Alumina composites with solid lubricant participations, sintered by SPS-method

The paper presents the sintering results of Al2O3-Ti(C,N) ceramics with the additions of solid lubricant materials. Al2O3-Ti(C,N) based ceramics with solid lubricating substances were sintered by the SPS-method. In the phase known as lubricants, the following materials were used: MoS2, WS2, CaSO4, SrSO4 and MoO3 and CaO. The Al2O3-Ti(C,N) ceramics were also prepared with the addition of TiB2. The SPS-sintered materials were characterized by values of relative density from 93 to 99%. In the case of the addition of 10 and 30% TiB2, the relative density, Young's modulus and hardness HV1 were close or equal to the values of the base material. For other additions, the Young's modulus ranged from 74 to 83% and hardness from 62 to 76% of the Young's modulus and hardness value for the base material. Regardless of the additive or its volume, the fraction of the friction coefficient was 49 to 86% of the friction coefficient value for the base material. Taking into account the value of the friction coefficient and the physical and mechanical properties, the most promising material is a ceramic with the addition of TiB2 or MoO3 with CaO.

---

Przedstawiono wyniki badań dotyczących spiekania ceramiki o osnowie Al2O3Ti(C,N) z dodatkami faz poślizgowych. Scharakteryzowano właściwości mechaniczne i tribologiczne wytworzonych materiałów. Spośród faz określanych jako poślizgowe do badań wykorzystano następujące materiały: MoS2, WS2, CaSO4, SrSO4 oraz MoO3 i CaO. Biorąc pod uwagę niski współczynnik tarcia ceramiki o osnowie TiB2, wytworzono również ceramikę Al2O3Ti(C,N) z dodatkiem wysokotopliwej fazy TiB2. Materiały spiekane metodą SPS odznaczały się wartościami gęstości względnej od 93 do 99%. W przypadku materiałów z dodatkiem 10 i 30% TiB2 wartości gęstości względnej, modułu Younga oraz twardości HV1 były zbliżone bądź równe wartościom materiału bazowego. Dla pozostałych dodatków moduł Younga wynosił od 74% do 83%, a twardość od 62 do 76% wartości modułu i twardości materiału Al2O3-Ti(C,N). Niezależnie od rodzaju dodatku i jego udziału objętościowego obniżono współczynnik tarcia od 49 do 86% wartości współczynnika tarcia materiału bazowego. Najniższą wartość współczynnika tarcia zmierzono dla materiału po spiekaniu SPS z dodatkiem WS2. Materiał ten jednak odznaczał się względnie niskim modułem Younga oraz twardością. Biorąc pod uwagę wartość współczynnika tarcia oraz właściwości fizyczne i mechaniczne, najbardziej obiecującym materiałem jest ceramika z dodatkiem TiB2 oraz MoO3 i CaO.