Синтеза и карактеризација композитних материјала на бази метал-стакло-керамика

Abstract

Истраживања у докторској дисертацији посвећена су оптимизацији параметара металургије праха у циљу синтетисања и карактеризације нових композитних материјала високе густине за индустријску примену. Синтетисање композитних материјала имало је за циљ повећање жилавости лома и спречавање катастрофалног лома у стакло-керамичким материјалима уз присуство металног ојачавача као и добијање материјала постојаних у корозионој средини попут воде и киселе кише. Експериментална истраживања се састоје из три дела према групи синтерованих материјала од којих сваки као полазну сировину користи андезит базалт из Републике Србије. У првом делу је приказана синтеза материјала на бази стакло-керамика од андезит базалта. У другом делу је приказана синтеза композитних материјала на бази стакло-керамика-метал, са стакло-керамичком матрицом од андезит базалта и ојачавачем од нерђајућег челика 316L. У трећем делу је приказана синтеза композитних материјала на бази метал-стакло, са металном матрицом од челика 316L и стакластим ојачавачем од андезит базалта. Укупно је синтетисано 20 различитих материјала. Методе коришћене за карактеризацију материјала су: одређивање хемијског састава применом енергијске дисперзионе спектрометријске анализе, фазна анализа применом методе рендгенске дифракције, расподела величинe честица праха применом методе дифракције ласерске светлости и ситовне анализе, густина праха применом пикнометарске методе, релативна густина синтерованих узорака применом Архимедове методе, микроструктурна карактеризација применом оптичке и скенирајуће електронске микроскопије, мерење тврдоће и одређивање жилавости лома Викерсовом методом, док је концентрација отпуштених металних јона у раствору киселе кише одређена оптичком емисионом спектрометријом са индуктивно спрегнутом плазмом.

The research in the doctoral dissertation is focused on the optimization of the powder metallurgy parameters with the aim of synthesising new high-density composite materials and their characterization for industrial applications. The synthesis of the composite materials aimed to increase fracture toughness and prevent catastrophic fracture in the glass-ceramic materials with metal reinforcement, as well as to obtain materials resistant to corrosive environments such as water and acid rain. The experimental research consists of three parts according to the group of sintered materials, with each of them using andesite basalt from the Republic of Serbia as a starting material. In the first part, the synthesis of the materials based on glass-ceramic from andesite basalt was presented. In the second part, the synthesis of the composite materials based on glass-ceramic-metal, with a glass-ceramic matrix of andesite basalt and the reinforcement of stainless steel 316L was presented. In the third part, the synthesis of the composite materials based on metal-glass with a metal matrix of the stainless steel 316L and a glassy reinforcement of the andesite basalt was presented. A total of 20 different materials were synthesised. The methods used for material characterization were: the determination of chemical composition by energy dispersive spectrometric analysis, phase analysis by the X-ray diffraction method, powder particle size distribution by the laser light diffraction method and the sieve analysis, the powder density using the pycnometer method, the relative density of sintered samples using the Archimedesʼ principle, microstructural characterization by optical and scanning electron microscopy, hardness measurement and determination of fracture toughness by the Vickers method, while the concentration of released metal ions in the acid rain solution was determined by optical emission spectrometry with inductively coupled plasma.