Karbon fázissal erősített alumínium mátrixú kompozitok létrehozása sóolvadék segédfázis alkalmazásával

Szerző: 
Baumli Péter
Év: 
2009
Típus: 
PhD értekezés

A kompozitok két vagy több hagyományos fázis (fém, kerámia, polimer) egyesítésével állíthatók elő. Kompozit anyagokban az alapanyagok tulajdonságainak egy előnyösebb kombinációja valósítható meg.
Fémmátrixú kompozitok (MMC) készítésénél a mátrix anyagául bármely fém szóba jöhet, elsősorban viszont a könnyűfémek, mint például az alumínium, magnézium, titán, stb. használatosak. Erősítő fázisként különböző kerámiákat, oxidokat, nitrideket, karbidokat, illetve a karbont alkalmazzák, amelyeket a mátrixot adó fémbe szálak, csövek (pl. karbon nanocsövek), tűk (whiskers), illetve szemcsék formájában lehet beépíteni. A kompozitok egyik fontos jellemzője, hogy tulajdonságaik adott tartományon belül folyamatosan változtathatóak, valamint tervezhetőek.

A kompozitok tervezésénél nagy jelentősséggel bír a mátrix és az erősítő fázis anyagának határfelületi tulajdonsága. A határfelületnek ugyanis fontos szerepe van a kompozitot érő igénybevétel, terhelés közvetítésében. Ha nem megfelelő a határfelület, azaz nincs jó adhézió a mátrix anyaga és az erősítő fázis között, akkor a kompozit a várt tulajdonságokkal nem fog rendelkezni. A kompozitot alkotó anyagok között a megfelelő kapcsolat akkor jön létre, ha az olvadék állapotú mátrix-anyag tökéletesen nedvesíti az erősítő fázis anyagát, ezért a megszilárdult mátrix és az erősítő fázis közötti adhézós energia
maximális.
A nedvesítés mértékét a peremszöggel jellemezzük. Ha a peremszög 90° vagy a felett van, az olvadék a szubsztrátot nem nedvesíti. Ilyen nem nedvesítő rendszert alkot az alumínium olvadék az erősítő anyagok többségével. Grafiton az alumínium peremszöge például jellemzően 120°-130°. Ebből következnek a gyártástechnológia problémái és a kompozitanyagok elvárhatónál rosszabb mechanikai tulajdonságai. Ezen problémák kiküszöbölhetőek, ha a fémolvadék és az erősítő fázis között tökéletes nedvesítést érünk el. Sóolvadék segédfázist alkalmazva az alumínium és a grafit között a tökéletes
nedvesítés elérésének lehetőségével foglalkoztam munkám során, keresve a választ a következő kérdésekre:
- Milyen kémiai reakciók játszódnak le sóolvadék és az erősítő fázisnak szánt anyag
között?
- Javítható-e az alumínium nedvesítése grafiton sóolvadékok segítségével?
- Melyek azok a sóolvadék összetételek, amelyek segítik a peremszög csökkenését?
- Elérhető-e tökéletes nedvesítés alumínium és grafit között?
- Lejátszódik-e kémiai reakció a sóolvadék és az erősítő fázisnak szánt alapanyagok
között?
- Az erősítő anyagokat milyen mértékben nedvesítik a sóolvadékok?

Ezeket a kérdéseket szem előtt tartva, értekezésem fő célkitűzései a következők:
1. Meghatározni, milyen kémiai reakciók mennek végbe a sóolvadék és grafit határfelületen.
2. Megvizsgálni, hogyan nedvesítik a sóolvadékok a grafit felületét.
3. Sóolvadék/alumínium olvadék/grafit rendszerben meghatározni az alumínium grafiton mért peremszögének változását a sóolvadék összetételének, valamint a kísérleti hőmérséklet illetve a minta tömegének változtatása függvényében. A kísérleti eredmények alapján meghatározni egy optimális technológiai ablakot a tökéletes nedvesítés biztosítására.
4. Karbon szállal erősített alumíniummátrixú kompozit anyagok laboratóriumi előállítása keverés nélkül, sóolvadék segédfázis segítségével a fent meghatározott optimális technológiai ablakon belül.

CsatolmányMéret
Baumli Péter PhD értekezés4.41 MB