Effect of specific surface fraction of interphase boundaries on mechanical properties of ceramic-metal composites, obtained by pressure infiltration

Ceramic-metal composites, obtained via pressure infiltration of porous ceramics Al2O3 by cast aluminium alloy EN AC-AlSi11 (AK11), were studied. As a result, composites of two interpenetrating phases are obtained. They are composed of 30 vol.% of ceramics. The pore sizes of the ceramic preforms varied from 150 to 500 μm. The results of the X-ray tomography proved very good infiltration of the pores by the metal. The residual porosity is approximately 9 vol. %. The obtained microstructure with percolation of the ceramic and metal phases gives the composites good mechanical properties together with the ability to absorb strain energy. Image analysis has been used to evaluate the specific surface fraction of the interphase boundaries (Sv). The presented results of the studies show the effect of the surface fraction of the interphase boundaries of ceramic-metals on the composite compressive strength, hardness and Young's modulus. In addition, the mechanical properties depend on the degree of infiltration. Compression tests for the obtained composites were carried out, and Young's modulus was measured by application of the DIC (Digital Image Correlation) method. Moreover, Brinell hardness tests were performed. The composites microstructure was studied using scanning electron microscopy (SEM). SEM investigations showed that the pores are almost fully filled by the aluminium alloy. The obtained results show that the infiltration method can be used to fabricate composites with percolation of the microstructure. However, the research is at its early stage and will be continued in the sphere of the characteristics of interphase boundaries.

---

Przedmiotem badań były kompozyty ceramika-metal, otrzymywane w wyniku infiltracji porowatej ceramiki Al2O3 odlewniczym stopem EN AC-AlSi11 (AK11). W wyniku infiltracji ceramicznych kształtek powstają kompozyty o dwóch wzajemnie przenikających się fazach, przy czym udział objętościowy ceramiki stanowi ok. 30% objętości kompozytu. Makrostruktura kompozytu o perkolacji faz ceramiki i metalu nadaje mu zdolność do absorbowania energii. Przeprowadzone badania wykazały wpływ udziału granic międzyfazowych ceramika-metal na właściwości mechaniczne kompozytów. Poprzez zmianę wielkości porów w kształtkach ceramicznych infiltrowanych odlewniczymi stopami aluminium, zachowując przy tym stały udział porowatości otwartej, sterowano względną powierzchnią granic rozdziału ceramika-metal. Na wytrzymałość na ściskanie, twardość i moduł Younga oprócz udziału granic międzyfazowych wpływ ma także stopień przeinfiltrowania ceramiki metalem. Badania te mają charakter wstępny i będą kontynuowane w zakresie charakteryzacji granic rozdziału. Uzyskane wyniki dają możliwość uzyskania tą drogą nowych materiałów o właściwościach łączących pozytywne cechy składników kompozytu, w którym osnową jest tworzywo ceramiczne, a fazą wypełniającą pory metal