Title:

Modyfikacja właściwości termicznych i mechanicznych matrycy ceramicznej w kompozytach ściernych na bazie tlenku glinu i azotku boru : rozprawa doktorska

Alternative title:

Modification of thermal and mechanical properties of ceramic matrix in alumina and boron nitride based abrasive composites

Creator:

Węgrzyk, Sebastian

Contributor:

Herman, Daniela [Promotor] ; Habrat, Witold [Recenzja] ; Musiał, Janusz [Recenzja] ; Pędzich, Zbigniew [Recenzja]

Subject:

kompozyty ; obróbka cieplna ; ceramika szklana ; dyfuzyjność termiczna ; właściwości mechaniczne ; porowate kompozyty ścierne ; modyfikator więżby szklanej ; inżynieria i technika

Description:

Motywacją do podjęcia badań mających na celu podwyższenie właściwości termicznych i mechanicznych ceramiki szklanej jest rosnące zainteresowanie modyfikacją właściwości tych materiałów, stosowanych w kompozytach ściernych na bazie tlenku glinu i azotku boru. Pełniąca funkcję spoiwa ceramika szklana, której zadaniem jest związanie ziaren, określa wytrzymałość mechaniczną całego kompozytu. Jest to o tyle ważne, gdyż z opublikowanych w ostatnich latach propozycji rozwiązań technologicznych dotyczących doskonalenia właściwości mechanicznych i termicznych ceramicznych kompozytów ściernych wynika, że jednym z głównych problemów jest spełnienie jednocześnie, wzajemnie się wykluczających, dwóch głównych właściwości tych kompozytów, tj. wysokiej porowatości i odporności na zużycie. Oprócz poprawy wytrzymałości mechanicznej i odporności na zużycie kompozytów ściernych, zauważa się także problem ich niewystarczającej przewodności cieplnej. Przekłada się to również na liczne problemy w procesie obróbki materiałów, szczególnie trudnoskrawalnych, związanych z nadmierną ilością ciepła powstającego podczas procesu szlifowania. Kluczowym czynnikiem ograniczającym efektywność szlifowania jest wysoka temperatura, dlatego opublikowane w ostatnich latach wyniki badań koncentrują się nad wprowadzeniem rozwiązań umożliwiających jej obniżenie. Nowoczesne systemy chłodzenia są jednak niewystarczające, bowiem odprowadzanie ciepła ze strefy kontaktu materiału obrabianego i materiału ściernego następuje różnymi sposobami, nie tylko poprzez takie czynniki jak chłodziwo, wióry czy konwekcję, ale w znaczącym stopniu przez ściernicę. To, w jaki sposób i z jaką szybkością nadmiar ciepła będzie odprowadzony, zależy głównie od rodzaju ziarna ściernego. Poza ziarnami ściernymi, część energii cieplnej w procesie szlifowania przekazywana jest także na spoiwo pokrywające ziarna ścierne i stanowiące ciągłą sieć mostków. Jest to o tyle ważne, że zapewniona ciągłość struktury spoiwa pozwala na zwiększenie szybkości odprowadzenia ciepła ze strefy kontaktu narzędzia i materiału ściernego. Rozdział pierwszy dotyczy wprowadzenia do problematyki podjętej w niniejszej rozprawie doktorskiej. Z obszernej analizy stanu wiedzy przedstawionej w rozdziale drugim wynika, że zagadnienia dotyczące możliwości modyfikacji struktury ceramiki szklanej w celu podwyższenia jej właściwości mechanicznych i termicznych nie zostały wyczerpująco zbadane. Wybrana ceramika szklana z układu ZABS (ZnO–Al2O3–B2O3–SiO2), która została przedstawiona w rozdziale trzecim, jest szczególnie interesująca ze względu na możliwość generowania w tym układzie fazy krystalicznej willemitu. Skutkiem krystalizacji powierzchniowej tej fazy jest znaczne i trwałe zwiększenie wytrzymałości mechanicznej, z uwagi na powstanie naprężeń ściskających na powierzchni szkła, z jednoczesną zmianą struktury pozostałości amorficznej w spoiwie będącej efektem wprowadzenia modyfikatora sieci szklanej. Wprowadzenie do tego układu tlenku metalu przejściowego (tlenku miedzi) może znacząco wpływać na proces krystalizacji ceramiki szklanej, a tym samym pośrednio na właściwości mechaniczne i termiczne takich materiałów. Warto wspomnieć w tym miejscu o tym, że większość aktualnych badań dotyczy wpływu miedzi jedynie na wybrane właściwości, głównie optyczne i fotoniczne, natomiast wpływ miedzi na właściwości mechaniczne układów krzemianowych wciąż jest mało znany. Wnioski wyciągnięte z analizy literatury pozwoliły na sprecyzowanie hipotezy, celu i problemów badawczych, które przedstawiono w rozdziale czwartym.

Place of publishing:

Koszalin

Publisher:

[s.n.]

Date:

2023

Type:

rozprawa doktorska

Language:

pol

Rights:

Biblioteka Politechniki Koszalińskiej

Access rights:

intranet