3

PRACA DYPLOMOWA

Magisterska

Jakub Jurkowski

MODUŁ YOUNGA

I TWARDOŚĆ KOMPOZYTÓW Al203-Ni

Nr. Albumu 195446

Promotor: prof. nzw. Katarzyna Konopka

Warszawa 2011

Podziękowanie: Wyniki przedstawione w niniejszej pracy zostały uzyskane w ramach projektu KomCerMet (nr umowy, POIG.01.03.01-14-013/08-00) finansowanego przez Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka 2007

1.      Cel i zakres pracy…………………………………………………………………………..4

2.      Przegląd literaturowy………………………………………………………………………5

2.1.  Definicja materiału kompozytowego…………………………………….……………5

2.2.  Materiał kompozytowy Al203- Ni……………………………………………………..7

2.2.1.     Ceramiczne kompozyty ziarniste………………………………………………7

2.2.2.     Metoda wytwarzania: Odlewanie mas lejnych…………………………………8

2.2.3.     Charakterystyka substratów wykorzystanych do wytworzenia kompozytu Al203- Ni………………………………………………………………………...10

2.2.4.     Zastosowanie kompozytu Al203- Ni…………………………………………..10

2.3.  Metody pomiaru modułu Younga kompozytów……………………………………..11

2.3.1.     Ultradźwiękowa metoda pomiaru modułu Younga…………………………...11

2.3.2.     Wyznaczanie modułu Younga z pomiaru twardości………………………….14

3.      Metodyka badawcza………………………………………………………………………17

3.1.  Charakterystyka próbek……………………………………………………………...17

3.2.  Sposób wykonania próbek…………………………………………………………...17

3.3.  Preparatyka próbek…………………………………………………………………..21

3.4.  Badania twardości……………………………………………………………………23

3.5.  Wyznaczanie modułu Younga……………………………………………………….24

3.5.1.     Metoda ultradźwiękowa………………………………………………………24

3.5.2.     Wyznaczanie modułu Younga z pomiaru twardości………………………….25

3.6.  Obserwacje mikroskopowe oraz analiza fazowa…………………………………….25

3.7.  Badanie ścieralności………………………………………………………………….25

4.      Wyniki badań……………………………………………………………………………..27

4.1.  Obserwacje makroskopowe próbek………………………………………………….27

4.2.  Analiza składu fazowego kompozytu………………………………………………..30

4.3.  Obserwacje mikroskopowe …………………………………………………………34

4.3.1.     Analiza udziału objętościowego fazy zbrojącej………………………………44

4.3.2.     Analiza jakościowa próbek……………………………………………………45

4.4.  Wyniki pomiaru modułu Younga……………………………………………………58

4.5.  Badania ścieralności………………………………………………………………….66

5.      Dyskusja wyników………………………………………………………………………..74

6.      Bibliografia……………………………………………………………………………….77

CEL I ZAKRES PRACY

1.    CEL I ZAKRES PRACY

              Praca miała na celu zbadanie wybranych właściwości materiału kompozytowego Al2O3-Ni otrzymanego metodą odlewania z mas lejnych z zastosowaniem różnych parametrów procesu wytwarzania. Wyznaczono moduł Younga i twardość kompozytu. Przeprowadzono również obserwacje mikrostruktury.

              Do zakresu pracy należały pomiary modułu Younga dwoma metodami: metodą ultradźwiękową oraz z pomiaru twardości. Wykonano również badania ścieralności oraz badania mikrostruktury kompozytów. W celu identyfikacji występujących faz przeprowadzono rentgenowską analizę fazową. Analizowano wpływ parametrów procesu wytwarzania próbek na właściwości materiału kompozytowego.

PRZEGLĄD LITERATUROWY

2.PRZEGLĄD LITERATUROWY

2.1. Definicja materiału kompozytowego

Materiały kompozytowe od dawna towarzyszyły człowiekowi. Już starożytni chińczycy wiedzieli jakie korzyści wynikają z zastosowania materiałów kompozytowych. Z Chin pochodzi jeden z pierwszych udokumentowanych przypadków zastosowania tego rodzaju materiałów. Chińczycy odkryli, że z gliny z dodatkiem wysuszonych ździebeł trawy powstają cegły o wiele bardziej wytrzymałe od tradycyjnych. Z takich „kompozytowych” cegieł powstały m.in. fragmenty Wielkiego Muru Chińskiego [1].

              Jednak przez wiele stuleci kompozyty były materiałami o marginalnym zastosowaniu. Dopiero rewolucja przemysłowa z XIX spowodowała szersze zainteresowanie kompozytami. Wraz z popularyzacją tych materiałów pojawił się jednak problem wspólnej akceptowalnej definicji kompozytów.

              Według jednej z definicji przyjmuje się, że kompozytem nazywamy tworzywo złożone z co najmniej 2 składników (osnowy i wzmocnienia) tak dobranych, by każdy, zachowując swoje właściwości, nadawał kompozytowi jako całości właściwości lepsze i/lub nowe (dodatkowe) [2]. Kompozyty są stosowane jako materiały konstrukcyjne (budownictwo, technika lotnicza i astronautyka), do produkcji części maszyn, sprzętu sportowego a także jako implanty [2].

              Istnieje wiele sposobów podziałów kompozytów. Dzieli się je następująco [3]:

Według rodzaju osnowy:

-osnowa polimerowa,

-osnowa ceramiczna,

-osnowa półprzewodnikowa,

-osnowa metaliczna,

Według komponentu zbrojącego:

-zbrojenie włóknem ciągłym,

-zbrojenie włóknem ciętym,

-zbrojenie tkaninami, matami itp.,

-umocnienie cząstkami,

-umocnienie dyspersyjne,

Według przeznaczenia:

-kompozyty konstrukcyjne,

-kompozyty o szczególnych właściwościach fizycznych,

              Dla kompozytów konstrukcyjnych wymagana jest zwiększona: wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość na zginanie, Moduł Younga oraz odporność na kruche pękanie [3]. Poza kompozytami konstrukcyjnymi stosowane są kompozyty o szczególnych właściwościach fizycznych. Wykorzystywane są one np. w detektorach promieniowania [3], czy też w miernikach przepływu gazów [13].

...