BPK logo

Biblioteka

Politechniki Koszalińskiej

Modyfikacja właściwości termicznych i mechanicznych matrycy ceramicznej w kompozytach ściernych na bazie tlenku glinu i azotku boru : rozprawa doktorska / Sebastian Węgrzyk ; Politechnika Koszalińska. Wydział Mechaniczny.

By: Contributor(s): Material type: TextTextLanguage: Polish Summary language: English Publication details: Koszalin : [s.n.], 2023.Description: 158 stron : ilustracje ; 30 cm + 1 dysk optyczny (CD ROM) ; 3 recenzjeContent type:
  • Tekst
Media type:
  • Bez urządzenia pośredniczącego
  • Komputer
Carrier type:
  • Wolumin
  • Dysk komputerowy
Other title:
  • Modification of thermal and mechanical properties of ceramic matrix in alumina and boron nitride based abrasive composites
Subject(s): Genre/Form: Other classification:
  • 370000
Online resources: Production credits:
  • Promotor Daniela Herman. Autorzy recenzji : Witold Habrat, Janusz Musiał, Zbigniew Pędzich.
Dissertation note: Rozprawa doktorska. Politechnika Koszalińska. 2024. Summary: 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. W rozdziale piątym przedstawiono zaplanowane działania badawcze służące do realizacji celów pracy. W rozdziale szóstym opisano metodykę przeprowadzonych badań doświadczalnych dotyczących właściwości termicznych (LFA), mechanicznych (pomiar twardości metodą Vickersa, mikrotwardości oraz KIC metodą wgłębnika Berkovicha, wytrzymałości na rozciąganie metodą DCT oraz scratch-test) i strukturalnych spoiw i kompozytów (XRD, FTIR, EDS, obserwacja powierzchni przy użyciu SEM). W rozdziale siódmym opisano wyniki badań przeprowadzonych w dwóch etapach – badań rozpoznawczych oraz właściwych. Na podstawie uzyskanych wyników badań wykazano, że znaczące podwyższenie właściwości mechanicznych zarówno uzyskanej ceramiki szklanej (twardości, modułu Younga, odporności na kruche pękanie KIC) oraz kompozytów z jej udziałem (wytrzymałości na rozciąganie), a także termicznych (dyfuzyjności cieplnej) jest skutkiem krystalizacji powierzchniowej willemitu oraz modyfikacji więźby szklanej przez wprowadzenie tlenku metalu przejściowego (tlenku miedzi). W rozprawie doktorskiej wykazano również, jak istotne znaczenie mają zjawiska zachodzące w granicy fazowej ziarno-spoiwo w procesie obróbki termicznej, zarówno w odniesieniu do ściernic konwencjonalnych, jak i supertwardych. W ostatnim rozdziale (rozdział ósmy) niniejszej rozprawy doktorskiej zamieszczono podsumowanie i wnioski, a także określono możliwości dalszych badań. Znaczna część wyników badań realizowanych w toku rozprawy doktorskiej została opublikowana w czasopismach Ceramics International, Journal of the European Ceramic Society oraz Journal of Non-Crystalline Solids.
Star ratings
    Average rating: 0.0 (0 votes)
Holdings
Item type Current library Shelving location Call number Status Date due Barcode Item holds
Doctor's thesis Doctor's thesis Biblioteka Politechniki Koszalińskiej Informatorium RD 271 Tylko na miejscu 09200067
Total holds: 0

Druk jednostronny.

Rozprawa doktorska. Politechnika Koszalińska. 2024.

Bibliografia na stronach 132-152.

Dostępne online wyłącznie użytkownikom komputerowej sieci Politechniki Koszalińskiej.
Umowa zawarta na okres od 15.01.2024 r. do 15.01.2026 r.

Promotor Daniela Herman. Autorzy recenzji : Witold Habrat, Janusz Musiał, Zbigniew Pędzich.

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. W rozdziale piątym przedstawiono zaplanowane działania badawcze służące do realizacji celów pracy. W rozdziale szóstym opisano metodykę przeprowadzonych badań doświadczalnych dotyczących właściwości termicznych (LFA), mechanicznych (pomiar twardości metodą Vickersa, mikrotwardości oraz KIC metodą wgłębnika Berkovicha, wytrzymałości na rozciąganie metodą DCT oraz scratch-test) i strukturalnych spoiw i kompozytów (XRD, FTIR, EDS,
obserwacja powierzchni przy użyciu SEM). W rozdziale siódmym opisano wyniki badań przeprowadzonych w dwóch etapach – badań rozpoznawczych oraz właściwych. Na podstawie uzyskanych wyników badań wykazano, że znaczące podwyższenie właściwości mechanicznych zarówno uzyskanej ceramiki szklanej (twardości, modułu Younga, odporności na kruche pękanie KIC) oraz kompozytów z jej udziałem (wytrzymałości na rozciąganie), a także termicznych (dyfuzyjności cieplnej) jest skutkiem krystalizacji powierzchniowej willemitu oraz modyfikacji więźby szklanej przez wprowadzenie tlenku
metalu przejściowego (tlenku miedzi). W rozprawie doktorskiej wykazano również, jak istotne znaczenie mają zjawiska zachodzące w granicy fazowej ziarno-spoiwo w procesie obróbki termicznej, zarówno w odniesieniu do ściernic konwencjonalnych, jak i supertwardych.
W ostatnim rozdziale (rozdział ósmy) niniejszej rozprawy doktorskiej zamieszczono podsumowanie i wnioski, a także określono możliwości dalszych badań. Znaczna część wyników badań realizowanych w toku rozprawy doktorskiej została opublikowana w czasopismach Ceramics International, Journal of the European Ceramic Society oraz Journal of Non-Crystalline Solids.

Streszczenie w języku polskim i angielskim.

© 2023 Biblioteka Politechniki Koszalińskiej :: KOHA