|
|
Ceramic materials and composites for advanced applications
Mařák, Vojtěch ; Částková, Klára (referee) ; Michálková,, Monika (referee) ; Drdlík, Daniel (advisor)
Tato dizertační práce se zaměřuje na pokročilou oxidovou keramiku a částicové a vrstevnaté kompozity. Studované materiály zahrnují biokeramický hydroxyapatit, termomiotický wolframan hlinitý a bezolovnaté piezoelektrické materiály na bázi titaničitanu barnatého. Příprava těchto keramik má několik omezení ovlivňující finální vlastnosti, zahrnující použití toxických stabilizátorů, nízké zhutnění, náchylnost k praskání, vznik nežádoucích chemických reakcí, nízké mechanické a elektrické vlastnosti. Tato práce řeší tyto problémy přizpůsobením jednotlivých kroků zpracování a použitím progresivních výrobních metod pro optimalizaci požadovaných funkčních vlastností materiálů. Úprava hydroxyapatitového prášku studenou plazmou umožnila elektroforetickou depozici bez toxických stabilizátorů, což vedlo k hutnějším povlakům bez trhlin. Praktický benefit tohoto přístupu byl demonstrován v případě bezdefektních hydroxyapatitových povlaků ortopedických šroubů. Termomiotický wolframan hlinitý, vyznačující se svým téměř nulovým koeficientem tepelné roztažnosti, byl syntetizován optimalizovanou koprecipitací za účelem zlepšení slinovatelnosti prášku. Rychlé beztlaké slinování a slinování plazmovou jiskrou byly použity ke zhutnění materiálu, přičemž bylo dosaženo dosud nejvyšších publikovaných hodnot hustot při nejnižší slinovací teplotě. Vývoj mikrostruktury piezokeramiky titaničitanu barnatého byl studován pomocí rychlého beztlakého slinování a slinování s pomocí radiace. Získané poznatky byly využity pro slinování částicových kompozitů na bázi titaničitanu barnatého vyztuženého oxidovými keramikami. Vysoká reaktivita mezi zvolenými materiály měla negativní vliv na vlastnosti kompozitů a jeden z reakčních produktů byl podrobněji charakterizován. Byly připraveny vrstvené kompozity střídáním vrstev na bázi titaničitanu barnatého a dielektrického oxidu zirkoničitého. Vysoká reaktivita piezoelektrických materiálů byla potlačena volbou slinovací strategie. Souhrnným cílem této disertační práce je posunout vědění v oblasti vlastností a zpracování keramických materiálů, poskytnout náhled na optimalizaci funkčnosti a řešit kritická omezení v různých aplikacích.
|
|
|
Computational modelling and analysis of crack propagation in ceramic composites containing residual stresses
Černý, Hynek ; Majer, Zdeněk (referee) ; Ševeček, Oldřich (advisor)
The diploma thesis dealt with 3D computational modelling of crack propagation in particle and layered ceramic composites. In first part of thesis, all tools for fracture mechanics implemented in software ANSYS were explored for their suitability in given topic. In the next part, crack propagation in particle composites was analysed, where extra focus was applied on influence of different stiffness and thermal expansion of all components of the composite. First, the crack propagation in homogenous material model was set up, then the effect of different stiffness of the composite components was added, and in the last stage, the effect of the residual stresses was also added. From the achieved results, it was possible to describe the influence of the previously listed factors on the energy required for crack propagation. This created model should be applicable to the model of a real composite, thanks to which it should be possible to quantify whether the composite is more resistant to crack propagation then the homogenous material. In the last part of thesis, the crack growth through layered ceramic laminates was analysed, where emphasis was again placed on the different stiffness and thermal expansion of all components of the laminate. In this part, the great advantage of the ANSYS APDL, creating of macros, were used. Using macros, a parametric model was created, which, after the input data was entered, was able to create geometry of the computational model, enter boundary conditions, create a mesh of the computational model, set up the analysis and start the simulation. The created model can be used, for example, to determine the apparent fracture toughness of laminate, thanks to which it is possible to access how much the used configuration is more suitable than the use of a homogenous material.
|
guest ::
