• Strona główna AGH
  • AGH Main Page
 
Szukaj w systemie LAB
grupa / kierunek:
Nowe materiały i technologie / Inżynieria materiałowa i technologie materiałowe

Pomiary kinetyki spiekania

Kierownik: dr inż. Agnieszka Gubernat
Jednostka wiodąca: Katedra Ceramiki Specjalnej
Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Główni wykonawcy:
prof. dr hab. inż. Ludosław Stobierski
dr Grzegorz Grabowski
dr inż. Beata Macherzyńska
Cele ogólne badań:
1. Uzyskanie gęstych tworzyw z węglików diamentopodobnych i metalopodobnych
2. Opracowanie technologii wytwarzania gęstych spieków z w/w węglików
3. Badania kinetyczne służące wyznaczeniu mechanizmów transportu masy odpowiedzialnych za uzyskanie gęstych tworzyw węglikowych
4. Rola dodatków aktywujących proces spiekania w przypadku węglików diamentopodobnych (SiC, B4C)
5. Badania nad właściwościami mechanicznymi, sprężystymi, elektrycznymi i cieplnymi wytworzonych spieków węglikowych
Projekty w ramach których realizowany jest temat:
1. Kinetyka spiekania węglików, projekt badawczy własny nr 3 T08A 052 27, 2004-2007
Najważniejsze uzyskane wyniki:
1. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że istnieje możliwość uzyskania gęstych tworzyw, na drodze spiekania bezciśnieniowego, zarówno z węglików diamentopodobnych jak i metalopodobnych.
2. W przypadku węglików diamentopodobnych warunkiem koniecznym uzyskania gęstych tworzyw jest wprowadzenie aktywatorów spiekania. W przypadku węglika krzemu są to bor (0,2-0,5%wag.) i węgiel (2-4%wag.), natomiast w przypadku węglika boru jest to węgiel (ilość dodatku jest zależna od ilości zanieczyszczeń tlenkowych zawartych na ziarnach węglika).
3. Dowiedziono, że wszystkie syntezowane proszki węglików metalopodobnych są podatne na spiekanie. Różnice w przebiegu spiekania, są najprawdopodobniej związane z wyjściowym składem fazowym uzyskanych proszków oraz ich odstępstwem od stechiometrii. Stwierdzono, że korzystny wpływ na proces zagęszczania badanych węglików metalopodobnych ma wpływ odstępstwo od stechiometrii (TiC, NbC, TaC). Konieczne jest również w przypadku węglików metalopodobnych usunięcie pasywacyjnych warstw tlenkowych obecnych na ziarnach, za pomocą odpowiednio dobranego dodatku węgla, zwykle zbliżonego do ilości niezbędnej do zredukowania warstw pasywacyjnych.
4. Wyznaczone temperatury spiekania węglików diamentopodobnych wynoszą odpowiednio, dla węglika krzemu niezależnie od użytego proszku – 2150oC, a dla węglika boru w większości analizowanych proszków – 2200oC.
5. Temperatury spiekania węglików metalopodobnych związane są z odstępstwem od stechiometrii proszku, z którego wykonano spiek oraz z położeniem metalu tworzącego węglik w układzie okresowym pierwiastków. Najniższe temperatury spiekania wykazują węgliki chromu (1500-1650oC) oraz węgliki niobu i tantalu (1750-2000oC), a zatem węgliki utworzone przez metale należące do grup 5 i 6 układu okresowego pierwiastków. W najwyższych temperaturach (2150-2250oC) należy prowadzić proces spiekania węglików wolframu WC1,25, WC0,8 i węglika tytanu TiC1,0.
6. Pomiary zmian względnego skurczu liniowego w funkcji czasu, mierzone w warunkach izotermicznych (w wyznaczonych temperaturach spiekania) uwidaczniają różnice w przebiegu i intensywności zagęszczania próbek węglikowych. W grupie węglików diamentopodobnych na przykładzie węglika boru zaobserwowano wpływ uziarnienia proszku na intensywność zagęszczania. W grupie węglików metalopodobnych stwierdzono, że wpływ na intensywność przebiegu zagęszczania ma odstępstwo od stechiometrii proszku wyjściowego oraz jego wyjściowy skład fazowy.
7. Na podstawie badań nad kinetyką spiekania węglików diamentopodobnych i metalopodobnych można stwierdzić, że dla obu badanych grup materiałów spiekanie zachodzi w dwóch etapach. W etapie pierwszym proces zagęszczania można opisać za pomocą mechanizmu płynięcia lepkościowego. Dla nielicznej grupy węglików (WC, NbC) Wyznaczona na podstawie równania kinetycznego wartość wykładnika potęgowego m bliska jedności sugeruje, że jest to przegrupowanie ziaren. Natomiast dla większości badanych węglików (SiC, B4C, TaC, TiC, CryCz) wartość wykładnika potęgowego m jest większa od jedności, co wskazuje, że w spiekanym układzie pojawia się faza ciekła. W etapie drugim eliminacji ulega resztkowa porowatość na skutek dyfuzyjnych mechanizmów transportu masy (dyfuzja po granicach ziaren, dyfuzja objętościowa), na które nakłada się rozrost ziaren. Dlatego wartość wykładnika potęgowego m, nie przystaje do żadnej teoretycznej wartości. Na szczególną uwagę zasługuje fakt, że w trakcie spiekania izotermicznego tworzywa wykonane zarówno z węglików diamentopodobnych jak i metalopodobnych osiągają wysoki stopień spieczenia (>90%) w czasie około jednej minuty
Najważniejsze publikacje:
1. A. Gubernat, L. Stobierski, P. Rutkowski, Kinetyka spiekania węglików diamentopodobnych, Ceramika 96, Wyd. PTCer., Kraków, s. 217-226, 2006r.
2. A. Gubernat, Spiekanie węglików metalopodobnych, Materiały Ceramiczne 3 (2007) s. 111-117
3. A. Gubernat, Spiekanie izotermiczne czystych węglików metalopodobnych, Ceramika 103/1, Wyd. PTCer, Kraków, s. 365-372, 2008r.
4. A. Gubernat, Kinetyka spiekania węglików diamentopodobnych na przykładzie węglika boru i węglika krzemu, Ceramika 103/1, Wyd. PTCer, Kraków, s. 373-382, 2008r.
5. A. Gubernat, Sintering Kinetics of Various Carbides, Proceedings of the 10th International Conference of the European Ceramic Society, June 17-21, 2007, Berlin, Eds. by J.G. Heinrich and C. Aneziris, pp.148-153 (ISBN: 3-87264-022-4)
Adres strony internetowej:
Laboratoria w których realizowany jest temat:
Dane osoby kontaktowej:
dr inż. Agnieszka Gubernat
gubernat@agh.edu.pl
tel. +48 12 617 36 96

data aktualizacji: 2009-02-23

All rights reserved (c) 2013 Akademia Górniczo-Hutnicza