of chemical reactions that proceeded between the alkoxyaluminum compounds and water. In order to achieve the best possible homogeneity of the Si 3 N 4 particles in the Al 2 O 3 matrix, ph of the solution was controlled during the process. The mixture containing wt.% of Si 3 N 4 was calcined for h at a temperature of 8 C in air, then added to a commercial-grade Al 2 O 3 powder so as to obtain Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 mixtures (where x = 1.2, 2. and wt.%), which were fi nally sintered for 1 h at a temperature of 13 or 14 C under a pressure of MPa. The paper describes the microstructure, density, water absorption, porosity and mechanical properties, such as Young modulus, hardness and fracture toughness, of the sinters obtained. The sintered composites had the relative density exceeding 9%, and the distribution of component phases was uniform. It has been found that the presence of Si 3 N 4 considerably improved mechanical properties of the Al 2 O 3 matrix. The hardness and fracture toughness of the Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 composites were higher than those of the sinter produced from the Al 2 O 3 nanopowder delivered by the Taimei Company. The highest toughness was measured for the composite with 2. wt.% Si 3 N 4. Keywords: Sol-gel processes, Microstrukture - fi nal, Mechanical properties, Al 2 O 3, Si 3 N 4 Wprowadzenie Niska g sto, wysoka odporno na dzia anie czynników chemicznych czy stabilno w a ciwo ci mechanicznych to tylko wybrane cechy materia ów ceramicznych, które powoduj, e ceramika ma szerokie zastosowanie jako materia konstrukcyjny np.: narz dziowy. Charakterystyczn cech ograniczaj c aplikacyjno materia ów ceramicznych jest krucho, dlatego te w ostatnim czasie podj to szereg bada maj cych na celu popraw odporno ci na kruche p kanie tych materia ów. Niihara ju w latach dziewi dziesi tych prognozowa zwi kszenie odporno ci na kruche p kanie i wytrzyma o ci mechanicznej materia ów ceramicznych o unikatowej mikrostrukturze charakteryzuj cej si jednorodnym rozk adem bardzo drobnych cz stek w osnowie, co prezentuje rysunek 1 [1,2]. W ostatnich latach rozpatrywana jest koncepcja kompozytu oparta na kontroli mikrostruktury przez w czenie dyspersyjnej fazy o rozmiarze nano lub submikronowym [3]. Faz dyspersyjn dla osnowy ceramicznej mog by m.in. nanometryczne lub submikronowe cz stki ceramiczne. Podstawowym problemem ceramiki nano- lub submikronowej jest sk onno do samoistnej agregacji cz stek, co w efekcie powoduje utrat jednorodno ci kompozytów wytwarzanych z udzia em tak drobnych proszków, a tym samym niekorzystny wp yw na w a ciwo ci mechaniczne [4]. 87

A. ZAWADA, A. KUNICKI, W. ZIEMKOWSKA, A. PIETRZYKOWSKI, A. OLSZYNA Rys. 1. Koncepcja nanokompozytów ceramicznych o podwy szonej odporno ci na kruche p kanie: z nanocz stkami wewn trzziarnowymi, z nanocz stkami mi dzyziarnowymi, c) z nanocz stkami zarówno wewn trzziarnowymi jak i na granicach ziaren [1]. Fig. 1. Conception of the ceramic nanocomposites with improved fracture toughness: with intragrain nanoparticles, with intergrain nanoparticles, c) with both intra- and intergrain nanopaticles. Podstawowym sposobem gwarantuj cym jednorodno mikrostruktury kompozytów jest wytworzenie jednorodnej mieszaniny proszków. W pracy zostanie przedstawiony adekwatny proces technologiczny umo liwiaj cy wytwarzanie kompozytów Al 2 O 3 -Si 3 N 4 z wykorzystaniem heterokrystalizacji w procesie zol- el. Omówione zostan tak e w a ciwo ci mechaniczne otrzymanych kompozytów. Cz do wiadczalna Otrzymywanie kompozytów Al 2 O 3 -Si 3 N 4 Mieszaniny proszków Al 2 O 3 +%Si 3 N 4 zosta y otrzymane na drodze heterokrystalizacji w reakcji triizopropoksyglinu z wod. We wst pnym etapie procesu wprowadzono do reakcji cz stki jednofazowego proszku -Si 3 N 4 o redniej wielko ci 1 nm, rozproszone w alkoholu. Reakcj przeprowadzono przy kontrolowanym ph równym zgodnie z nast puj cym schematem: izopropanol nal(oipr) 3 + msi 3N 4 [Al(OH) 3]n, [Si 3N 4]m H 2O, ph= temp. O 2 Uzyskane mieszaniny prekursora Al 2 O 3 i proszku Si 3 N 4 poddano kalcynacji w temperaturze 8 C przez godzin w atmosferze powietrza. W wyniku heterokrystalizacji w procesie zol- el otrzymano jednorodn mieszanin proszków Al 2 O 3 -%wag. Si 3 N 4 o sk adzie fazowym: -Al 2 O 3 i -Si 3 N 4 (Rys. 2). W celu poprawy spiekalno ci, do wypra onych mieszanin dodano atwospiekalny proszek -Al 2 O 3 o redniej wielko ci cz stek 13 nm fi rmy Taimei, tak aby uzyska kompozyty o sk adzie Al 2 O 3 +xsi 3 N 4, gdzie x = 1,2; 2,; %wag. Homogenizacj odpowiednich mieszanin przeprowadzono w m ynie kulowym za pomoc mielników korundowych. W kolejnym etapie przeprowadzono spiekanie kompozytów proszkowych Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 wed ug standardowej procedury przedstawionej na rysunku 3. Próbki wykonane z proszku Al 2 O 3 fi rmy Taimei spieczono w temperaturze 12 C, natomiast serie kompozytów Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 spiekano przez 1 godzin w temperaturach 13 lub 14 C pod ci nieniem MPa, w atmosferze argonu. nal 2O 3, msi 3N 4 cz sto [%] 6 4 4 8 1 16 24 28 3 36 E (d 2) [nm] Rys. 2. Morfologia ( oraz rozk ad wielko ci cz stek ( mieszaniny proszków Al 2 O 3 +%wag.si 3 N 4. Fig. 2. Morphology ( and particle size distribution ( of the mixture of Al 2 O 3 + wt.% Si 3 N 4 powders. Rys. 3. Schemat otrzymywania kompozytów Al 2 O 3 -Si 3 N 4. Fig. 3. Preparation route of the Al 2 O 3 -Si 3 N 4 composites. 88 MATERIA Y CERAMICZNE, 61, 2, (9)

MIKROSTRUKTURA I W A CIWO CI KOMPOZYTÓW Al 2 O 3 -Si 3 N 4 OTRZYMYWANYCH NA... Metodyka bada Obserwacje mikroskopowe proszków i mikrostruktury kompoztytów zosta y przeprowadzone przy u yciu elektronowego mikroskopiu skaningowego (SEM) LEO 1 fi rmy Zeiss. Proszki przed obserwacj napylano cienk warstw w gla, natomiast kompozyty cienk warstw z ota. Celem bada by o uzyskanie jako ciowej i ilo ciowej charakterystyki badanych materia ów. Opis ilo ciowy wykonano, wykorzystuj c komputerowy program MicroMeter. Przedstawione parametry mierzone by y dla pojedynczych przekrojów cz stek, a nast pnie wyznaczano wielko redni danego parametru E(x) [,6]. Analiz chemiczn wykonano za pomoc mikroskopu skaningowego (SEM) LEO 1 z detektorem EDS. Analiz fazow proszków i spieków wykonano za pomoc dyfraktometru PHILIPS 18 pracuj cego z krokow zmian k ta 2, przy u yciu lampy miedzianej (CuK = 1,46 Å). Przeprowadzono pomiary g sto ci metod Archimedesa, modu u Younga E metod ultrad wi kow, twardo ci i odporno ci na kruche p kanie metod wg bnikow przy u yciu wg bnika Vickersa. Wyniki bada i dyskusja Spiek wykonany z proszku Al 2 O 3 fi rmy Taimei charakteryzowa si równoosiowymi ziarnami o redniej wielko ci nm, co przedstawia rysunek 4. Rozk ad wielko ci ziaren by jednomodalny. Kompozyty spiekane w temperaturze 13 C charakteryzowa y si jednorodn mikrostruktur zawieraj c ziarna równoosiowe o redniej wielko ci nm (Rys.. W kompozytach spiekanych w temperaturze 14 C zaobserwowano zarówno ziarna równoosiowe o ma ej wielko ci do 1 m, jak równie wyd u one o redniej wielko ci 6 m (Rys. daj ce dwumodalny rozk ad ziaren. 4,2,4,6,8 1 E(d 2) [ m ] 2 1,2,4,6,8 1 1,2 1,4 E(d 2) [ m] Rys. 4. Mikrostruktura ( oraz rozk ad wielko ci ziaren ( spieku wykonanego z proszku Al 2 O 3 fi rmy Taimei. Fig.. Microstructure ( and grain size distribution ( of the body made from the Taimei Al 2 O 3 powder. Obserwacje mikroskopowe kompozytów Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 wykaza y, e podwy szenie temperatury spiekania o C ma znaczny wp yw na redni wielko ziaren w otrzymanych spiekach. Przyk adowe mikrostruktury oraz rozk ady wielko ci ziaren przestawia rysunek. 2 1 1 2 3 4 6 7 8 9 E(d 2) [ m] Rys.. Mikrostruktura oraz rozk ad wielko ci ziaren kompozytów Al 2 O 3 +1,2%wag.Si 3 N 4 spiekanych w temperaturze: 13 C, 14 C. Fig.. Microstructure and grain size distribution of the Al 2 O 3 +1.2wt.%Si 3 N 4 composite sintered at: 13 C, 14 C. Analiza fazowa kompozytów Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 wskaza a na wyst powanie dwóch faz: -Al 2 O 3 i -Si 3 N 4, zarówno dla temperatury spiekania 13 o C, jak i 14 o C. Przyk adow analiz fazow kompozytów przedstawia rysunek 6. Dla próbki wykonanej z proszku Al 2 O 3 fi rmy Taimei spiekanej w temperaturze 12 o C stwierdzono obecno jednej fazy: -Al 2 O 3. MATERIA Y CERAMICZNE, 61, 2, (9) 89

A. ZAWADA, A. KUNICKI, W. ZIEMKOWSKA, A. PIETRZYKOWSKI, A. OLSZYNA Przeprowadzono badania sk adu chemicznego kompozytów Al 2 O 3 +xsi 3 N 4. Mapy rozk adu pierwiastków Al i Si wskazuj na jednorodne rozmieszczenie Si 3 N 4 w osnowie Al 2 O 3. Na rysunku 7 przedstawiono przyk adow map rozk adu krzemu oraz glinu w kompozycie Al 2 O 3 +2,%wag. Si 3 N 4 spiekanym w temperaturze 13 o C. G sto wzgl dna d w [%] 9 8 7 6 Al 2 O 3 fi rmy Taimei T-12 o C Al 2 O 3 - Si 3 N 4 T-13 o C Al 2 O 3 - Si 3 N 4 T-14 o C [% ] wag. Si3N 4 Rys. 8. G sto wzgl dna spieków Al 2 O 3 +xsi 3 N 4. Fig. 8. Relative density of the Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 bodies. Rys. 6. Przyk adowa analiza fazowa kompozytu Al 2 O 3 +%wag.si 3 N 4 spiekanego w temperaturze 13 C. Fig. 6. The example of phase composition analysis of the Al 2 O 3 +wt.% Si 3 N 4 composite sintered at 13 C. Modu Younga E [GPa] 4 38 36 34 3 x % wag. Si 3 N 4 Rys. 9. Modu Younga spieków Al 2 O 3 +xsi 3 N 4. Fig. 9. Young modulus of the Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 bodies. Rys. 7. Przyk adowa analiza chemiczna EDS kompozytu Al 2 O 3 + % wag.si 3 N 4 spiekanego w temperaturze 13 C. Fig. 7. The example of EDS chemical analysis of the Al 2 O 3 + wt. % Si 3 N 4 composite sintered at 13 C. G sto wzgl dna spieku Al 2 O 3 wynios a %, natomiast g sto wzgl dna kompozytów Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 by a wy sza lub równa 9%, co przedstawia rysunek 8. Wzrost temperatury spiekania spowodowa podwy szanie zag szczenia o oko o 3%. G sto wzgl dna kompozytów otrzymanych w temperaturze 14 o C by a wy sza ni otrzymanych w temperaturze 13 o C. Nasi kliwo badanych próbek nie przekracza a 1%. Modu Younga badanych spieków przedstawia rysunek 9. Zaobserwowano spadek warto ci modu u Younga wraz wzrostem udzia u fazy Si 3 N 4 w osnowie Al 2 O 3 niezale nie od temperatury spiekania, co jest zgodne z regu mieszanin. Najni sz warto ci modu u Younga charakteryzowa y si kompozyty Al 2 O 3 + %wag.si 3 N 4, natomiast najwy sz kompozyty o najni szym udziale wagowym Si 3 N 4. Badania twardo ci wykaza y, e badane kompozyty maj wy sz twardo w stosunku do polikrystalicznego spieku Al 2 O 3, co przedstawia rysunek. Najwy sz twardo ci charakteryzowa si kompozyt Al 2 O 3 + 1,2% wag. Si 3 N 4 spiekany w temperaturze 13 C. Wzrost udzia u Si 3 N 4 powoduje spadek twardo ci. Zwi kszenie temperatury spiekania z 13 C do 14 C powoduje spadek twardo ci kompozytów o %. Twardo [GPa] 18 16 14 12 x % wag. Si3N 4 Rys.. Twardo badanych spieków Al 2 O 3 +xsi 3 N 4. Fig.. Hardness of the Al 2 O 3 +xsi 3 N 4 bodies. 9 MATERIA Y CERAMICZNE, 61, 2, (9)

MIKROSTRUKTURA I W A CIWO CI KOMPOZYTÓW Al 2 O 3 -Si 3 N 4 OTRZYMYWANYCH NA... K IC [MPam 1/2 ] 7 6 4 3 x % wag. Si 3N 4 Rys. 11. Odporno na kruche p kanie badanych spieków Al 2 O 3 + Si 3 N 4. Fig. 11. Fracture toughness of the Al 2 O 3 + xsi 3 N 4 bodies. Rysunek 11 przedstawia wyniki pomiarów K IC badanych spieków. Zaobserwowano znaczny wzrost odporno ci na kruche p kanie kompozytów Al 2 O 3 + xsi 3 N 4 w porównaniu ze spiekiem jednofazowym. Najwy szymi warto ciami charakteryzuj si kompozyty Al 2 O 3 + 1,2 i 2,%wag. Si 3 N 4 spiekane w temperaturze 13 C i wynosz one kolejno 6,1 i 6,4 MPam 1/2. Spieki otrzymane w tej temperaturze charakteryzuj si nisk porowato ci i drobnoziarnist mikrostruktur. Zaobserwowany rozrost ziaren w przypadku spieków otrzymanych w temperaturze 14 C spowodowa zmniejszenie si w a ciwo ci mechanicznych w stosunku do spieków otrzymanych w temperatrze13 C. Praca wykonana w ramach projektu badawczego nr R8 17 2 fi nansowanego ze rodków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wy szego oraz w ramach pracy statutowej WIM PW nr 4G/9/36/1 Literatura [1] Niihara K.: Future of Ceramic Nano & Nanocomposite Materiale, Seminar and Discussions At Warsaw University of Technology, March 11,4. [2] Niihara K., Niihara A., Sekino.: Processing Materiale Res. Society Symposium, 286, (1993), 4-412. [3] Olszyna A.R.: Twardo a krucho tworzyw ceramicznych, OWPW Warszawa, 4. [4] Kaya C., He J. Y., Gu X.,. Butler E. G: Microporous and Mesoporous Materials, 4, (2), 37 49. [] Michalski J., Wejrzanowski T., Pielaszek R., Konopka K., Wojkowski W., Kurzyd owski K.J.: Materiale Science Poland, 23, (), 1. [6] Kurzyd owski K. J., Ralph B.: Quantitive description of microstructure of materials, CRC Press, Baton Rogue, USA, 199. Podsumowanie Technologia wytwarzania kompozytów z udzia em heterokrystalizacji w procesie zol- el pozwoli a na otrzymanie kompozytów Al 2 O 3 -Si 3 N 4 o g sto ci bliskiej teoretycznej i jednorodnym rozk adzie fazy Si 3 N 4 w osnowie Al 2 O 3. Spieki otrzymane w temperaturze 13 C charakteryzuje jednorodna i drobnoziarnista mikrostruktura. Wzrost temperatury spiekania o C powoduje wzrost stopnia zag szczenia i silny rozrost ziaren prowadz cy do pogorszenie w a ciwo ci mechanicznych kompozytów. Analiza fazowa kompozytów Al 2 O 3 1,2; 2,; %wag. Si 3 N 4 wykaza a obecno dwóch faz: -Al 2 O 3 oraz -Si 3 N 4, zarówno dla temperatury spiekania 13 o C, jak i 14 o C. W kompozytach Al 2 O 3 -Si 3 N 4 stwierdzono znacz cy wzrost odporno ci na kruche p kanie z 3, [MPam 1/2 ] dla czystego spieku do 6,4 MPam 1/2 dla kompozytu Al 2 O 3 +2, %wag.si 3 N 4 spiekanego w temperaturze 13 C. Wyniki pomiaru twardo ci badanych kompozytów pokaza y, e wprowadzanie niewielkiej ilo ci azotku krzemu do osnowy korundowej powoduje wzrost twardo ci z 1,1 GPa dla czystego spieku Al 2 O 3 do 19,9 GPa dla kompozytu Al 2 O 3-1,2%wag. Si 3 N 4 spiekanego w temperaturze 13 C. Zwi kszenie temperatury spiekania z 13 C do 14 C prowadzi do spadku twardo ci nanokompozytów o %. MATERIA Y CERAMICZNE, 61, 2, (9) 91