KomCerMet: Opis Pakietu KCM2
Login:

Hasło:


Zapamiętaj mnie

[ ]
Opis Pakietu KCM2


KCM2: KOMPOZYTY CERAMICZNO-METALOWE NA OSNOWIE CERAMICZNEJ (CMC) I METALOWEJ (MMC). Koordynator Pakietu: Dr hab. Katarzyna Konopka (PW)

Wykonawcy:
AGH, IMIM, IPPT, ITME, ITS, PW  
Partnerzy przemysłowi
WSK, GMMP, PIM, ECOREN
Współpraca z partnerami zagranicznymi
: KMM-VIN (Belgia), TUD (Niemcy), FHG-IWM (Niemcy), IMPER (UK), UT (Francja), NTUA (Grecja), INASMET (Hiszpania), ITC (Hiszpania)  

Opis Pakietu. Przewiduje się opracowanie ekonomicznych technologii otrzymywania kompozytów/nanokompozytów o osnowie ceramicznej (CMC) i metalowej (MMC) i zadanych właściwościach fizyko-mechanicznych i funkcjonalności. Badania KCM2 będą dotyczyć wytwarzania KCM2, charakteryzacji, wieloskalowego modelowania procesów deformacji, rozwoju uszkodzeń i zmęczenia w warunkach eksploatacyjnych (cykliczne obciążenia termo-mechaniczne, chemicznie agresywne środowisko – korozja).

Charakterystyka systemów materiałowych przyjętych wstępnie do realizacji w ramach KCM2: Kompozyty na osnowie stopów Al 6XXX i 7XXX z dodatkiem (i) nanoproszków ceramicznych typu ZrO2 i AL2O3. Planowane jest uzyskanie kompozytów z dodatkami nanocząstek ceramicznych o wytrzymałości powyżej 700 MPa i podwyższonej wytrzymałości na ścieranie do zastosowań w motoryzacji i przemyśle lotniczym. Planowane jest uzyskanie kompozytów z dodatkami nanocząstek ceramicznych o wytrzymałości powyżej 700 MPa i podwyższonej wytrzymałości na ścieranie do zastosowań w motoryzacji i przemyśle lotniczym (IMIM).

Kompozyty Al2O3-Ni będą wytworzone metodami metalurgii proszków, w tym metodą prasowania i spiekania oraz metodą odlewania mas lejnych. Procesy technologiczne wytwarzania kompozytów Al2O3-Ni są złożone i wymagają m.in. charakteryzacji materiałów wyjściowych, opracowania technologii deaglomeryzacji i mieszania proszków, dobrania warunków procesu konsolidacji. W przypadku metody mas lejnych należy dobrać masę lejną i jej pH, stężenie fazy stałej, upłynniacze i uplastyczniacze. Ponadto należy zaprojektować i wykonać odpowiednie formy gipsowe oraz opracować wariant odlewania z udziałem pola magnetycznego. W metodzie prasowania i spiekania proszków będą dobrane parametry procesu. Istotnym fragmentem technologii wytwarzania będzie dobór warunków spiekania z uwzględnieniem powstawania fazy spinelowej, która istotnie wpływa na właściwości kompozytów.

Planowane jest uzyskanie materiałów kompozytowych Al2O3-Ni z różnym wariantem rozmieszczenia cząstek Ni w osnowie ceramicznej. Zastosowane będą proszki ceramiki i metalu o różnych rozmiarach, w tym sub i nanometrycznych. Wynika to z aplikacji, które narzucają konieczność projektowania i wytwarzania kompozytów przeznaczonych do pracy w zmiennych obciążeniach mechanicznych i cieplnych. Takie materiały są potrzebne w przemyśle samochodowym i lotniczym, mogą być również wykorzystywanie na elementy przeciw zużyciowe oraz odporne na erozję i korozję (PW).

Kompozyty Al-SiC. W przypadku aluminium stosuje się kilka technik wytwarzania kompozytów. Do najbardziej rozpowszechnionych należą metody metalurgii proszków, polegające na mechanicznym wymieszaniu komponentów lub półproduktów, zagęszczeniu na zimno a następnie konsolidacji na gorąco. Podstawowym problemem prawie wszystkich metod jest niehomogeniczny rozkład cząstek w osnowie. Konsolidacja proszków metali w procesie wyciskania w temperaturze pokojowej lub podwyższonej, bez konieczności późniejszego spiekania pozwala na otrzymanie produktu o wysokiej gęstości i dobrych właściwościach mechanicznych. Proponowane badania obejmą także efekt rozdrobnienia cząstek. Stosując bardzo drobne cząstki wzmocnienia oraz specyficzną obróbkę plastyczną (ze zmiana drogi odkształcenia), spodziewamy się doprowadzić do rozdrobnienia osnowy i homogenicznego rozkładu cząstek wzmocnienia, przez co podnieść znacząco wartości parametrów wytrzymałościowych (sztywność, twardość, granice plastyczności) materiału poprzez uzyskanie ultradrobnoziarnistej struktury (PW).

Kompozyty TiAl-TiB2. Materiały na osnowie uporządkowanych faz międzymetalicznych z układu Ti-Al należą do tworzyw funkcjonalnych i konstrukcyjnych, które charakteryzują się unikatowymi właściwościami fizyko-chemicznymi i mechanicznymi. Właściwości te predysponują je do zastosowania w przemyśle energetycznym i lotniczym. Jak do tej pory, stanowią jedną z najlepiej rozwijających się grup wysokotemperaturowych materiałów konstrukcyjnych i w porównaniu do stopów tytanu odznaczają się wyższym modułem sprężystości, mniejszą gęstością, wyższą wytrzymałością a także odpornością korozyjną w wysokich temperaturach. Aby jednak w pełni wykorzystać ich potencjał należy między innymi poprawić ich odporność na pełzanie, obciążenia dynamiczne a także odporności na kruche pękanie w niskich temperaturach. Większość kroków podjętych w celu poprawy tych właściwości skupia się na domieszkowaniu faz międzymetalicznych odpowiednimi pierwiastkami i obróbce cieplnej mającej na celu otrzymanie odpowiedniej mikrostruktury. Alternatywnym sposobem poprawy właściwości faz międzymetalicznych może być wytworzenie kompozytów na ich osnowie. Materiałem doskonale nadającym się do wykorzystania w postaci zbrojenia ze względu na właściwości takie jak: wysoka temperatura topnienia, mała gęstość, wysoka twardość oraz dobra przewodność cieplna jest dwuborek tytanu. W efekcie spodziewany jest wzrost odporności na kruche pękanie a także poprawa żaroodporności (PW).

Kompozyty Al2O3-Cr charakteryzują się dużą odpornością na nagłe zmiany temperatury (tzw. szoki cieplne) w zakresie od 25°C do 1300°C, wysoką odpornością na utlenianie w wysokich temperaturach - nawet do 1300°C, podwyższoną wytrzymałością mechaniczną w wysokich temperaturach, wysoką twardością oraz odpornością na zużycie cierne. Ze względu na te właściwości mogą być stosowane m.in. na pokrycia dysz silników odrzutowych, pokrycia dysz palnikowych, wykładziny komór spalania, elementy zaworów i turbin, elementy sprzęgieł kół jezdnych w nowoczesnych pojazdach szynowych. Procesy technologiczne otrzymywania kompozytów Al2O3-Cr są bardzo złożone i wymagają m.in.: badań otrzymywania i charakteryzacji materiałów wyjściowych, opracowania technologii mieszania proszków, celem uzyskania jednorodnego rozkładu wzmocnienia w osnowie, analizy termodynamicznej zjawisk występujących w procesie spiekania oraz mechanizmów towarzyszących spiekaniu. Przeprowadzenie tych prac umożliwi opracowanie technologii otrzymywania kompozytów objętościowych i materiałów gradientowych do spajania kompozytów Al2O3-Cr z ceramiką lub metalami (ITME).

Kompozyty Al2O3-NiAl i Al2O3-FeAl łączą w sobie korzystne właściwości faz międzymetalicznych (duża wytrzymałość właściwa, niska gęstość, żaroodporność, wysoka temperatura topnienia) z zaletami ceramiki (m.in. odporność na zużycie cierne). Obecność tlenku glinu wpływa również korzystanie na podniesienie odporności na kruche pękanie związków międzymetalicznych. Kompozyty o osnowie Ni-Al lub Fe-Al wzmacniane fazą ceramiczną mogą być stosowane na gniada zaworów, pierścienie tłokowe, denka tłoków, iglice wtryskiwaczy, elementy układu wydechowego i katalizatora w pojazdach samochodowych. Mogą również stanowić ważne elementy silników lotniczych (łopatki sprężarek i turbin). Kompozyty otrzymywane będą: techniką metalurgii proszków (ITME).
Wyślij emaila do znajomego
Serwis KCM jest oparty na systemie rozpowszechnianym zgodnie z warunkami licencji GNU GPL. Przygotowanie serwisu: IPPT PAN, 2009-2013.