Kompozyty o osnowie metalicznej (z ang. metal matrix composites

Nr wniosku: 203073, nr raportu: 12520. Kierownik (z rap.): dr inż. Dariusz Marek Jarząbek
Kompozyty o osnowie metalicznej (z ang. metal matrix composites - MMCs) są szeroko
stosowane w wielu gałęziach współczesnej inżynierii. Wystarczy wymienić tutaj przemysł
lotniczy i kosmiczny, samochodowy oraz energetyczny. Materiały te są mieszaniną metalu
oraz ceramiki. W tym projekcie badano materiały, w których ceramika występowała w formie
mikro i nanocząsteczek. Kompozyty takie charakteryzują się znacznie lepszymi
właściwościami mechanicznymi - wytrzymałością, sztywnością, niższą gęstością - w
porównaniu do konwencjonalnych materiałów monolitycznych. Ponadto są atrakcyjne ze
względu na stosunkowo niewysoki koszt ich produkcji, izotropowe właściwości oraz
możliwość obrabiania ich przy zastosowaniu znanych metod (toczenie, frezowanie itp.).
Wiele zespołów badawczych zajmuje się ostatnio badaniami właściwości mechanicznych
kompozytów z cząstkami ceramiki. Powstają nowe technologie ich wytwarzania oraz
symulacje komputerowe modelujące ich zachowanie. Modelowanie komputerowe pozwala na
stosunkowo tanie i efektywne przewidywanie właściwości kompozytu o danym składzie na
podstawie właściwości mechanicznych jego składowych (bez wytwarzania kompozytu w
rzeczywistości). Niestety, ze względu na brak danych na temat właściwości interfejsu
pomiędzy metalem a ceramiką, modele te nie są w stanie podać parametrów projektowanego
kompozytu z odpowiednią dokładnością.
Dlatego też, konieczne jest opracowanie metod pomiaru siły adhezji i wytrzymałości
interfejsu metal-ceramika, w szczególności w mikro i nanokompozytach. Rozwijająca się
intensywnie w ostatnich latach nanotechnologia zapewnia już techniki pomiaru sił rzędu
nawet pikoniutonów. Projekt tutaj przedstawiony wpisuje się w ten trend. Opracowano w nim
interesujące
podejście
do
pomiaru
wytrzymałości
interfejsu
metal-ceramika
w
nanokopozytach. Metoda polega na rozciąganiu bardzo cienkich drutów zawierających kilka
cząstek ceramiki, w tym z całkowicie wyeksponowanym interfejsem. Rozciągany drucik
powinien pęknąć w interfejsie, dzięki czemu poznana zostanie jego wytrzymałość. Testy
rozciągania zostały wykonane na specjalnie zaprojektowanej do tego i wykonanej w naszej
pracowni mikrozrywarce.
Dzięki rezultatom projektu jest obecnie możliwe m.in. badanie wpływu parametrów
procesu technologicznego (temperatury, ciśnienia itp.) na wytrzymałość interfejsu w
kompozytach typu MMC. Taka wiedza może posłużyć w optymalizacji procesu
technologicznego i powinna doprowadzić do powstania nowych materiałów o lepszych
właściwościach mechanicznych.