|
|
Studium segregace manganu v Mn dopovaných transparentních keramikách na bázi oxidu hlinitého
Pišťák, Jan ; Maca, Karel (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá přípravou Al2O3 keramiky dopované manganem, studiem základních fyzikálních a mikrostrukturních vlastností a popisem kinetiky rozpouštění manganu v matrici Al2O3. Metodou slip casting byla úspěšně připravena Al2O3 keramika a Al2O3 keramika dopovaná 1 a 5 at.% Mn3O4 s různou velikostí částic dopantu. Připravené keramické materiály byly slinuty na teplotách 1100 a 1150 °C s různou dobou výdrže. U slinutých vzorků byl sledován vývoj hustoty v závislosti na parametrech přípravy a volbě teplotního cyklu. Pozorováním mikrostruktury bylo zjištěno, že i při relativně nízké teplotě dochází k rozpouštění rychlému rozpouštění dopantu v Al2O3 matrici, přičemž ve vzorcích obsahující 1 at.% Mn3O4 byl tento dopant již kompletně rozpuštěn. V případě vzorků s koncentrací 5 at.% Mn3O4 byla v matrici identifikována spinelová fáze. Navíc bylo zjištěno, že u některých vzorků docházelo k vydrolování nezreagovaných částic dopantu z matrice během keramografického zpracování. Cíl bakalářské práce tedy nemohl být bezezbytku naplněn, tj. kinetika rozpouštění dopantu nemohla být z objektivních důvodů studována.
|
|
|
Polykrystalická keramika transparentní pro viditelné a infračervené vlnové délky
Veselý, Jan ; Maca, Karel (oponent) ; Trunec, Martin (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá přípravou průhledných keramických plátů vyrobených ze sub-µm prášku oxidu hlinitého. Zhutnělá keramická tělesa jsou připraveny ultrafialovým (UV) vytvrzováním UV vytvrzovací pryskyřice obsahující keramický prášek s následným vypálením organické složky za zvýšené teploty. Vysoká relativní hustota takto vypálených těles je nezbytná ke snížení smršťování během následujícího slinovacího procesu. Proto jsou použity vysoce plněné disperse obsahující > 57 obj.% keramických částic. K dosažení transparentního chování, porozita uvnitř plátů musí být úplně odstraněna. Proto jako závěrečné operace je použito isostatického stlačování za zvýšené teploty. Nakonec jsou prezentovány měření světelné propustnosti a tvrdosti. Možnosti výroby mikrostruktur s vysokým rozlišením za použití bezmaskové litografie a návrhy na použití UV vytvrzovací metody pro produkci tvarově náročných 3D struktur jsou krátce zmíněny.
|
|
|
Stanovení optimálního slinovacího cyklu oxidové keramiky
Průdek, Miloš ; Hadraba, Hynek (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
Tato bakalářské práce se týká studia slinování kubického ZrO2 (dopovaného 8mol% Y2O3) metodou jednostupňového slinování. Byly použity dva druhy komerčních keramických prášků ZrO2 s velikostí částic 80nm a 140nm. Bylo studováno, zda slinování kratší dobu při vyšší teplotě vedlo při dosažení stejné konečné hustoty k jiné velikosti zrn než slinování delší dobu při nižší teplotě. Při studiu mikrostruktury slinutých vzorků kubického ZrO2 se ukázalo, že volba slinovacího cyklu měla vliv na velikost zrn slinutého materiálu, a že slinovíní po delší dobu na nižší teplotě je výhodnější z hlediska snížení velikosti zrn slinuté keramiky.
|
|
|
Vlastnosti moderních magnetoelektrických a multiferoických keramických materiálů
Osička, Luděk ; Kachlík, Martin (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
Byla vypracována rešerše vlastností magnetoelektrických a multiferoických keramických materiálů. Byly popsány feromagnetismus a feroelektřina a požadavky na materiály, ve kterých tyto vlastnosti mohou existovat zároveň v jedné fázi. Dále bylo popsáno rozdělení multiferoik podle mechanismu a podle krystalové struktury. Nakonec byly popsány multiferoické a magnetoelektrické kompozity a některé případy silného magnetoelektrického jevu v multiferoikách. V experimentální části bakalářské práce byla popsána příprava vzorků magnetoelektrického perovskitu EuTiO3. Připravené vzorky měly vyšší hustotu než uvedené v literatuře a byly fázově čisté a jsou vhodné pro studium magnetoelektrických vlastností EuTiO3 infračervenou spektroskopií.
|
|
|
Study of microstructure evolution during intermediate stage of sintering of advanced ceramic materials
Jemelka, Marek ; Pouchlý, Václav (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
The primary goal of this master’s thesis was the description of the dependence of a critical density (i. e. the density when tubular pores completely turn to isolated closed pores) and average grain size at this density on different heating rates of intermediate stage sintering process. The obtained results are highly important, e. g. for producing of transparent ceramic armors, high-performance cutting tools or dense bone and joint implants, because they provide information for selection of the most suitable sintering approach in order to obtain pre-sintered samples with critical density and minimal average grain size for subsequent capsule-free post-HIP process. It has been found that for all studied oxide materials (alumina, tetragonal zirconia and cubic zirconia) the critical density is not significantly dependent on heating rate in the range of 2°C/min to 200°C/min and the average values of critical densities are 96.3 %, 92.4 % and 93.0 % for alumina, t-zirconia and c-zirconia, respectively. Previous literature results showed that the critical density is also not dependent on the green body microstructure, therefore, we can conclude that the critical density seems to be a material constant depending on the dihedral angle of the material. The sintering trajectories (the dependence of the average grain size on relative density) were evaluated for all three heating rates (2, 10 and 200°C/min followed by 5min dwell time) as well as for so-called long-dwell sintering (5-10 hours at low sintering temperatures). The results did not explore any new approach leading to decrease of the grain size at the critical density, so the widely used conventional presintering (10°C/min, 5 min dwell time) remains the appropriate method to reach the optimal microstructure prior to post-HIP process.
|
|
|
Příprava a vlastnosti bezolovnatých piezokeramických materiálů
Tásler, Jan ; Částková, Klára (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studiem bezolovnatých piezokeramických materiálů, s detailním zaměřením na materiál označovaný jako BCZT. Na vzorcích tohoto materiálu o chemickém složení (Ba0,85Ca0,15)(Zr0,1Ti0,9)O3 je zkoumán vliv rozdílné doby mletí keramických prekurzorů a teploty slinování keramického polotovaru na relativní hustotu a velikost zrn finálního keramického produktu. Dále je zkoumán vliv těchto parametrů na piezoelektrické vlastnosti. Jak doba mletí, tak teplota slinování se ukázaly jako důležité faktory ovlivňující výslednou mikrostrukturu. Vliv mikrostruktury na piezoelektrické vlastnosti se prokázal především u piezoelektrických veličin d33 a kp.
|
|
|
Příprava a vlastnosti fotokatalytických keramických materiálů
Strejček, Josef ; Maca, Karel (oponent) ; Cihlář, Jaroslav (vedoucí práce)
V práci byly studovány dvě metody přípravy keramických katalytických perovskitových materiálů pro fotochemický rozklad vody nebo pro parciální oxidaci metanu. Metoda založená na mechanochemické aktivaci a vysokoteplotní reakci v tuhé fázi umožnila připravit většinou jednofázové perovskity InVO4, InNbO4, InTaO4, EuVO4, EuNbO4 a EuTaO4. Pseudo sol-gel syntéza kombinovaná s vysokoteplotní reakcí umožnila připravit buď jednofázové perovskity nebo produkty obsahující více než 90% perovskitové fáze typu Sm-Ca-Co-Al-O.
|
|
|
Vrstevnaté keramické kompozitní materiály - příprava, struktura a vlastnosti
Drdlík, Daniel ; Maca, Karel (oponent) ; Cihlář, Jaroslav (vedoucí práce)
Byla zpracována literární rešerše na téma vrstevnaté keramické materiály zahrnující popis keramických materiálů a metod nanášení keramických vrstev. Byla navržena metodika přímého měření hmotnosti depozitu pro přesný popis kinetiky jednosložkových materiálů. Byla popsána teoretická závislost kinetiky elektroforetické depozice a srovnána s experimentálními daty. Byla připravena řada elektroforetických depozic s cílem lépe popsat kinetiku elektroforetické depozice při různých konstantních proudech. Bylo provedeno hodnocení depozitů získaných elektroforetickou depozicí z hlediska výsledné hustoty po žíhání a po procesu slinování. Dále bylo provedeno měření velikosti pórů. Rovněž byly provedeny série měření tvrdosti a získané hodnoty srovnány s danými elektrickými podmínkami připravených depozic. Byl zjištěn pokles tvrdosti s rostoucím proudem, což ve shodě s měřením hustoty ukázalo na nižší stupeň uspořádanosti struktury při vyšších rychlostech ukládání částic v hutný nevodivý depozit. Pomocí podrobných poznatků o funkci kinetiky keramických materiálů za konstantního proudu I=5 mA byl připraven vrstevnatý keramický kompozitní materiál z keramických materiálů na bázi Al2O3 a ZrO2.
|
|
|
Processing of Electroceramic Materials for Advanced Applications
Kachlík, Martin ; Petzelt, Jan (oponent) ; Bartoníčková, Eva (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
The doctoral thesis is focused on processing of advanced ceramic materials with interesting physical properties. The materials were prepared by solid-state resp. hydrothermal syntheses. The first investigated material described in this work is EuTiO3 perovskite ceramics. Absence of thermodynamic data of this system led to extensive experimental research of proper processing conditions. Three mixtures of different powder precursors (Eu2O3 with Ti2O3 resp. TiO2 – rutile or anatase) were homogenized by planetary ball mill and formed by isostatic pressure of 300 MPa. These cylindrical green bodies were sintered conventionally in reducing atmospheres (Ar + 7 % H2 resp. pure H2) or by Spark Plasma Sintering (SPS). The influence of the sintering technique, temperature, atmosphere composition and dwell time on final density and phase purity was discussed. The investigation resulted in successful processing of phase pure EuTiO3 ceramic with relative density higher than 95 % of theoretical density (%TD). According author’s best knowledge, it is up to now the best bulk EuTiO3 ceramic sample. The importance of this achievement is also declared by four publications in respected journals where the properties of these samples were presented. The infra-red reflectivity spectra of prepared materials were compared with data from literature. It was proven that only single phase samples with low content of porosity are suitable for establishing their real (undistorted) physical properties. The next research was aimed on processing of Eu0.5Na0.5TiO3 ceramics by hydrothermal syntheses (HTS). The HTS were performed in highly alkaline environment of NaOH resp. KOH solution at temperature range 220 – 250 °C. The experiments with varied precursors (EuCl3 and TiCl4) and reductant agent concentrations led to processing of pure Eu0.5Na0.5TiO3 perovskite ceramic powder with submicron cubic particles. Another titanate - MgTiO3 - was synthetized by solid-state reaction from MgO and TiO2 powder mixtures. The mixtures were mechanically activated in ball mill for 0, 10, 40, 80 resp. 160 min. The green bodies were formed by isostatic pressure of 300 MPa and sintered by two different approaches. The first batch of samples was sintered by two-step sintering technique at 1300 °C (30 min) and 1200 °C (20 h). The second set was sintered conventionally at 1300 °C resp. 1400 °C for 30 min and post-sintered by Hot Isostatic Press (HIP) at 1200 °C resp. 1280 °C. The phase pure MgTiO3 samples with relative density higher than 93 %TD were reached after post-sintering by HIP at 1280 °C for 3 hours in Ar atmosphere and pressure of 200 MPa. The last studied material was Ba(Ca)Ti(Zr)O3 lead-free piezoceramics, which was prepared by solid-state reaction from powder mixtures milled by planetary ball mill at different conditions. The pressure-less sintering of isostatically pressed bodies (300 MPa) at 1200, 1300, 1400 resp. 1500 °C for 1 h in air was performed. The processing condition needed for single phase perovskite Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3 ceramics with required microstructure were studied. The single phase Ba(Ca)Ti(Zr)O3 sample with relative density 96 %TD was successfully prepared. Our results proved the importance of careful choice of the processing techniques and their variables for reaching of desired microstructure and phase composition of advanced electroceramics and therefore for proper evaluation of their physical properties.
|
|
|
Dvojstupňové slinování pokročilých keramických materiálů s různými krystalovými strukturami
Žalud, Pavel ; Trunec, Martin (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
Byl studován vliv procesu dvojstupňového slinování (TSS) na finální mikrostrukturu keramických materiálů s třemi různými krystalovými strukturami. Tetragonálního oxidu zirkoničitého (stabilizovaného 3mol%Y2O3, velikost částic 90nm a 140nm) a kubického oxidu zirkoničitého (8mol%Y2O3, 70nm), prášky byly zastudena izostaticky lisovány a slinovány různými postupy ohřevu. Mikrostruktury dosažené metodou TSS byly srovnávány s mikrostrukturami dosaženými konvenčním jednostupňovým slinováním (SSS). Výsledky ukázaly, že efektivita metody TSS pro použité materiály byla více závislá na jejich krystalové struktuře než na velikosti jejich částic a mikrostruktuře výchozího tělesa. Metoda TSS přinesla jen zanedbatelné zlepšení mikrostruktury tetragonálního oxidu zirkoničitého. Na druhé straně měla metoda TSS úspěch při slinování kubického oxidu zirkoničitého, které vedlo až ke dvojnásobnému snížení velikosti zrn.
|
host ::
RSS.