|
Capsule-free Hot Isostatic Pressing of transparent structural and functional ceramic materials
Krupa, Filip ; Drdlík, Daniel (referee) ; Maca, Karel (advisor)
The presented work focused on evaluating the suitability of several types of cubic zirconia powders for preparing suspension with a high solid content (over 40 vol.%). The suspensions were doped with TiO2 nanopowder (0,1 – 0,5 at. %). The influence of the shaping method (casting the suspension and drying the suspension by spray drying, followed by shaping through pressinng) and subsequent pre-sintering to the closed porosity stage was investigated, focusing on comparing two sintering regimes (long – 1300 °C/120 min and short – 1560 °C/2 min). The microstructure of both the pre-sintered samples and the samples after hot isostatic pressing was then observed using an electron microscope. The presented work assessed the influence of TiO2 on relative density, average grain size, and pore size, as well as the optimal amount of TiO2 to achieve maximum photoluminescent properties.
|
|
Development of ceramic filter equipment for electro-insulating liquids
Havlíková, Tereza ; Cihlář, Jaroslav (referee) ; Maca, Karel (advisor)
Cílem této diplomové práce byla příprava makroporézních keramických filtrů na bázi mullitu a oxidu křemičitého, které by byly vhodné pro filtraci elektroizolačních kapalin v distribučních transformátorech. První část této práce tvoří literární rešerše, která se zabývá tématem elektroizolačních kapalin a jejich degradace, metodami přípravy makroporézní keramiky a jejího využití pro filtraci, včetně přehledu používaných materiálů. Experimentální část se zabývá přípravou porézních filtrů pomocí dvou vybraných metod, replikační metody a přímého pěnění. U filtrů připravených pomocí optimalizovaných parametrů bylo vyhodnoceno fázové složení, mikrostruktura a pevnost v tlaku. Filtry připravené replikační metodou byly tvořeny otevřenými propojenými póry o velikosti 150 až 350 µm, dosahovaly porozity kolem 80 % a pevnosti v tlaku až 2,4 MPa. Keramické pěny získané přímým pěněním dosahovaly porozity 68-73 % a otevřených propojených pórů menších než 100 µm. Filtry bylo nutné zvětšit na rozměry dané filtračním zařízením. Přímé pěnění se ukázalo jako nevhodné pro přípravu filtrů ve větším měřítku, nicméně filtry připravené replikační metodou byly úspěšně zvětšeny a jsou připraveny pro testování jejich filtrační schopnosti. Tyto filtry s otevřenými propojenými póry, unimodálním rozložením velikosti pórů a dostatečnou mechanickou pevností jsou potenciálními kandidáty pro použití v prvním kroku filtrace elektroizolačních kapalin a mohou tak představovat udržitelnější alternativu k v současnosti používaným papírovým filtrům.
|
|
Study of manganese segregation in Mn-doped transparent alumina ceramics
Pišťák, Jan ; Maca, Karel (referee) ; Drdlík, Daniel (advisor)
This work deals with the preparation of Al2O3 ceramics doped with manganese, the study of basic physical and microstructural properties and the description of the dissolution kinetics of manganese in the Al2O3 matrix. Al2O3 ceramics and Al2O3 ceramics doped with 1 and 5 at.% Mn3O4 with different dopant particle sizes were successfully prepared by the slip casting method. The prepared ceramic materials were sintered at temperatures of 1100 and 1150 °C with different dwell times. The density in sintered samples was monitored depending on the preparation parameters and thermal treatment conditions. It was found during the microstructure observation that even at a relatively low temperature, the rapid dissolution of the dopant in the Al2O3 matrix occurred, while in the samples containing 1 at.% Mn3O4, this dopant was already completely dissolved. In the case of samples with a concentration of 5 at.% Mn3O4, a spinel phase was identified in the matrix. In addition, some samples were found to have unreacted dopant particles excreted from the matrix during ceramographic processing. Therefore, the goal of the bachelor thesis could not be completely fulfilled, i.e. the kinetics of dopant dissolution could not be studied for objective reasons.
|
|
Transparent polycrystalline ceramics at visible and infrared wavelenghts
Veselý, Jan ; Maca, Karel (referee) ; Trunec, Martin (advisor)
his thesis deals with preparation of transparent ceramic sheets made out of sub-µm alumina powder. Green bodies are prepared by ultraviolet (UV) curing of UV curable resin containing ceramic powder followed by debinding of organic parts at elevated temperature. High relative density of green bodies is essential for reduction of shrinkage during subsequent sintering process. Therefore high solids loading dispersions containing > 57 vol% ceramic particles are used. To reach transparent behaviour, porosity within the sheets must be reduced completely. Therefore hot isostatic pressing (HIP) is used as a final operation. Finally, light transmission and hardness measurements are presented. Possibilities of making high resolution microstructures using maskless lithography and some suggestions for use of the UV curing technique for production of complex-shaped 3D structures are briefly mentioned.
|
|
Determination of optimum sintering schedule of oxide ceramics
Průdek, Miloš ; Hadraba, Hynek (referee) ; Maca, Karel (advisor)
The sintering of cubic ZrO2 (stabilized with 8mol% Y2O3) by Single-Step sintering was studied in this bacherol‘s thesis. Two types of commercial powders with different particle size of 80nm and 140nm were used. It was studied whether the grain size of the sample sintered for shorter time at higher density is higher or smaller than after sintering for longer time at lower temperature. It was found taht for cubic zirconia the sintering for a longer time at lower temperature is advantageous from the point of view of decreasing the grain size fo cintered ceramics.
|
|
Properties of novel magnetoelectric and multiferroic ceramic materials
Osička, Luděk ; Kachlík, Martin (referee) ; Maca, Karel (advisor)
Literature search about properties of magnetoelectric and multiferroic ceramic materials was made. Ferromagnetism and ferroelectricity and requirements for materials in which both of these properties can exist in the same phase were discussed. Further, multiferroics were classified by mechanism of ferroelectricity and by their crystal structure. Finally, multiferroic and magnetoelectric composites and some examples of strong magnetoelectric effect in multiferroics were described. In experimental part of this bachelor thesis preparation of specimens of magnetoelectric perovskite EuTiO3 was described. Prepared specimens had higher density than specimens described in literature and were phase-pure and they are suitable for research of magnetoelectric properties of EuTiO3 by infrared spectroscopy.
|
|
Study of microstructure evolution during intermediate stage of sintering of advanced ceramic materials
Jemelka, Marek ; Pouchlý, Václav (referee) ; Maca, Karel (advisor)
Hlavním cílem této diplomové práce byl popis závislosti kritické hustoty (tj. hustota, při které se tubulární póry zcela přemění na póry izolované a uzavřené) a průměrné velikosti zrn při této hustotě na rozdílných rychlostech ohřevu během druhého stádia slinovacího procesu. Dosažené výsledky jsou velice důležité, např. pro produkci transparentních balistických pancířů, vysoce výkonných řezných nástrojů či kostních a kloubních implantátů, jelikož poskytují informace pro výběr nejvhodnější slinovací metody, jejímž výsledkem jsou vzorky v předslinutém stavu s minimální velikostí zrn pro následnou metodu izostatického lisování za tepla (post –HIP). Bylo zjištěno, že kritická hustota všech studovaných oxidových materiálů (Al2O3, tetragonální ZrO2 a kubické ZrO2) není významně závislá na rychlosti ohřevu v rozmezí od 2°C/min do 200°C/min a průměrné hodnoty kritických hustot jsou 96.3 %; 92,4 % a 93,0 % pro Al2O3, t- ZrO2 a c-ZrO2. Výsledky z dosavadní literatury prokázali, že kritická hustota není taktéž závislá na mikrostruktuře keramického polotovaru, a tedy je možné usuzovat, že kritická hustota je materiálovou konstantou závislou na dihedrálním úhlu materiálu. Slinovací trajektorie (tj. závislost průměrné velikosti zrn na relativní hustotě) byly vyhodnoceny jak pro všechny tři způsoby slinování lišící se rychlostí ohřevu (2, 10 a 200 °C/min s dobou výdrže 5 min), tak pro takzvaný způsob slinování- long-dwell (nízké slinovací teploty s dobou výdrže 5 – 10 h). Výsledky nepotvrdily, že by některá z alternativních metod slinování vedla ke snížení průměrné velikosti zrn při kritické hustotě materiálu, a tudíž v současnosti nejvyužívanější metoda pro přípravu materiálů v předslinutém stavu, tzv. metoda konvenčního slinování (rychlost ohřevu 10 °C/min, doba výdrže 5 min), zůstává i nadále vhodnou metodou pro přípravu vzorků s optimální mikrostrukturou pro následný post-HIP proces.
|
|
Processing and properties of lead free piezoceramic materials
Tásler, Jan ; Částková, Klára (referee) ; Maca, Karel (advisor)
This bachelor thesis deals with the study of lead free piezoceramic materials with comprehensive focus on the material called BCZT. The effect of different milling duration of the ceramic precursors and the effect of sintering temperature of the green body on the relative density and grain size of the final ceramics is studied on the prepared samples of this material with chemical composition of (Ba0,85Ca0,15)(Zr0,1Ti0,9)O3. Also, the effect of microstructure on the piezoelectric properties is examined. Both the milling duration and sintering temperature are key factors which influence the microstructure of ceramics. The effect of microstructure on the piezoelectric properties was confirmed mainly for piezoelectric coefficients d33 and kp.
|
|
Synthesis and Properties of Ceramic Photocatalytic Materials
Strejček, Josef ; Maca, Karel (referee) ; Cihlář, Jaroslav (advisor)
Two methods of synthesis of ceramic catalytic perovskite materials for fotochemical decomposition of water and partial oxidation of methane were studied. The method based on mechanochemical activation of oxide reactants followed high temperature solid state reaction made possible preparation of almost one phase perovskites of InVO4, InNbO4, InTaO4, EuVO4, EuNbO4 a EuTaO4. Pseudo sol-gel synthesis combined with high temperature solid state reaction lead to one phase perovskites or products with more than 90% of perovskites phase of the Sm-Ca-Co-Al-O type.
|
|
Laminated Ceramic Composites - Deposition, Structure and Properties
Drdlík, Daniel ; Maca, Karel (referee) ; Cihlář, Jaroslav (advisor)
The work was focused on the preparation of layered ceramic materials and their characterizations. The direct measurment of weight deposite for enhanced description of one component system was studied within this work. The kinetics of electrophoretic deposition obtained from theoretical calculation and from experimental values were confronted. It was prepared a lot of depositions for described kinetic of electrophoretic deposition with applied constant currents. The relative density and porosity were determined on the annealled and sintered bodies. The hardness measurments were performed on sintered bodies and then resulted values were confronted with the used currents. A ceramic composite based on Al2O3 and ZrO2 was prepared by using of precision describtion of electrophoretic deposition kinetic.
|