Az összetétel és az előállítási technológia hatása az Al- SiCp kompozitok szövetszerkezetére, valamint mechanikai tulajdonságaira

Szerző: 
Simon Andrea
Év: 
2010
Típus: 
PhD értekezés

Az Al számos kedvező tulajdonsággal rendelkezik (viszonylag nagy hőtágulási együttható, jó korrózióállóság, kiváló elektromos vezetőképesség, jó alakíthatóság, kis sűrűség), viszont rugalmassági modulusa, folyáshatára, keménysége meglehetősen alacsony. A különböző ötvöző elemeket széles körben használják az Al egyes tulajdonságainak javítására, fokozására, a szerint csoportosítva őket, hogy mely tulajdonságot befolyásolják. A SiC-ot az alumínium folyáshatárának, rugalmassági modulusának, keménységének megnövelése érdekében alkalmazzák [1]. A kompozit tulajdonságait számos tényező befolyásolja, többek között a kerámia szemcsék mennyisége, mérete, eloszlása, ezekre vonatkozóan számos publikáció született már [2, 3, 4, 5]. A SiC szemcsék csoportosulása esetén a termék porozitása megnő, illetve mechanikai tulajdonságai romlanak, mivel az ilyen csoportosulás növeli a repedési hajlamot. Ezért fontos, hogy megbízható, esetleg számszerűsíthető paraméterekkel tudjuk leírni a kompozit második fázisának eloszlását. A SiC eloszlás egyenletességének jellemzésére a szakirodalomban számos elterjedt módszer létezik, azonban a kutatók folyamatosan törekednek ezek fejlesztésére, újabbak megalkotására, nincs egységes álláspont arra vonatkozóan, hogy mely módszereket érdemes alkalmazni.

A kompozitok esetében számos publikációban vizsgálják a fémötvözetek kompozitok gyártására való alkalmasságát [6, 7, 8, 9, 10], továbbá az 8-3. Táblázatban bemutatott gyártók többsége is Al-ötvözetet használ mátrixanyagként. Ugyanakkor a szakirodalomban azonos körülmények között előállított, de eltérő mátrixszal rendelkező kompozitok vizsgálatáról, összehasonlításáról jelenleg nincs információ. Az ipari méretekben gyártott kompozit termékek jelentős része készül porkohászati módszerrel. A kompozitok végső tulajdonságait a mátrix és a kerámia között kialakuló határfelületi kötés, az esetlegesen
végbemenő határfelületi reakciók és a keletkező reakciótermékek, illetve a mátrix szövetében létrejövő fázisok együttesen határozzák meg. Azonban az előállítás során lejátszódó folyamatok, az eltérő módszerekkel készített termékek mechanikai tulajdonságai, szövetszerkezete közti különbségeket még nem ismerjük teljes mértékben. Szintén minimális az azonos alapanyagokból, de különböző porkohászati módszerrel előállított kompozitok összehasonlító vizsgálata [11, 12]. Ezek alapján annak eldöntése sem egyszerű, hogy adott alapanyag esetén milyen technológiát válasszunk a kívánt tulajdonságú termék gyártásához, egyáltalán melyik alkalmas az elvárt feladatra.

A kompozitok szövetszerkezeti jellemzői közül az egyik legfontosabb a porozitás. Ennek mennyisége befolyásolja a termék mechanikai tulajdonságait [4-8]. A pórusok nem vesznek részt a terhelés átadásában, annak elviselésében, így ilyen szempontból jelenlétük nem kívánatos a kompozitban. Ezzel ellentétes esetet jelent, mikor a pórusok egyenletes eloszlásával fémhab létrehozására törekszünk, ekkor alapvető kritérium a pórusok jelenléte. A technológiai fejlesztés része, hogy az előállított termék tulajdonságait szabályozni, befolyásolni tudjuk. A porkohászati kompozitok esetében a porozitás a technológia velejárója, ezért fontos, hogy a pórusok mennyiségét, típusait meghatározzuk, ezeket számszerű paraméterekkel jellemezni tudjuk, az egyes típusokat befolyásoló technológiai lépéseket ismerjük. A fenti hiányosságok pótlása érdekében a porkohászatban gyakran alkalmazott Al-Cu, Al-Si és Al-Zn ötvözeteket használtam a fémmátrixú, SiC szemcseerősítésű kompozitok készítéséhez.

Az előállításhoz kétféle, meglehetősen elterjedt porkohászati módszert választottam 1) hidegsajtolás, majd azt követően szinterelés 2) melegsajtolás. A sajtolási-szinterelési paraméterek meghatározásánál fontos szempont volt, hogy az lehetőleg kis mennyiségű olvadék fázis jelenlétében menjen végbe, ugyanakkor a kompozitot rideggé tevő Al4C3 képződésére ne kerüljön sor.
A kutatás céljai a következők voltak:
- különböző, a porkohászati gyakorlatban alkalmazott Al-Cu, Al-Si, Al-Zn ötvözetek összehasonlítása Al mátrixú, SiC szemcseerősítésű kompozit alapanyagaként,
- Al-SiC kompozit előállítására alkalmazott hidegsajtolás-szinterelés, illetve melegsajtolás összehasonlító elemzése,
- a második fázis eloszlásának jellemzésére kifejlesztett módszerek elemzése, számszerűsíthető paraméterek létrehozása,
- a pórusok mennyiségének és típusainak meghatározása, az elhelyezkedésüket befolyásoló technológiai lépések azonosítása,
- az Al és kompozit termékek szövetszerkezetének, mechanikai tulajdonságainak jellemzése révén összefüggések keresése az alkalmazott alapanyag, az előállítás módja, illetve a termékek vizsgált tulajdonságai között.

CsatolmányMéret
SimonAndrea_PhDértekezés.pdf4.86 MB