The present study concentrate on sintering and description of a new Ti3SiC2 matrix composites reinforced with TiB2 possesses good comprehensive mechanical properties. On the base of XRD phase analysis, computer-aided analysis of microstructure and stepwise regression analysis relationships between the fracture toughness and material composition allow to predict the optimum range of volume rat[...]

  Węglik krzemu charakteryzuje się specyficzną kombinacją właściwości chemicznych, mechanicznych i termicznych, które powodują, że materiały spiekane z SiC są jedną z najbardziej interesujących grup tworzyw ceramicznych, które są wykorzystywane do zastosowań konstrukcyjnych [1]. Ograniczeniem dla takich zastosowań ceramiki z węglika krzemu jest jej względnie mała odporność na kruche pękanie. Jedną z metod powiększania odporności materiałów ceramicznych na kruche pękanie jest tworzenie ceramicznych kompozytów ziarnistych, w których do ceramicznej osnowy wprowadza się cząstki innej fazy o odmiennym module Younga i współczynniku rozszerzalności cieplnej. Wzrost odporności na kruche pękanie obserwowany w przypadku takich kompozytów jest wynikiem m.in. działania mechanizmu związanego z powstawaniem naprężeń wewnętrznych wokół cząstek fazy dyspersyjnej, które wpływają na sposób rozprzestrzeniania się spękań w materiale pod wpływem naprężeń zewnętrznych [2, 3]. Przykładem takiego sposobu działania jest tworzenie kompozytów ziarnistych o osnowie z SiC zawierających cząstki TiB2 [4, 5]. Borek tytanu TiB2 ma współczynnik rozszerzalności cieplnej (α = 8,65∙10-6 K-1) [6] większy od współczynnika rozszerzalności cieplnej węglika krzemu (α = 4,75∙10-6 K-1) [7], co powoduje powstanie naprężeń wewnętrznych w kompozycie SiC-TiB2 schładzanym po spiekaniu. W kompozytach SiC-TiB2 zaobserwowano zjawisko odchylania spękań przez cząstki TiB2 [8, 9], co świadczy o działaniu mechanizmów związanych z oddziaływaniem pól naprężeń wewnętrznych na stan naprężeń wokół wierzchołka spękania rozprzestrzeniającego się w materiale. Badania nad kompozytami SiC-TiB2 doprowadziły do uzyskania materiałów, których wytrzymałość na zginanie dochodzi do 485 MPa (dla 12% obj. TiB2) [10], a odporność na kruche pękanie KIc osiąga wartość 6,3 MPa∙m0,5 (dla 15% obj. TiB2) [11]. W przypadku kompozytów ziarnistych takich jak kompozyt SiC-TiB2, podobn[...]

  Właściwości zaawansowanych materiałów ceramicznych umożliwiają ich użycie jako materiałów konstrukcyjnych w warunkach obciążeń mechanicznych, tarcia i wysokiej temperatury. Jednym z możliwych zastosowań są ostrza do obróbki skrawaniem [1]. Wymagania stawiane takim materiałom obejmują mały współczynnik tarcia, duże wartości przewodnictwa cieplnego, modułu sprężystości, twardości i wytrzymałości mechanicznej oraz jak najlepszą odporność na kruche pękanie. Jednym z kierunków rozwoju materiałów ceramicznych jest tworzenie tzw. kompozytów ziarnistych, czyli materiałów polikrystalicznych, w których w osnowie ziaren jednej fazy ceramicznej występują dyspersyjnie rozmieszczone cząstki innej fazy. Celem takiego postępowania jest uzyskanie większej wytrzymałości i odporności na kruche pękanie. Istotną zaletą tych materiałów jest możliwość ich otrzymywania konwencjonalnymi ceramicznymi metodami wytwarzania. Mechanizm powiększania odporności na kruche pękanie w kompozytach ziarnistych jest związany m.in. z powstawaniem naprężeń wewnętrznych wokół cząstek fazy rozproszonej, co wpływa na sposób rozprzestrzeniania się spękań pod wpływem naprężeń zewnętrznych. Kontrolowane generowanie naprężeń wewnętrznych w kompozytach ziarnistych wynika z odpowiedniego doboru faz, tak aby miały one różne wartości współczynników rozszerzalności cieplnej [2, 3]. Przykładem takiego sposobu działania jest tworzenie kompozytów ziarnistych o osnowie z SiC zawierających cząstki np. borku tytanu TiB2 [4÷6]. Węglik krzemu ma specyficzną kombinację właściwości chemicznych, mechanicznych i termicznych i dlatego ceramika z SiC jest jedną z najbardziej interesujących grup konstrukcyjnych tworzyw ceramicznych. W tabeli 1 przedstawiono podawane w literaturze właściwości faz składowych kompozytu SiC-TiB2 [7÷13]. Borek tytanu TiB2 ma współczynnik rozszerzalności cieplnej większy od współczynnika rozszerzalności cieplnej węglika krzemu (tab. 1), co powoduje powstanie naprę[...]

  1. INTRODUCTION Particulate ceramic composites are multiphase materials wherein particles of one phase are dispersed in a second phase of the polycrystalline matrix. The creation of such family of materials is based on the concept of connection of two different phases with suitable values of the coefficients of thermal expansion to induce internal stresses which influence the propagation of cracks in the material (for example by a crack deflection mechanism) and thus its mechanical properties [1, 2]. Appropriate selection of the composite phases and composite microstructure are factors which influence the strength and fracture toughness of ceramic composite [3, 4]. Volume fraction of the dispersed phase, size and shape of dispersed particles and the way of their distribution in the matrix are important variables of particulate composites microstructure [5]. Quantitative description of the microstructure of the material is based on the characterization of the material with the stereological parameters [6]. Determination of the stereological parameters require processing of the material microstructure images and performing measurements on them [7, 8]. This is done with the help of a computer program for image analysis. The silicon nitride Si3N4 is one of the basic structural ceramic materials because its high flexural strength, high fracture toughness, high hardness and excellent wear resistance. Various types of composites with a matrix of Si3N4 have been developed in order to improve the mechanical properties of silicon nitride ceramics: laminates and composites with oriented reinforcement phase [9÷12] or particulate composites [13, 14]. One material of latter group is the Si3N4-TiN particulate composite [14]. Titanium nitride has good physical properties (high melting point, high electrical conductivity, hardness and strength) and good resistance to erosion and corrosion making it suitable reinforcement phase [15, 16]. The th[...]