Badania właściwości kompozytów z udziałem nowej rodziny kryształów 2D

Numer: UMO-2017/25/ST8/01205
Program/Konkurs: Opus 13
Jednostka finansująca: NCN
Kierownik projektu: prof. dr hab. inż. Andrzej Olszyna
Funkcja: lider
Czas realizacji: 2018-2021

Opis
Dotychczasowy stan wiedzy wskazuje, że pomimo wielu zalet kompozytów ceramicznych do zastosowań na narzędzia skrawające, postęp w tej szczególnej dziedzinie, wymagającej od opracowywanych materiałów odporności na ekstremalnie trudne warunki pracy, jest bardzo powolny. Najistotniejszymi ich cechami są: wysoka twardość, odporność na zużycie przez ścieranie a także odporność na dynamiczne obciążenia i kruche pękanie. W ostatnich latach z uwagi na dynamiczny rozwój obróbki na sucho i obróbki z dużą prędkością dodatkowym wymaganiem dla materiału narzędziowego jest odporność na zużycie chemiczne i dyfuzyjne, szczególnie intensyfikowane przez wysoką temperaturę obróbki. Niska odporność materiałów ceramicznych na kruche pękanie, mała przewodność cieplna i anizotropia współczynników rozszerzalności cieplnej powodują występowanie gradientu rozkładu temperatury i powstawanie mikropęknięć w ostrzach narzędzie skrawających. Dlatego też, w ostatnim czasie poszukuje się nowych układów kompozytowych oraz nowych metod wytwarzania kompozytów ceramicznych do zastosowań na narzędzia skrawające. Obiecującą metodą ograniczającą udział zjawisk termicznych jest spiekanie iskrowe - SPS (ang. Sprak Plasma Sintering). Poszukuje się też nowych rodzajów faz umacniających, w tym nanomateriałów oraz materiałów o strukturze 2D. Postęp w metodach wytwarzania nanomateriałów i materiałów 2D stwarza niewątpliwie szansę rozwoju technologii materiałów kompozytowych. Dzięki wprowadzanym innowacjom, opracowywanie nowych materiałów o strukturze dwuwymiarowej charakteryzujących się unikatowymi właściwościami funkcjonalnymi stanowi obecnie jeden z najszybciej rozwijających się kierunków w nauce. Od czasu odkrycia specyficznych właściwości grafenu obserwuje się lawinowy wzrost zainteresowania materiałami dwuwymiarowymi (kryształami 2D).
Celem naukowym projektu jest stworzenie nowej wiedzy dotyczącej otrzymywania i właściwości fizyko-mechanicznych kompozytów ceramicznych z udziałem nowych dwuwymiarowych struktur karbidków/azotków lekkich metali przejściowych (tzw. faz MXenes), do zastosowań jako ostrza narzędzi skrawających, opracowanie chemicznych metod modyfikacji ich powierzchni powłoką ceramiczną i/lub metaliczną a także zbadanie mechanizmów odpowiedzialnych za zmiany mikrostruktury i właściwości fizyko-mechanicznych wytworzonych materiałów skonsolidowanych. Oczekiwanym rezultatem realizacji projektu jest wypełnienie znaczącej luki w dostępnych danych literaturowych na temat kompozytów ceramicznych z udziałem nowej rodziny struktur dwuwymiarowych – karbidków/azotków lekkich metali przejściowych.