PL216505B1 - Kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny oraz sposób jego otrzymywania - Google Patents

Kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny oraz sposób jego otrzymywania

Info

Publication number
PL216505B1
PL216505B1 PL394548A PL39454811A PL216505B1 PL 216505 B1 PL216505 B1 PL 216505B1 PL 394548 A PL394548 A PL 394548A PL 39454811 A PL39454811 A PL 39454811A PL 216505 B1 PL216505 B1 PL 216505B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
ceramic
phase
metal
size
temperature
Prior art date
Application number
PL394548A
Other languages
English (en)
Other versions
PL394548A1 (pl
Inventor
Marek Potoczek
Romana Ewa Śliwa
Józef Śleziona
Original Assignee
Politechnika Rzeszowska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Rzeszowska filed Critical Politechnika Rzeszowska
Priority to PL394548A priority Critical patent/PL216505B1/pl
Publication of PL394548A1 publication Critical patent/PL394548A1/pl
Publication of PL216505B1 publication Critical patent/PL216505B1/pl

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny, w którym zarówno faza metalowa jak i faza ceramiczna są fazami ciągłymi w trzech kierunkach, otrzymywany przez infiltrację metalu do ceramiki piankowej otrzymanej metodą żelowania spienionej zawiesiny oraz sposób jego otrzymywania. Kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny, którego faza ceramiczna jest fazą ciągłą w trzech kierunkach otrzymana metodą żelowania spienionej zawiesiny, posiadający przestrzenną strukturę wzajemnie przenikających się szkieletów fazy ceramicznej i fazy metalowej, charakteryzuje się tym, że stanowi go faza ceramiczna piankowa o porowatości otwartej 80 do 90% i rozmiarze sferycznych makroporów 200 do 500 µm oraz połączeń między porami o rozmiarze od 50 do 120 µm i faza metalowa, którą stanowi stop aluminium w ilości do 90% objętości kompozytowego materiału. Sposób wytwarzania wyżej wymienionego kompozytowego materiału metalowo-ceramicznego polega na tym, że do porowatej kształtki ceramicznej wytworzonej metodą żelowania spienionej zawiesiny, o porowatości w zakresie 80 do 90% i rozmiarze sferycznych makroporów 200 do 500 µm oraz połączeń miedzy porami o rozmiarze od 50 do 120 µm i wysokości do 50 mm wprowadza się, stosując infiltrację ciśnieniową, stop aluminium o czystości technicznej i temperaturze od 680°C do 740°C pod ciśnieniem nie przekraczającym 40 MPa w czasie od 1 do 3 minuty. Tak uzyskany kompozyt chłodzi się utrzymując go pod ciśnieniem od 2 do 4 MPa, z szybkością do 10°C/min do temperatury 450°C, po czym prowadzi się dalsze chłodzenie bez obciążenia do temperatury otoczenia. Proces infiltracji prowadzi się umieszczając kształtkę ceramiczną w kokili grafitowej podgrzanej do temperatury co najmniej 580°C, która utrzymywana jest w procesie infiltracji.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny, w którym zarówno faza metalowa jak i faza ceramiczna są fazami ciągłymi w trzech kierunkach, otrzymywany przez infiltrację metalu do ceramiki piankowej otrzymanej metodą żelowania spienionej zawiesiny oraz sposób jego otrzymywania.
Poszukiwania nowych materiałów, zarówno konstrukcyjnych, jak i funkcjonalnych idą w kierunku łączenia ze sobą materiałów różniących się właściwościami mechanicznymi, fizycznymi i chemicznymi. Powstałe w ten sposób kompozyty posiadają właściwości nieosiągalne przez pojedyncze materiały. Głównym motywem intensywnych prac nad wytwarzaniem kompozytów metalowo-ceramicznych jest możliwość poprawy wybranych właściwości mechanicznych metalu stanowiącego podstawowy składnik kompozytu. Modyfikacja właściwości mechanicznych obejmuje najczęściej zwiększenie twardości i sztywności, odporności na zużycie przez tarcie oraz zmniejszenie pełzania w podwyższonej temperaturze.
Dotychczas produkowane są kompozyty metalowe zbrojone fazą ceramiczną w postaci cząstek lub włókien. W obrocie handlowym znajdują się materiały o osnowie aluminiowej zawierającej cząstki AI2O3, SiC lub SiO2 produkowane między innymi przez firmę Duralcan USA, Comral RPA, Landxide Austria. Materiały takie wykorzystywane są najczęściej w przemyśle motoryzacyjnym jako materiały tarcz hamulcowych bądź materiały tłoków lub silników spalinowych pracujących pod dużym obciążeniem. Firma Duralcan USA również odlewa precyzyjne części samolotowe ze stopów aluminium zawierających 20% obj. cząstek SiC. Jednak w kompozytach na osnowie metalowej wzmacnianej cząstkami ceramicznymi faza ceramiczna nie jest fazą ciągłą. Technologia kompozytów na osnowie stopów metali z cząstkami ceramicznymi jest złożona i najczęściej składa się z kilku etapów takich jak: przygotowanie ciekłego metalu, preparacja powierzchni cząstek ceramicznych, wytworzenie suspensji kompozytowej i odlewanie. W procesie tym może wystąpić zjawisko sedymentacji lub flotacji prowadzące do niejednorodnego rozmieszczenia cząstek ceramicznych w osnowie metalowej. Sposób wprowadzania fazy zbrojącej w postaci cząstek lub włókien do metalu osnowy znany z opisu patentowego USA 5228494 polega na wsypywaniu dyspersyjnej fazy zbrojącej bezpośrednio do intensywnie mieszanego metalu osnowy. W znanym z polskiego opisu patentowego nr 161122 sposobie otrzymywania kompozytów na osnowie aluminium i jego stopów w celu obniżenia napięcia powierzchniowego metalu osnowy dodaje się 1-2% magnezu.
Kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny, którego faza ceramiczna jest fazą ciągłą w trzech kierunkach otrzymana metodą żelowania spienionej zawiesiny, posiadający przestrzenną strukturę wzajemnie przenikających się szkieletów fazy ceramicznej i fazy metalowej, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że stanowi go faza ceramiczna piankowa o porowatości otwartej 80 do 90% i rozmiarze sferycznych makroporów 200 do 500 μm oraz połączeń między porami o rozmiarze od 50 do 120 μm i faza metalowa, którą stanowi stop aluminium w ilości do 90% objętości kompozytowego materiału.
Sposób wytwarzania wyżej wymienionego kompozytowego materiału metalowo-ceramicznego według wynalazku polega na tym, że do porowatej kształtki ceramicznej wytworzonej metodą żelowania spienionej zawiesiny, o porowatości w zakresie 80 do 90% i rozmiarze sferycznych makroporów 200 do 500 μm oraz połączeń między porami o rozmiarze od 50 do 120 μm i wysokości do 50 mm wprowadza się, stosując infiltrację ciśnieniową, stop aluminium o czystości technicznej i temperaturze od 680°C do 740°C pod ciśnieniem nie przekraczającym 40 MPa w czasie od 1 do 3 minuty. Tak uzyskany kompozyt chłodzi się utrzymując go pod ciśnieniem 4 MPa, z szybkością do 10°C/min do temperatury 450°C, po czym prowadzi się dalsze chłodzenie bez obciążenia do temperatury otoczenia. Proces infiltracji prowadzi się umieszczając kształtkę ceramiczną w kokili grafitowej podgrzanej do temperatury co najmniej 580°C, która utrzymywana jest w procesie infiltracji.
Kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny otrzymany zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się równomierną strukturą w całej objętości, co jest bardzo trudne do uzyskania w dotychczas znanych kompozytach ziarnistych otrzymywanych przez wprowadzenie ziaren ceramicznych do roztopionego metalu. Jest to między innymi wynikiem tego, że w procesie wprowadzania ziaren ceramicznych do roztopionego metalu może wystąpić zjawisko sedymentacji prowadzące do niejednorodnego rozmieszczenia cząstek ceramicznych.
PL 216 505 B1
Przedmiot wynalazku przedstawiono w niżej opisanym przykładzie jego wykonania.
Pierwszy etap stanowi wytworzenie kształtek ceramicznych. 100,0 g tlenku glinu z dodatkiem 20,5 g wody i 0,4 g poliakrylanu amonowego miesza się w młynku kulowym przez 2 h, a następnie nie przerywając mieszania zawiesinę podgrzewa się do temperatury 60°C. Po osiągnięciu wymaganej temperatury do zawiesiny dodaje się 26,9 ml 2,8% wodnego roztworu agarozy i mieszanie kontynuuje się przez 30 min. Następnie do naczynia umieszczonego w łaźni wodnej o temperaturze 60°C przenosi się 70 ml zawiesiny, dodaje środek spieniający w ilości 0,3 ml i zawiesinę spienia się mikserem elektrycznym przy szybkości obrotowej 800 RPM. Objętość wytworzonej piany reguluje się czasem spieniania lub stężeniem środka powierzchniowo-czynnego. W zależności od objętości wytworzonej piany można otrzymywać kształtki o porowatości w zakresie 60-90%. Spienioną zawiesinę przelewa się do bezporowatych form wykonanych z tworzywa sztucznego i szybko umieszcza się je w łaźni wodnej z przepływającą zimną wodą wodociągową w celu szybkiego zżelowania piany. Surowe kształtki po wysuszeniu poddawane są procesowi spiekania w temperaturze 1550°C. Następnie wycina się kształtki o średnicy 20 mm i wysokości 50 mm.
W drugim etapie wykonania kompozytowego materiału ceramiczno-metalowego otrzymane w pierwszym etapie kształtki umieszcza się w kokili grafitowej, którą podgrzewa się do temperatury 580°C, a następnie wtłacza się stopiony w temperaturze 740°C stop AlMg5. Nasycenie metalem wykonuje się w prasie hydraulicznej Degusa. Maksymalne ciśnienie w procesie infiltracji nie przekraczało 40 MPa, a czas nasycania wynosił 3 minuty. Kompozyty chłodzono do temperatury otoczenia w dwóch etapach. Najpierw kompozyty pod naciskiem 4 MPa chłodzono z szybkością 10°C/min do temperatury 450°C przy użyciu chłodnicy wodnej. W drugim etapie zdjęto nacisk i próbki chłodzono swobodnie do temperatury otoczenia.
Obserwacje zgładów i przełomów kompozytu wykazały, że sferyczne makropory kształtki ceramicznej zostały całkowicie wypełnione metalem. Nie zaobserwowano spękań szkieletu ceramicznego. Porowatość kompozytu wynosiła 1%. Uzyskany kompozyt charakteryzował się większą twardością i większą odpornością na ścieranie w porównaniu z monolitycznym stopem AlMg5.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe
1. Kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny, którego faza ceramiczna jest fazą ciągłą w trzech kierunkach otrzymaną metodą żelowania spienionej zawiesiny, posiadający przestrzenną strukturę wzajemnie przenikających się szkieletów fazy ceramicznej i fazy metalowej, znamienny tym, że stanowi go faza ceramiczna piankowa o porowatości otwartej 80 do 90% i rozmiarze sferycznych makroporów 200 do 500 μm oraz połączeń między porami o rozmiarze od 50 do 120 μm i faza metalowa, którą jest stop aluminium w ilości do 90% objętości kompozytowego materiału.
2. Sposób otrzymywania kompozytowego materiału metalowo-ceramicznego, znamienny tym, że do porowatej kształtki ceramicznej wytworzonej metodą żelowania spienionej zawiesiny o porowatości w zakresie od 80 do 90% i rozmiarze sferycznych makroporów 200 do 500 μm oraz połączeń między porami o rozmiarze od 50 do 120 μm i wysokości do 50 mm umieszczonej w grafitowej kokili podgrzanej do temperatury 580°C wprowadza się, stosując infiltrację ciśnieniową, stop aluminium o czystości technicznej i temperaturze od 680°C do 740°C pod ciśnieniem nie przekraczającym 40 MPa w czasie od 1 do 3 minut, po czym uzyskany kompozyt chłodzi się utrzymując go pod ciśnieniem 4 MPa z szybkością do 10°C/min do temperatury 450°C, a dalsze chłodzenie prowadzi się bez obciążenia do temperatury otoczenia.
PL394548A 2011-04-14 2011-04-14 Kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny oraz sposób jego otrzymywania PL216505B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL394548A PL216505B1 (pl) 2011-04-14 2011-04-14 Kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny oraz sposób jego otrzymywania

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL394548A PL216505B1 (pl) 2011-04-14 2011-04-14 Kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny oraz sposób jego otrzymywania

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL394548A1 PL394548A1 (pl) 2012-10-22
PL216505B1 true PL216505B1 (pl) 2014-04-30

Family

ID=47076777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL394548A PL216505B1 (pl) 2011-04-14 2011-04-14 Kompozytowy materiał metalowo-ceramiczny oraz sposób jego otrzymywania

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL216505B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL394548A1 (pl) 2012-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102225461B (zh) 一种陶瓷颗粒选择性增强铝基复合材料的制备方法
CN104588617B (zh) 一步制备金属基轻质复合材料的方法
CN102626821B (zh) 一种半固态材料连接成形一体化方法
Ervina Efzan et al. Fabrication method of aluminum matrix composite (AMCs): a review
CN102676883B (zh) 一种碳化硅增强铝基复合材料及其制备方法
Kisasoz et al. Infiltration of A6063 aluminium alloy into SiC–B4C hybrid preforms using vacuum assisted block mould investment casting technique
CN114231779B (zh) 一种玻璃微珠增强多孔铝基复合材料的制备方法
WO2001002112A1 (en) Disintegrative core for high pressure casting, method for manufacturing the same, and method for extracting the same
CN101328553B (zh) 一种自润滑铝基复合材料及其制备方法
US8906292B2 (en) Crucible and facecoat compositions
Dolata et al. Aspects of fabrication aluminium matrix heterophase composites by suspension method
RU2009120387A (ru) Способ изготовления изделия из металлокерамических композиционных материалов
CN108715555A (zh) 一种永久层用轻质耐火砖及其制备方法
Liu et al. A novel approach for developing boron carbide (B4C)/cyanate ester (CE) co-continuous Functionally Graded Materials (FGMs) with eliminated abrupt interfaces
Amosov et al. TiC–Al interpenetrating composites by SHS pressing
Wang et al. Pulse electric current sintering of 3D interpenetrating SiC/Al composites
CN117867418A (zh) 一种层状多尺度TiB2和TiBw混杂铝基复合材料的制备方法
CN109735736A (zh) 一种低密度金属基复合材料的制备方法
Nor et al. The effect of dewaxing and burnout temperature in block mold process for copper alloy casting
CN101734913A (zh) 一种可加工陶瓷模具的制备方法及产品
Saidi et al. High-volume-fraction Cu/Al2O3–SiC hybrid interpenetrating phase composite
CN117444179B (zh) 一种适用于活塞的(Ti3SiC2+SiC)/Al-Si复合材料及其制备方法
CN200954538Y (zh) 中空陶瓷球闭孔泡沫金属件
PL236021B1 (pl) Sposób wytwarzania kompozytowych odlewów ceramiczno- -metalicznych
PL247626B1 (pl) Sposób wytwarzania kompozytów z ceramicznym szkieletem, zwłaszcza hybrydowym