|
|
Využití 3D tisku k přípravě pokročilých keramických materiálů
Klusáček, Martin ; Kachlík, Martin (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
V této závěrečné práci jsou shrnuty hlavní metody 3D tisku sloužící ke tvarování pokročilé keramiky, vzájemné srovnání a zmínění jejich předností a nevýhod. V experimentální části byly připraveny dva druhy keramických suspenzí, které byly použity k ověřování možnosti využití komerčně dostupné 3D tiskárny k automatizovanému odlévání do silikonových forem a k přímému tisku 2D tvaru. Následně byly analyzovány výsledky na základě reprodukovatelnosti metody a relativních hustot vzorků. Z hlediska hmotností jednotlivých odlitků bylo dosaženo přesnosti 5,3 % a bylo zjištěno, že lze dosáhnout relativní hustoty vzorků přes 98 % s přesností 1 %.
|
|
|
Vývoj světlocitlivých keramických suspenzí pro 3D tisk porézních bioskafoldů
Ravasová, Michaela ; Novotná, Lenka (oponent) ; Částková, Klára (vedoucí práce)
Cieľom diplomovej práce je vývoj svetlocitlivých keramických suspenzií pre tvorbu poréznych bioskafoldov pomocou 3D tlače. Suspenzie boli založené na báze oxidu hlinitého a v druhej fáze experimentálnej časti na báze kalcium fosfátov. Teoretická časť diplomovej práce je zameraná na opis ľudskej kosti a vlastností bioskafoldov, prehľad biomateriálov a metód príprav poréznej biokeramiky s následným prehľadom doterajších výsledkov iných vedeckých skupín v danej oblasti. Experimentálna časť popisuje vývoj suspenzií. Bol sledovaný vplyv monomérov, fotoiniciátorov, disperzantu a keramického prášku na vlastnosti suspenzií a ich schopnosť fotopolymerizácie. Optimalizovaním suspenzií bolo dosiahnuté vhodné zloženie pre 3D tlač skafoldov z oxidu hlinitého. Množstvo disperzantu a keramického prášku bolo volené podľa výsledkov reologických meraní a pomer monomérov a obsah iniciátorov podľa gelačných testov, kde bola sledovaná závislosť polymerizácie živice od dĺžky času osvietenia. Suspenzie boli následne vytlačené a spekané. U spekaných telies bola charakterizovaná mikroštruktúra so zameraním na defekty špecifické pre proces odstraňovania spojiva. Po vytvorení suspenzie z oxidu hlinitého vhodnej pre 3D tlač bol rovnaký postup aplikovaný i na tvorbu suspenzií na báze kalcium fosfátov. Výstupom diplomovej práce je suspenzia na báze oxidu hlinitého, respektíve trikalcium fosfátu pripravená zo zmesi dvoj a štvorfunkčných akrylátov v hmotnostnom pomere 1:1, s 73-77 hm.%, respektíve 65 hm.% plnením prášku a 2 hm.%, respektíve 3 hm.% disperzantu. Suspenzia je vhodná pre stereolitografickú 3D tlač tenkostenných telies pre biomedicínske aplikácie.
|
|
|
Eliminace vzniku oxidů pří svařování AL slitin
Vagunda, Pavel ; Kocich, Radim (oponent) ; Sigmund, Marian (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá hledáním příčiny vzniku oxidů ve svarovém spoji, které mají dopad na vznik defektů s nimi spojenými. Cílem bylo určit místa v technologickém postupu, která mohou mít největší vliv na jejich vznik. Vytipována byla tato místa: vliv času skladování, vliv svářeče a vliv čistícího efektu oblouku. Proběhlo svaření vzorků simulující tyto vlivy na svarech typu Y a HY s neúplným průvarem. Nejvíce dat k zhodnocení poskytla makroskopická kontrola. U většiny vzorků se vlivem oxidů objevovaly defekty v kořeni svaru. Následně byla posouzena jejich přípustnost. Z vyhodnocení bylo zjištěno, že největší eliminace je dosahováno výrazně zvýšeným čistícím účinkem oblouku. Ostatní vlivy neprokázaly významné rozdíly. V závěru je navržen technologický postup, který spočívá v úpravě polotovarů nebo umístění svaru tak, aby v místě svaru došlo k plnému provaření kořene a vznikl tak spoj, který by nepodléhal negativním vlivům spojených s oxidy.
|
|
| |
|
|
Nanostrukturované materiály na bázi aluminy pro elektrochemické senzory a biosenzory
Kynclová, Hana ; Hynek, David (oponent) ; Trnková, Libuše (oponent) ; Prášek, Jan (vedoucí práce)
Dizertační práce je zaměřena na základní výzkum a vývoj nanostrukturovaných povrchů připravených pomocí nanoporézní aluminy. Metodou anodické oxidace byly připraveny různé druhy nanostrukturovaných povrchů se zlatými nanostrukturami a nanoporézní aluminové membrány pro využití v elektrochemických senzorech a biosenzorech. Nanostrukturované povrchy byly připravovány metodou elektrochemické anodizace hliníkového materiálu za vzniku hexagonálně uspořádaných nanopórů. Do nanoporézních masek pak bylo elektrochemicky redukcí z roztoku dikyanozlatnanu draselného deponováno zlato metodou pulzní depozice. Připravené zlaté nanostrukturované povrchy byly elektrochemicky charakterizovány elektrochemickou impedanční spektroskopií a voltametrií, byla zkoumána jejich teplotní stabilita a vliv žíhání při atmosférickém tlaku i ve vakuu na jejich elektrochemické chování. V další části práce byly připraveny zlaté nanostruktury o různých rozměrech a byl sledován vliv tvaru a rozměrů nanostruktur na elektrochemické chování. Nanostrukturované povrchy byly také modifikovány 11–merkaptoundekanovou kyselinou a byl sledován vliv modifikace na elektrochemické výsledky. Poslední část práce se věnuje přípravě nanoporézních aluminových membrán a studiu jejich molekulové propustnosti.
|
|
|
Tailoring of microstructure of advanced ceramic materials by conventional and non-conventional sintering approaches
Prajzler, Vladimír ; Bermejo, Raúl (oponent) ; Bača,, Ľuboš (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
This doctoral study investigated microstructural evolution of selected oxide ceramic materials during conventional sintering (CS), rapid rate sintering (RRS), flash sintering (FS), and spark plasma sintering (SPS). Considering ceramics for structural applications, the relatively large (1cm3), defect-free, and nearly dense alumina and yttria-stabilized zirconia (YSZ) pellets with uniform microstructure were prepared by RRS. The RRS was also found as an optimal method for preparation of highly dense lead-free piezoelectric ceramics with the similar performance as obtained by more time- and energy-consuming CS. The SPS methods further improved the properties of lead-free piezoelectric ceramics, producing fully dense samples which is a good prerequisite for translucency, and thus, additional optoelectrical properties. The most optimal results – a full density and high piezoelectric performance – were attained by combining SPS and RRS approaches. The analyses performed in this study also pointed out the importance of elimination of volatile impurities prior to the rapid heating. Otherwise, these substances are trapped in the sintered ceramic, which in turn limits its final density. It was shown that the low final densities of RRS YSZ are connected to the entrapment of residual chlorine originating from powder synthesis. If residual chlorine was removed by high-temperature annealing of the green bodies before the onset of RRS, almost fully dense YSZ samples were obtained by following RRS. The negative effect of residual chlorine on densification was also visible in flash sintered YSZ samples. Moreover, the FS of YSZ often results in an accelerated grain growth in the sample core due to a higher temperature and electrochemical reduction. In the spectrum of our process parameters, it even led to abnormal grain growth (AGG). The strongly bimodal grain size distribution showed in this work was not reported in flash sintered YSZ before. The AGG was explained by two contributing factors – large sample size, which resulted in localization of electric current and formation of hot-spots, and overall accelerated grain growth kinetics in the specimen core caused by electrochemical reduction.
|
|
|
New nanodevices for electronics - fabrication and characterization
Márik, Marian ; Husák,, Miroslav (oponent) ; Mikulík,, Petr (oponent) ; Hubálek, Jaromír (vedoucí práce)
This work proposes a technique for fabrication of a self-ordered nanostructures for electrical applications. The devices were prepared by anodic oxidation in two lengths and three different heat treatments. The structural characterization using SEM, TEM and EDX technics, respectively, were evaluated from structural and material point of view as well. The unique root structure of the highly self-ordered nanocolumn arrays was evaluated and compared after three different heat treatments: as anodized, vacuum annealed and air annealed, respectively. The possible crystallographic orientation of the columns was not observed, however the nano-crystallites under the root structures were found. The electrical study about the devices shown resistive switching behavior (RS), diode like behavior and a capacitive coupled diode like behavior as well. The active surface, from RS point of view, for the switching mechanism is at the top of the nanocolumns and the gold top electrode. The Schottky barrier height of the Ti/TiO2 interface was calculated with two methods, and it was lower than 1,11 eV for all three devices.
|
|
|
Extremely fast sintering of advanced ceramic materials
Tan, Hua ; Chlup,, Zdeněk (oponent) ; Sedláček,, Jaroslav (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Rapid sintering techniques, such as Spark Plasma Sintering (SPS), Flash Sintering (FS), Selective Laser Sintering (SLS), Induction Sintering (IS), and Microwave Sintering (MS), are designed to effectively and predictably control ceramic microstructure during the sintering process. Spark Plasma Sintering as one of the most novel rapid sintering technique has been studied for decades. There are three main features in SPS: direct Joule heating, pulsed direct current, and mechanical pressure. However, the mechanisms of these features are not clearly and fully addressed. This thesis was inspired by the increasing attention towards rapid sintering techniques and open scientific questions. The present study has four parts, investigation of ‘Field effect’, pulse pattern effect, pressure effect, and direct Joule heating. The results showed the negligible impact of the electromagnetic field during SPS according to the simulation as well as no ‘field effect’ was found during the experiments. While the effect of pulse pattern was significant, the TiO2 powder was sintered by pulse patterns 12:2 and 10:9 with the constant power input. Titania grain size increased one order of magnitude and 8% in density after application of the pulse pattern 10:9, while the amount of consumed energy remained constant. The variation of the effective power and contact resistance induced by the mechanical pulse are two main reasons accounting for the varying energy efficiency heating with different pulse patterns. The pressure timing effect also significantly influenced the SPS. The results showed that applying the pressure at 900 brought high density and small grain size of the sintered alumina nanopowder, leading to the best Vickers hardness. The interaction between pressure and vapor, leading to the different vapor transfer rate of the first sintering stage, was considered as a reason for the differences in microstructure (micropores, grain size, etc.). The timing of the mechanical pressure can also promote the densifying diffusion mechanisms during the second sintering stage, such as grain boundary diffusion and lattice diffusion. The direct Joule heating of the electrically conductive samples by direct electrical current passing through the sample leads to high internal and low measured temperature when sintering boron carbide (B4C) and its composites. Adding titanium alloy and silicon in B4C significantly increased the densification, which was the main reason for the change of mechanical properties. The sample doped by 1 vol. % of Ti alloy (B4C+1.0Ti) reached the hardness 3628.5 ± 452.6 HV1 (16.2% higher than pure boron carbide) with a fracture toughness 2.11 ± 0.25 MPam0.5. The sample doped by 0.5 vol. % of Si (B4C+0.5Si) achieved the hardness 3524.6 ± 207.8 HV1 (13.0% higher than pure boron carbide), the sample B4C+1.0Si achieved the highest fracture toughness 2.97 ± 0.03 MPam0.5 (15.6% higher than pure boron carbide). The grains of titanium doped composites became a bit larger and inhomogeneous compared with the pure boron carbide. In contrast, the grain size of silicon doped samples did not change compared with that of pure boron carbide. The secondary phase silicon carbide was well connected with the boron carbide matrix and showed a great strengthen effect on both the hardness and fracture toughness. This work examined various features of the SPS technique and their effect on ceramic materials, leading to a better understanding of this novel technique.
|
|
|
Nanášení kovové vrstvy na keramické substráty pro úpravu povrchových vlastností
Dvorský, Vojtěch ; Kachlík,, Martin (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Práce se soustředí na přípravu povlaku niklu na keramický (Al2O3) substrát. Depozice niklu byla provedena technikou bezproudého pokovování v lázni za různých kinetických podmínek. Rovněž byl zkoumán vliv rozměrů, tvarů a drsností povrchu keramických substrátů. Cílem bylo optimalizovat experimentální podmínky lázně pro přípravu tenkých homogenních kovových vrstev. Připravené povlaky niklu byly charakterizovány pomocí rastrovací elektronové mikroskopie, EDX analýzy, mechanické profilometrie a pokovovací lázeň byla analyzována metodou UV-VIS spektrofotometrie. Modifikací procesu depozice bylo dosaženo souvislých povlaků niklu na keramickém substrátu a byl popsán kinetický mechanismus sledovaného experimentálního systému lázně.
|
|
|
Tenké a dopované keramické substráty pro plasmové aplikace
Hliničan, Jan ; Šťastná, Eva (oponent) ; Šťastný, Přemysl (vedoucí práce)
Bakalářská práce se zabývá shrnutím poznatků na téma: Tenké a dopované keramické substráty pro plasmové aplikace. Práce je členěna do dvou částí. První část představuje literární rešerši, která se zabývá výrobou tenkých keramických pásek metodou tape castingu a jejich použitím. Druhá část je experimentální. Zabývá se přípravou pásek z oxidu hlinitého, dopovaných hořečnatým spinelem (MgAl2O4) v různých množstvích. Na připravených strukturách bude vyhodnoceno fázové složení a mikrostruktura. Připravené vzorky budou použity na výrobu elektrod pro atmosferické plasmové výboje.
|
host ::
RSS.