Physical and mechanical properties of glass-ceramic-metal composite materials after sintering

The aim of this paper is to examine the physical and mechanical properties of glass-ceramic-metal composite materials obtained by sintering. Andesite basalt rock from Serbia was used as the starting material for obtaining the glass-ceramic matrix. Commercial powder of austenitic stainless steel 316L in the content of 10, 20, and 30 wt. % was used as the reinforcement. The technological process for obtaining glass-ceramic-metal composite materials consists of the following phases: crushing of andesite basalt rock to obtain the fine powder, homogenization of andesite basalt powder and 316L stainless steel powder with a binder, uniaxial pressing of powders with the pressure of 50 MPa, cold isostatic pressing green compacts with the pressure of 230 MPa, and sintering at 1060 °C/1h in the air. Based on the obtained experimental results, it could be concluded that the relative density of the sintered composite materials decreases with the increasing content of 316L steel in the glass-ceramic matrix. Also, there is a hardness decrease of the composite materials with increased content of 316L steel, which is expected due to the reduction in the relative density. However, the fracture toughness increases with increasing 316L steel content in the composite materials. The presence of a metal reinforcer in the glass-ceramic matrix contributed to the increase of fracture toughness of composite materials and thus the prevention of the catastrophic fracture common in glass-ceramic
Cilj ovog rada je ispitivanje fizičko-mehaničkih svojstava kompozitnih materijala staklo-keramikametal dobijenih sinterovanjem. Kao polazni materijal za dobijanje staklo-keramičke matrice korišćena je andezit bazaltna stena iz Srbije, dok je kao ojačivač korišćen prah komercijalnog austenitnog nerđajućeg čelika 316L sadržaja 10, 20 i 30 tež. %. Tehnološki proces dobijanja kompozitnih materijala staklo-keramika-metal sastoji se iz sledećih faza: drobljenja andezit bazaltne stene u cilju dobijanja finog praha, homogenizacije andezit bazaltnog praha i praha nerđajućeg čelika 316L sa vezivom, jednoosnog presovanja pritiskom od 50 MPa, hladnog izostatičkog presovanja pritiskom od 230 MPa i sinterovanja na 1060 °C/1h u vazduhu. Na osnovu dobijenih eksperimentalnih rezultata može se zaključiti da se relativna gustina sinterovanih kompozitnih materijala smanjuje sa povećanjem sadržaja čelika 316L u staklo-keramičkoj matrici. Takođe, dolazi do smanjenja tvrdoće kompozitnih materijala sa povećanjem sadržaja čelika 316L u kompozitu, zbog smanjenja relativne gustine. Sa povećanjem sadržaja čelika 316L u kompozitnom materijalu žilavost loma se povećava. Prisustvo metalnog ojačivača u staklo-keramičkoj matrici doprinelo je povećanju žilavosti loma kompozitnih materijala i prevenciji loma koji je uobičajen u staklo-keramici.