Rapid Prototyping of Ceramic/Metal Composites

Rapid Prototyping von Keramik/Metall-Verbundwerkstoffen

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus-19497
  • Binary and ternary MAX-based composites were fabricated using 3DP multistep processing technique. While 3DP provides an opportunity to produce porous ceramic preforms with a high degree of freedom in geometry and shape, a subsequent liquid metal infiltration into these preforms offers a way to fabricate dense materials through exothermic reaction. Upon sintering prior to melt infiltration a porous microstructure with interconnected porosity in the preform can be achieved. Furthermore, a carbothermal reduction process of Nb2O5 to NbO2 was found to provide adequate condition for pressureless infiltration of Al melt. Nanolaminate structure of MAX phase Nb2AlC grains give rise for extendedBinary and ternary MAX-based composites were fabricated using 3DP multistep processing technique. While 3DP provides an opportunity to produce porous ceramic preforms with a high degree of freedom in geometry and shape, a subsequent liquid metal infiltration into these preforms offers a way to fabricate dense materials through exothermic reaction. Upon sintering prior to melt infiltration a porous microstructure with interconnected porosity in the preform can be achieved. Furthermore, a carbothermal reduction process of Nb2O5 to NbO2 was found to provide adequate condition for pressureless infiltration of Al melt. Nanolaminate structure of MAX phase Nb2AlC grains give rise for extended plasticity resulting in excellent damage tolerance and thermal shock resistance. The high capacity of Nb2AlC for absorbing and distributing damage during Vickers indentation has been demonstrated. Under compression-shear deformation Nb2AlC exhibits a quasi-plasticity deformation behavior, which can be explained by the multiple basal plane slip between microlamellae, intergrain sliding, lamellae, or grain push-out. A kinking-based model in the literature can explain the quasi-plasticity and damage tolerance triggered by the nanolaminate structure of Nb2AlC. Nano-laminated Ti3AlC2 offers a significant toughening performance in Ti3AlC2-Al2O3-TiAl3 composites which showed non-catastrophic failure behavior. Similar deformation and damage mechanisms can be extensively observed in Ti3SiC2 samples subjected to compression and indentation loads (results in the literature). Ab initio calculations of cleavage energy and electron density in Ti3AlC2 crystal confirmed the experiment-based deformation and damage mechanism of Ti3AlC2 in the composites.show moreshow less
  • Binäre und ternäre MAX-Phasen-basierte Komposite wurden über dreidimensionalen Drucken (3D-Drucken) hergestellt. 3D-Drucken bietet die Möglichkeit, poröse keramische Vorkörper mit einem hohen Freiheitsgrad in der Geometrie herzustellen. Durch anschließende reaktive Schmelzinfiltration wurden dichte Materialien erzeugt. Durch Sintern der 3D-gedruckten Grünlinge konnte ein poröses Gefüge mit einem durchgängigen Porennetzwerk erreicht werden, dass günstige Bedienung für die Infiltration mit metallischen Schmelzen bietet. Die Nanolaminatstruktur der MAX-Phase Nb2AlC bietet die Voraussetzung für quasi-plastische Verformung, die zu ausgezeichneter Schadenstoleranz undBinäre und ternäre MAX-Phasen-basierte Komposite wurden über dreidimensionalen Drucken (3D-Drucken) hergestellt. 3D-Drucken bietet die Möglichkeit, poröse keramische Vorkörper mit einem hohen Freiheitsgrad in der Geometrie herzustellen. Durch anschließende reaktive Schmelzinfiltration wurden dichte Materialien erzeugt. Durch Sintern der 3D-gedruckten Grünlinge konnte ein poröses Gefüge mit einem durchgängigen Porennetzwerk erreicht werden, dass günstige Bedienung für die Infiltration mit metallischen Schmelzen bietet. Die Nanolaminatstruktur der MAX-Phase Nb2AlC bietet die Voraussetzung für quasi-plastische Verformung, die zu ausgezeichneter Schadenstoleranz und Temperaturwechselbeständigkeit führt. Die Schadenstoleranz wurde über lokale Verformungsexperimente (Vickerseindrückmethode) nachgewiesen. Bei einer Druckscherverformung weist Nb2AlC ein plastisches Verformungsverhalten auf, was durch die Basalgleitung zwischen Mikrolamellen dominiert wird, die zu ausgeprägten Lamellen-Knick-Vorgängen (Kinking) (a kinking-based model in the literature) führt. Ti3AlC2-Nanolaminat basierte Verbundwerkstoffe bieten eine Bruchzähigkeitssteigerung in den Ti3AlC2-Al2O3-TiAl3 Kompositen, die kein katastrophales Bruchversagen aufweisen. Ähnliche Verformungs- und Schadensmechanismen wurden in Ti3SiC2 Proben unter Druckbelastung und nach Vickerseindrücken beobachtet (Ergebnisse in der Literatur). Ab-initio-Rechnungen der Spaltungsenergie und Elektronendichteverteilung im Ti3AlC2 Kristall bestätigen die experimentellen Ergebnisse der Verformungs- und Schadensmechanismen-Hypothese von Ti3AlC2.show moreshow less

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Metadaten
Author:Wei Zhang
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-19497
Advisor:Peter Greil
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of publication:2010
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2010/07/02
Release Date:2010/08/31
Tag:3D-Drucken; MAX Phasen; Schmelzinfiltration; Verbundwerkstoff
3D-printing; MAX phases; composite; melt infiltration
SWD-Keyword:Rapid Prototyping; Keramik; Keramik-Metall-Verbund
Institutes:Technische Fakultät / Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
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