Indywidualny projekt kluczowy Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym ZB 9. Metaliczne materiały kompozytowe w aplikacjach lotniczych (w tym materiały typu GLARE) Liderzy merytoryczni zadania: dr hab. Barbara Surowska dr hab. inż. Romana Śliwa Spotkanie Paneli Ekspertów Projektu Kluczowego Rzeszów czerwca 2009

Partnerzy wiodący w ZB 9 Politechnika Lubelska, IL – laminaty FML, kompozyty inteligentne Politechnika Rzeszowska – kompozyty ceramika porowata – metal, kompozyty ceramiczno- polimerowe (z ZB 6) Politechnika Śląska – kompozyty metalowo- ceramiczne, w tym szkieletowe IPPT PAN i PL – partnerzy z ZB 14 – kompozyty inteligentne ZB 9 Metaliczne materiały kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materiały typu Glare )

Zespoły wykonawców – Politechnika Lubelska Lider – dr hab. Barbara Surowska, prof. ndzw. PL dr inż. Jarosław Bieniaś dr inż. Krzysztof Pałka dr inż. Hubert Dębski dr inż. Paweł Stączek mgr inż. Andrzej Trzciński mgr Marta Drozd (do maja 2009) ZB 9 Metaliczne materiały kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materiały typu Glare )

Zespoły wykonawców - Politechnika Rzeszowska Lider - dr hab. inż. Romana Śliwa, prof. nzw. PRz dr inż. Marek Potoczek dr hab. G. Miszuris dr Wiktoria Miszuris dr G. Ryzińska dr I. Nowotyńska mgr R. Kluczowski ZB 9 Metaliczne materiały kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materiały typu Glare )

Zespoły wykonawców - Politechnika Śląska prof. dr hab. inż. Józef Śleziona dr hab.inż. Jan Szajnar, prof. nzw. PŚ dr hab.inż. Mirosław Cholewa, prof. nzw. PŚ dr inż. Marcin Kondracki dr inż. Jerzy Myalski dr inż. Jakub Wieczorek dr inż. Maciej Dyzia dr inż. Anna Dolata-Grosz ZB 9 Metaliczne materiały kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materiały typu Glare )

1. Wnioski z podzadania ZB 9.1 ZB 9 Metaliczne materiały kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materiały typu Glare ) Analiza zastosowania kompozytów w wybranych rozwiązaniach konstrukcji lotniczych Okres realizacji: 2008 – maj 2009

Podzadanie badawcze w ZB Kompozytowe laminaty włókniste w śmigłowcach i lekkich samolotach (PL) 2.Laminaty kompozytowo-metalowe na elementy poszycia i inne fragmenty konstrukcji (PL, PRz) 3.Kompozyty metal-cząstki ceramiczne na elementy silników lotniczych (PŚ) 4.Struktury szkieletowe oraz szkieletowe kompozyty infiltrowane (PŚ,PRz) 5.Kompozyty ceramika porowata-metal na elementy silników lotniczych (PRz, PŚ) ZB 9 Metaliczne materiały kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materiały typu Glare )

Kompozytowe laminaty włókniste w śmigłowcach i lekkich samolotach – stan światowy Prepregi o osnowie z polimerów termoutwardzalnych: żywice poliestrowe, winyloestrowe, epoksydowe, fenolowe, BMI, poliimidowe, zbrojone włóknami: węglowe, szklane (głównie typu S) oraz aramidowe (kevlar). Materiały hybrydowe, zawierające więcej niż jeden typ włókna zbrojącego - kombinacje hybrydowe: szkło/węgiel, szkło/aramid, aramid/węgiel. Nowość - laminaty o osnowie termoplastycznej, polipropylenowej zbrojonej włóknem szklanym lub polipropylenowym. Zastosowania laminatów kompozytowych: elementy poszycia, kadłuby, dźwigary, łopaty, elementy podwozia, stateczniki, klapy. ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Kompozytowe laminaty włókniste w śmigłowcach i lekkich samolotach – obszar badań Wytwarzanie - technologia prepregowa – autoklaw Kompozyty polimerowe, zbrojenie: włókna węglowe, hybrydowe, szklane Przewidywane zastosowania: elementy poszycia, kadłuby, dźwigary, łopaty, elementy podwozia, stateczniki, klapy. ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Laminaty kompozytowo-metalowe na elementy poszycia i inne fragmenty konstrukcji – stan wiedzy Obecnie stosowanych jest co najmniej sześć gatunków laminatów GLARE. Gatunki różnią się liczbą warstw prepregu i ich orientacją. Wszystkie gatunki opierają się na prepregach o jednokierunkowo rozmieszczonych włóknach szklanych typu S w polimerowej osnowie Cytec FM 94. Nowe badane laminaty to CARAL (CArbon Reinforced Aluminum Laminates) oraz kombinacja tytanu oraz kompozytu włókno grafitowe/polimer (TiGr). ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Laminaty kompozytowo-metalowe na elementy poszycia i inne fragmenty konstrukcji – obszar badań Opanowanie technologii FML typu GLARE Projektowanie FML Badania FML z warstwami tytanowymi Badania inteligentnych FML ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Kompozyty metal-cząstki ceramiczne na elementy silników lotniczych – stan wiedzy PMMC oferują właściwości izotropowe. Jednym z istniejących problemów jest jednak uzyskanie równomiernej dystrybucji cząstek w materiale. Zaletą tego typu materiałów jest możliwość ich kształtowania metodami konwencjonalnymi takimi jak kucie czy wyciskanie ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Kompozyty metal-cząstki ceramiczne na elementy silników lotniczych – stan wiedzy Kompozyty na osnowie aluminium zbrojone nanorurkami węglowymi - interesujące do aplikacji w przemyśle lotniczym. Wytwarzanie - z zastosowaniem elementów metalurgii proszków, spiekania plazmowego i technologii wyciskania. Technologia otrzymywania tego kompozytu - w stadium badań. ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Kompozyty metal-cząstki ceramiczne na elementy silników lotniczych – stan wiedzy Kompozyty otrzymywane metodami in-situ np. Ti-6Al-4V/TiB (zbrojenie wiskersami TiB) – wytwarzane metodą metalurgii proszków lub odlewania Wykorzystanie procesu mechanicznego stopowania do produkcji dyspersyjnie umacnianych kompozytów pozwala na dużą ilość nowo tworzonych kompozycji

Kompozyty metal-cząstki ceramiczne na elementy silników lotniczych – obszar badań Analiza przydatności różnych wariantów technologii do otrzymywania materiałów kompozytowych umacnianych cząstkami: odlewanie grawitacyjne, odlewanie odśrodkowe z możliwością kształtowania struktur gradientowych, odlewanie ciśnieniowe Ocena możliwości wykorzystania zbrojenia heterofazowego w poszczególnych technologiach odlewania kompozytu ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Kompozyty metal-cząstki ceramiczne na elementy silników lotniczych – obszar badań Wykonane zostaną odlewy materiałów kompozytowych na bazie stopów aluminium zawierające cząstki ceramiczne homo- i hetero fazowe, o różnym udziale objętościowym cząstek, wprowadzonych do fazy ciekłej metodą mechanicznego mieszania. ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Struktury szkieletowe oraz szkieletowe kompozyty infiltrowane – stan wiedzy Analiza technologicznych właściwości stopów przeznaczonych do wytwarzania stopowych i kompozytowych odlewów szkieletowych pozwoliła na wybór pod- i około- eutektycznych stopów Al-Si o znaczeniu badawczym i technicznie użytecznym. Analiza termoizolacyjnych materiałów formierskich pozwoliła na dobór technologii wytwarzania rdzeni do odlewania szkieletów z wybranych stopów. ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Struktury szkieletowe oraz szkieletowe kompozyty infiltrowane – obszar badań opracowanie procedury doboru komponentów opracowanie bazy materiałowej właściwości termofizycznych dla stopów osnów i materiałów wzmacniających ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Kompozyty ceramika porowata-metal na elementy silników lotniczych – stan wiedzy W procesie formowania ceramiki porowatej metodą gelcasting of foams potencjalne zastosowanie mogą znaleźć następujące biopolimery: żelatyna, białko, cukroza, skrobia, agar i agaroza. Porowatość całkowita kształtek wytwarzanych metodą gelcasting of foams zależy ilości gazu wprowadzonego w procesie spieniania. Efektywność spieniania zależy od stężenia środka powierzchniowo czynnego i jego zdolności do obniżania napięcia powierzchniowego zawiesiny oraz od lepkości zawiesiny. Na wielkość i rozrzut wielkości komórek i okien istotnie wpływają procesy destabilizacji piany zachodzące w okresie pomiędzy jej wytworzeniem a utrwaleniem (żelowaniem). Na właściwości reologiczne zawiesin tlenku glinu z rozpuszczoną agarozą lub agarem silny wpływ wywierają: stężenie biopolimeru i stężenie Al 2 O 3. ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Kompozyty ceramika porowata-metal na elementy silników lotniczych – obszar badań Porowate kształtki ceramiczne o porowatości otwartej (preformy) do wytwarzania kompozytów metaliczno-ceramicznych będą preparowane metodą żelowania spienionej zawiesiny. Jako optymalny skład zawiesin korundowych do procesu spieniania przyjęto zawartość Al 2 O 3 w zakresie 30-35% obj. i zawartość środka żelującego (agaru lub agarozy) pomiędzy 0,5 a 1,0% wag. na masę suchego proszku Al 2 O 3. ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Kompozyty ceramika porowata-metal na elementy silników lotniczych – wyniki badań Zmieniając stężenie środka spieniającego w wyjściowej gęstwie uzyskano kształtki o porowatości w zakresie 50-90%. Wraz ze zmianą porowatości obserwowano ewolucję mikrostruktury od silnie komunikujących się komórek za pomocą okien do komórek częściowo izolowanych zwartym obszarem fazy polikrystalicznej. Wielkość komórek piany można regulować w zakresie od kilkudziesięciu do ok. 900 m, w wielkość okien od kilkunastu do ok. 200 m. ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Zastosowanie ogniw paliwowych w lotnictwie – stan wiedzy Ogniwa typu SOFC i PEMFC stosowane jako pomocnicze źródła zasilania (APU) w dużych samolotach pasażerskich i transportowych jak i główne źródła zasilania w małych samolotach załogowych i w samolotach bezzałogowych. Ogniwa paliwowe znajdą również zastosowanie w obsłudze naziemnej lotnisk zarówno jako źródła zasilania pojazdów naziemnych (PEMFC) jak i zasilanie budynków wchodzących w skład infrastruktury lotniska (SOFC i MCFC). ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Zastosowanie ogniw paliwowych w lotnictwie – obszar badań Wytworzono ogniwo na podłożu anodowym, którego cechują dobre parametry elektryczne (gęstość mocy = 250 mW/cm 2 ). Celem dalszych prac nad stałotlenkowymi ogniwami paliwowymi na podłożu anodowym będzie poprawa właściwości elektrycznych przegród oraz zaadoptowanie technologii ich wytwarzania do produkcji na skalę masową. Poprawienie właściwości elektrycznych, głównie gęstości mocy systemu (moc/masa), będzie miało na celu możliwość zastosowania tego rodzaju ogniw paliwowych w lotnictwie. ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

2. Wnioski z wizyt studyjnych w DL Przedsiębiorstwa: – WSK PZL-Świdnik S.A. – PZL Mielec, spółka zależna Sikorsky Aircraft Corporation – Zakład Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych ( P. Irena Carey) w Mielcu – do rozmów podczas Paneli Ekspertów – Górnośląska Agencja Przekształceń Przedsiębiorstw S.A. – tworząca Śląskie Centrum Naukowo-Technologiczne Przemysłu Lotniczego w Czechowicach-Dziedzicach – Margański & Mysłowski Zakłady Lotnicze (E. Margański) ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

2. Wnioski z wizyt studyjnych w DL Tematyka zadań właściwa Wskazane: – Poszerzenie projektowania MES – Badania materiałów hybrydowych i typu sandwich – Wytwarzanie i kształtowanie kompozytów na bazie metali technologiami przeróbki plastycznej m.in. wyciskania. – Opracowanie technologii wytwarzania korundowych kształtek o budowie piany jako preform do infiltracji metalem m.in. stopami Mg (optymalizacja parametrów spieniania i żelowania dla zapewnienia odpowiedniej mikrostruktury porowatych preform). – Badania nad złożonymi materiałami porowatymi o zwiększonych cechach dźwiękochłonności i termoizolacyjności. ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

3. Proponowane zmiany w zadaniach ZB 9.2 – przedłużenie realizacji zadania do końca 2012 roku (Projektowanie i modelowanie materiałów złożonych i struktur z zastosowaniem MES) ZB 9.3 – poszerzenie o wytwarzanie struktur typu sandwich ZB – poszerzenie o materiały złożone na elementy stałotlenkowych ogniw paliwowych ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

4. Wskaźniki realizacji celów Prace dyplomowe (magisterskie i inżynierskie) 7(3): Politechnika Lubelska: – inż. Monika Brzezińska: Proces wytwarzania struktury kompozytowej śmigłowca, II stopień niestacjonarne ZiIP, promotor prof. Barbara Surowska; przewidywany termin obrony: wrzesień 2009 – inż.Monika Struś: Kontrola jakości w procesie wytwarzania - projektowanie i przygotowanie materiałów do badań nieniszczących, II stopień stacjonarne ZiIP, promotor prof. Barbara Surowska; przewidywany termin obrony: wrzesień 2009 ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

4. Wskaźniki realizacji celów – c.d. Politechnika Śląska: – Szyndler Bartłomiej: Wykonanie rdzeni gipsowo-krystobalitowych dla odlewów szkieletowych, promotor: dr hab. inż. Mirosław Cholewa – Golasz Seweryn: Rdzennica do wytwarzania odlewów szkieletowych, promotor: dr hab. inż. Mirosław Cholewa – Lortz Michał: Struktura szkieletowego odlewu aluminiowego, promotor: dr hab. inż. Mirosław Cholewa – Wilk Małgorzata: Technologia kompozytów zawierających zbrojenie heterogeniczne, promotor: dr hab. inż. Mirosław Cholewa – Grochowski Maciej: Badania kinetyki krystalizacji stopów Al i Cu, promotor: dr hab. inż. Mirosław Cholewa ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

4. Wskaźniki realizacji celów Doktoraty 1(0): –Wydz. Budowy Maszyn i Lotnictwa PRzTechnologia wytwarzania materiałów z przeznaczeniem na elementy stałotlenkowych ogniw paliwowych na suporcie anodowym AS- SOFC – praca zakończona, w procedurze przygotowania do obrony w lipcu 2009r, (doktorant- Ryszard Kluczowski, promotor R. Śliwa) ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

4. Wskaźniki realizacji celów Publikacje: – M. Cholewa, M. Dziuba Kałuża: Analiza wybranych własności strukturalnych i wytrzymałościowych aluminiowych odlewów szkieletowych, Archiwum Technologii Maszyn I Automatyzacji (w druku) – M.Cholewa, M. Dziuba Kałuża, M. Kondracki: Analysis of structural properties of Aluminum skeleton castings regarding the crystallization kinetics, Achiev. Mater. Manuf. Eng., 2008, (w druku). ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

4. Wskaźniki realizacji celów Publikacje: J. Wieczorek, J. Śleziona, M. Dyzia, A. Dolata-Grosz, J. Myalski,: Struktura i właściwości kompozytów po odlewaniu ciśnieniowym, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji (w druku). J. Myalski: Właściwości tribologiczne metalowych kompozytów hybrydowych do skojarzeń ciernych, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji (w druku) M. Potoczek, J. Myalski, J. Śleziona, R. Śliwa: Ceramika porowata do infiltracji metalami wytwarzana metodą żelowania spienionej zawiesiny (w przygotowaniu) ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

4. Wskaźniki realizacji celów Publikacje: – Bieniaś J.: Corrosion studies on aluminum–based metal matrix composites reinforced with graphite, SiC and fly ash particles, Kompozyty, 9: 3 (2009), – Surowska B.: Metody przygotowania powierzchni stopu tytanu w laminatach metal-kompozyt włóknisty, Inżynieria Materiałowa, 5 (2009) – w druku – Bieniaś J: Kompozytowe warstwy ceramiczne na tytanie i stopie Ti6Al4V, Inżynieria Materiałowa, 5 (2009) – w druku ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

4. Wskaźniki realizacji celów Referaty konferencyjne: – Worldwide Congress on Materials and Manufacturing Engineering and Technology COMMENT Gliwice - Gdańsk 2009 – IV Krajowa Konferencja nt. Nowe Materiały – Nowe Technologie w Przemyśle Okrętowym i Maszynowym, Międzyzdroje Kopenhaga Szczecin; 22 – 25 czerwca 2009 roku – Barbara Surowska, Jarosław Bieniaś, Tadeusz Wierzchoń: Ceramic nanofilm on titanium alloy – microstructure and some mechanical aspects, RANM 09, August 2009, Kuala Lumpur, Malaysia – Jarosław Bieniaś: Kompozytowe warstwy ceramiczne na tytanie i stopie Ti6Al4V, X Konferencja Tytan i jego stopy, wrzesień 2009, Kazimierz Dolny ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

4. Wskaźniki realizacji celów – Surowska B.: Metody przygotowania powierzchni stopu tytanu w laminatach metal-kompozyt włóknisty, X Konferencja Tytan i jego stopy, wrzesień 2009, Kazimierz Dolny – Dębski H., Bieniaś J.: Optymalizacja struktur kompozytowych z wykorzystaniem MES, XI Konferencja Naukowo-Techniczna Programy MES we wspomaganiu analizy, projektowania i wytwarzania, października 2009, Pisz – Barbara Surowska, Jerzy Warmiński, Hubert Dębski: Some aspects of design and use of smart composite structure, AIRTEC - Supply of the wings, Frankfurt n/Menem, 3-5 listopad 2009 ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

4. Wskaźniki realizacji celów M. Potoczek, R. Śliwa : Metal-ceramic interpenetrating composites obtained by metal infiltration into gelcast alumina foams, AIRTEC - Supply of the wings, Frankfurt n/Menem, 3-5 listopad 2009 R. Kluczowski, R. Śliwa : Ogniwa paliwowe typu SOFC i PEMFC jako pomocnicze źródła zasilania (APU) w dużych samolotach pasażerskich i transportowych i główne źródła zasilania w małych samolotach załogowych i w samolotach bezzałogowych (w przygotowaniu) ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

4. Wskaźniki realizacji celów Zgłoszenia patentowe: – Mirosław CHOLEWA: "Zbrojenie kompozytu i sposób odlewania niemonolitycznego zbrojenia oraz kompozytu" P – ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

7. Perspektywy działań do końca 2009 roku Brak opóźnień w realizacji zadań merytorycznych Mogą wystąpić opóźnienia zakupów w wyniku procedur przetargowych ZB 9 Metaliczne materia ł y kompozytowe w aplikacjach lotniczych ( w tym materia ł y typu Glare )

Dziękuje za uwagę