Pianki z Ti2AlC przeznaczone na matryce do kompozytów ceramiczno-metalicznych o strukturze infiltrowanej

Kompozyty metalowo-ceramiczne o strukturze infiltrowanej charakteryzują się unikalną przestrzenną strukturą wzajemnie przenikających się szkieletów fazy metalowej i fazy ceramicznej. Najczęstszym sposobem wytwarzania tego typu kompozytów jest infiltracja roztopionego metalu do porowatej kształtki ceramicznej. W tej pracy do wytworzenia porowatych materiałów z T i2AlC zastosowano metodę żelowania spienionej zawiesiny ceramicznej (ang. gel-casting of foams). Metoda ta pozwala na wytworzenie ceramiki porowatej w postaci materiałów piankowych. Wytworzono pianki ceramiczne o porowatości całkowitej w zakresie 80÷90 %, które następnie charakteryzowano pod względem rozmiarów makroporów i połączeń między makroporami, porowatości otwartej i wytrzymałości na ściskanie. Wielkości te określają przydatność ceramiki porowatej do procesu infiltracji ciśnieniowej roztopionymi metalami. Stwierdzono, że rozmiar makroporów zawarty był w granicach 381÷547 μm, a rozmiar połączeń między makroporami mieścił się w zakresie od 77 do 134 μm. Pianki o porowatości w zakresie 80÷90 % charakteryzowały się dużą, jak na materiały wysokoporowate wytrzymałością na ściskanie, która zawarta była granicach 8÷18 MPa.

---

MAX phases are a group of advanced ceramics with nano-layered structure. They have Mn+1AXn composition, where M is an early transition metal, A is an element of A group and X is a carbon and/or nitrogen. The growing interest in this novel group of materials results in their unique combination of characteristics typical of both ceramics and metals. They are elastically stiff good thermal and electrical conductors, resistant to chemical attack, and have relatively low thermal expansion coefficients. On the other hand, they are relatively soft and most are readily machinable, thermal shock resistant and damage tolerant. MAX phases can be produced both in dense and in porous form. In porous form they can be used for example as catalyst supports and preforms for metal-ceramic interpenetrating composites. One method to achieve an interpenetrating microstructure of a composite is the infiltration of a molten metal into a porous ceramic body called a preform. In this work porous Ti2AlC foams were manufactured by the gel-casting method with the use of agarose as an environmentally friendly gelling agent. This technique consists of the combination of the gel-casting process as well as the aeration of ceramic suspensions. It was used because it allows to manufacture porous ceramics in the form of highly porous bodies with homogeneous morphology with controlled porosity and pore size. Ti2AlC foams possessing total porosity in the range of 60÷90 % were manufactured and their microstructure was characterized in order to determine their applicability for the metal melt infiltration technique. Foams having total porosity of 77,9 and 85,3 % were chosen for the further investigation because of the fact that their open porosity was almost the same as the total porosity. As it was shown on the SEM images the samples presented a highly interconnected porous network. The average cell and cell window size was determined on the base of SEM image analysis. Cell size ranged from 381 to 547 μm and the average cell window size ranged from 77 to 134 μm. The strength of the foams was high and ranged from 8 to 18 MPa for the materials having porosity of 85,3 and 77,9 % respectively. This relatively high strength is typical for the porous materials manufactured by gelcasting technique. A relative high compression strength as well as the open porosity of Ti2AlC foams make them suitable for pressure metal melt infiltration in order to produce ceramic-metal interpenetrating composites.