Nowy materiał kompozytowy

Na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej zainicjowano projekt naukowy, którego celem jest wytworzenie nowoczesnych materiałów hybrydowych/kompozytowych o osnowie metalicznej z naturalnym wzmocnieniem w postaci pancerzyków okrzemek. Projekt Nowoczesne kompozyty o osnowie metalicznej wzmacniane naturalnymi okrzemkami (New metal matrix composites reinforced with natural diatoms) uzyskał dofinansowanie Narodowego Centrum Badań i Rozwoju i będzie realizowany przez konsorcjum naukowo-przemysłowe w składzie: Stifterverband Metalle (Niemcy), Fraunhofer IKTS (Niemcy), Klaster Obróbki Metali oraz Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej. Budżet projektu wynosi 1 289 994,71 zł w tym 744 754,98 zł dla Politechniki Białostockiej.

Celem badań jest wytworzenie oraz scharakteryzowanie nowoczesnych materiałów kompozytowych o osnowie metalicznej (MMC) z naturalnym wzmocnieniem, w postaci pancerzyków okrzemek. Kompozytowe materiały o osnowie metalicznej stanowią stosunkowo dużą grupę materiałów określanych przez rodzaj osnowy metalicznej, a także rodzaj wzmocnienia (wielkość, morfologię, orientację, rozmieszczenie, udział objętościowy/fazowy).

Innowacyjność projektu obejmuje wykorzystanie stosunkowo tanich, w porównaniu do dotychczas stosowanych napełniaczy (np. SiC), pancerzyków okrzemek, których zadaniem będzie poprawa efektywnych właściwości mechanicznych MMC. Nie bez znaczenia pozostaje fakt dostępności okrzemek, występujących zarówno w środowisku naturalnym, jak i możliwych do uzyskania w procesie hodowli. Osiągnięcie wyznaczonego celu, będzie wymagało określenia gatunków okrzemek spełniających wymagania (m.in. wielkość, morfologia), a także zoptymalizowanie procesu wytwarzania kompozytów.

Okrzemki są zróżnicowaną, pod względem wielkości (od 2 do 5600 µm), grupą jednokomórkowych, eukariotycznych i fotosyntetycznych mikroorganizmów. Komórka okrzemki, tzw. pancerzyk, zbudowana jest z dwóch nachodzących na siebie okryw otoczonych pasami obwodowymi. Pod względem składu chemicznego skorupka okrzemki składa się głównie z biogenicznej krzemionki.

Nowo zaprojektowany materiał kompozytowy zostanie wytworzony w oparciu o znane techniki wytwarzania (np. metalurgia proszków, odlewanie, wyciskanie) oraz poddany ocenie zarówno eksperymentalnej, jak i teoretycznej. Zastosowanie naturalnego napełniacza, będzie wymagało optymalizacji poszczególnych metod. Właściwości wytworzonego materiału zostaną poddane ocenie eksperymentalnej z wykorzystaniem najnowocześniejszych metod badawczych inżynierii materiałowej, m.in. obrazowanie z wykorzystaniem wysokorozdzielczej skaningowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej (odpowiednio SEM i TEM), komputerowej nanotomografii rentgenowskiej (nanoXCT), a także badaniom właściwości mechanicznych (m.in. wytrzymałość, moduł Younga).

Innowacyjny materiał kompozytowy zainteresuje branże z dziedziny konstrukcji lekkich, w szczególności przemysł motoryzacyjny, lotniczy, kolejowy, a w przypadku urządzeń mobilnych – elektroniczny.