|
|
Highly porous ceramic materials prepared by Spark Plasma Sintering
Barančíková, Miriama ; Spusta, Tomáš (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Porous ceramic materials are an interesting group of materials due to a wide range of physical properties, low density, and good permeability. Production of a monolith with a shape stability that would also have a high specific surface area and high porosity is a common problem with porous ceramics. The goal of this work was to maintain the high specific surface area and to produce a monolith with a shape stability. Two forms of porous silica nanofibers (as prepared and milled) were used and partially sintered using the Spark Plasma Sintering method (SPS). Different sintering times and temperatures for SPS were tested. The findings revealed that the best SPS conditions were as follows: temperature: 600 °C, sintering time: 5 minutes, pressure: 3 MPa, and the heating rate: 144 °C/min. These sintering conditions resulted in a stable silica based machinable monolith made from fibers or milled fibers. The monoliths have the specific surface area of up to 470 m^2/g and porosity of 72 %, or the specific surface area of up to 422 m^2/g and porosity of 69 % for as prepared fibers and milled fibers, respectively.
|
|
|
Preparation of Mg-Al-Ti bulk materials via powder metallurgy
Brescher, Roman ; Doskočil, Leoš (oponent) ; Březina, Matěj (vedoucí práce)
This diploma thesis deals with research and preparation of bulk materials based on the Mg–Al–Ti system. The theoretical part summarizes the basic knowledge about magnesium alloys, focusing mainly on Mg–Al and Mg–Ti systems. Furthermore, basic information on powder metallurgy methods was included here, from the production of powder materials, through their compaction, to heat treatment and spark plasma sintering (SPS). The theoretical part ends with literature review on the current research of the Mg–Al–Ti system. In the experimental part, bulk materials based on the Mg–Al–Ti system was prepared using traditional methods of powder metallurgy, as well as using the SPS method. The microstructure of the material, elemental and phase composition was examined in this thesis. Subsequently, Vickers hardness and flexural strength were measured, and fractographic observation of the fracture surface was performed. It was found that the aluminum was completely dissolved during the heat treatment, but the titanium particles remained almost intact in the material and worked as a particulate reinforcement. Materials prepared by methods of conventional powder metallurgy showed increased porosity compared to materials prepared by the SPS, resulting in lower hardness and flexural strength. The hardness increased with increasing the amount of aluminum and titanium and with the amount of magnesium phase . Fractographic observation of the fracture surface suggests that a diffuse connection between the reinforcement and the matrix may have occurred after the sintering process.
|
|
|
Microstructure and microhardness evaluation for NiCrAlY materials manufactured by spark plasma sintering and plasma spraying
Hulka, Iosif ; Mušálek, Radek ; Lukáč, František ; Klečka, Jakub ; Chráska, Tomáš
NiCrAlY deposited by different thermal spraying methods is commonly used as the bond coat material in thermal barrier coatings (TBCs). In the present study, two experimental coatings were deposited by hybrid water stabilized plasma (WSP-H) and radio frequency inductively coupled plasma (RF-ICP) using the same feedstock powder. Spark plasma sintering (SPS) was used to manufacture a compact NiCrAlY from the same feedstock powder as a reference material. Microstructure, internal oxidation, phase characterization and quantification of the mechanical behaviour in terms of microhardness were studied. The investigations clearly showed microstructural and mechanical differences between the NiCrAlY samples manufactured by different plasma technologies. The results confirmed that SPS and RF-ICP provide dense structures with no oxides due to the fabrication under protective atmosphere and similar mechanical properties. Thus, RF-ICP may be used for deposition of very dense coatings with microstructure and hardness comparable to compacted materials prepared by SPS.
|
|
|
Vlastnosti slitin s vysokou entropií legovaných kvazikrystaly
Adami, Martin ; Tesař,, Tomáš (oponent) ; Čížek, Jan (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá zpracováním vysokoentropických slitin s přídavkem kvazikrystalů metodou slinování plazmatickým výbojem. Cílem je posouzení vlivu obsahu kvazikrystalických částic na strukturu materiálu a jeho otěruvzdornost. Rešerše je členěna do několika sekcí. První část zaujímá obecný popis vysokoentropických slitin a kvazikrystalů, včetně jejich vlastností a způsobu výroby. Další část je věnována slinování pomocí plazmatického výboje a problematice opotřebení. V experimentální části byly vzorky slinuty při teplotě 1100 °C, podrobeny analýze pomocí skenovacího elektronového mikroskopu a rentgenové difrakci a testovány na odolnost proti opotřebení metodou pin-on-disk. Bylo zjištěno, že s rostoucím obsahem kvazikrystalických částic v materiálu dochází ke zvyšování otěruvzdornosti.
|
|
|
Advanced aluminium alloys prepared by powder metallurgy and spark plasma sintering
Molnárová, Orsolya ; Málek, Přemysl (vedoucí práce) ; Haušild, Petr (oponent) ; Vojtěch, Dalibor (oponent)
Mechanické vlastnosti hliníkových slitin velice závisí na jejich fázovém složení a mikrostruktuře. Vysoká pevnost může být dosažena mimo jiné zavedením vysoké objemové frakce jemných, homogenně rozptýlených částic druhé fáze a zjemněním velikosti zrna. Prášková metalurgie umožňuje přípravu materiálů s jemnými zrny a se zvýšenou rozpustností legujících prvků v pevném stavu, což je příznivým prekurzorem pro další zvýšení pevnosti pomocí částic druhé fáze. Plynová atomizace byla použita pro přípravu prášků komerční slitiny Al7075 a její modifikace obsahující 1 wt% Zr. Část atomizovaných prášků byla mechanicky mletá za různých podmínek. Mechanické mletí snížilo velikost zrna až do rozmezí nanometrů a příslušná mikrotvrdost překročila hodnotu 300 HV. Prášky byly konsolidovány metodou plazmového sintrování na kompakty téměř plné hustoty. Díky krátké době a relativně nízké teplotě sintrování může být příznivá mikrostruktura prášků zachována v kompaktu. Velikost zrna kompaktů připravených z mletého prášku byla zachována v submikrokrystalickém rozmezí a mikrotvrdost blízká 200 HV překročila hodnotu charakteristické pro tepelně zpracovaný protějšek připravený ingotovou metalurgií. Připravené kompakty si po své expozici teplotě 425 řC zachovaly svou jemnozrnnou strukturu a vysokou mikrotvrdost.
|
|
|
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.
|
|
|
Struktura a mechanické vlastnosti materiálů na bázi hořčíku připravených metodou SPS
Pleskalová, Kateřina ; Hutařová, Simona (oponent) ; Doležal, Pavel (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá zpracováním hořčíkových práškových materiálů s přídavkem zinku metodou slinování jiskrovým výbojem. Cílem je posouzení vlivu parametrů přípravy a obsahu zinku na strukturu materiálu a jeho mechanické vlastnosti. Teoretická část práce je rozdělena na dvě hlavní kapitoly. První kapitola popisuje materiály na bázi hořčíku a je zmíněno také jejich využití v oblasti medicíny. Druhá pak rozebírá práškovou metalurgii, konkrétně hořčíkové prášky a metodu slinování jiskrovým výbojem. V experimentální části byly vzorky slinuty při teplotách 300 °C a 400 °C a podrobeny analýze pomocí světelného a skenovacího elektronového mikroskopu, EDS analýze a měření tvrdosti, mikrotvrdosti a pevnosti v ohybu. Byl pozorován nárůst tvrdosti se zvyšujícím se obsahem zinku a se zvyšující se teplotou slinování. Pevnost v ohybu dosahovala vyšších hodnot pro materiály slinované při teplotě 400 °C.
|
|
|
Příprava bezolovnatých piezokeramických materiálů pomocí nekonvenčních slinovacích metod
Sršeň, Maroš ; Prajzler, Vladimír (oponent) ; Pouchlý, Václav (vedoucí práce)
Keramické materiály, ktoré vykazujú piezoelektrické vlastnosti majú v súčasnej dobe celú radu využití v rôznych priemyselných odvetviach, ako napríklad v automobilovom priemysle alebo informačných technológiách. Najlepšími keramickými piezoelektrikami sú v súčasnej dobe materiály na báze olova, avšak tieto materiály vykazujú značnú toxicitu. Táto skutočnosť viedla k potrebe nájdenia zdravotne bezpečných a pre životné prostredie nezávadných materiálov na báze bezolovnatých piezoelektrických materiálov. Medzi týmito materiálmi sa ako dobrý kandidáti ukazujú materiály na báze KNN. Ich príprava však má svoje špecifikácie, a preto využitie konvenčných metód spekania nemusí viesť k požadovaným výsledkom. Práve z tohto dôvodu sa v posledných rokoch dostal do popredia výskum prípravy týchto materiálov pomocou nekonvenčných metód spekania- techník, ktoré k spekaniu využívajú elektrický prúd. Jednou z týchto metód je metóda Spark Plasma Sintering, ktorá je preto v posledných rokoch intenzívne skúmaná. V rámci experimentálnej časti práce boli pripravené keramické telesá na báze KNN. Spekanie prebehlo konvenčnou metódou s použitím laboratórnej pece, aj nekonvenčnou metódou Spark Plasma Sintering a výsledky boli porovnané. Pri spekaní obidvomi metódami boli získané kompaktné keramické telesá s vysokou relatívnou hustotou. Podarilo sa preukázať, že metódou Spark Plasma Sintering je možné pripraviť bezolovnaté piezoelektrické materiály, s vysokou relatívnou hustotou za pomerne krátky čas. Taktiež bolo potvrdené, že metóda Spark Plasma sintering má oproti konvenčným metódam spekania viaceré výhody, a že získané keramické telesá vykazujú pri spekaní touto metódou vyššiu relatívnu hustotu.
|
|
|
Highly porous ceramic materials prepared by Spark Plasma Sintering
Barančíková, Miriama ; Spusta, Tomáš (oponent) ; Salamon, David (vedoucí práce)
Porous ceramic materials are an interesting group of materials due to a wide range of physical properties, low density, and good permeability. Production of a monolith with a shape stability that would also have a high specific surface area and high porosity is a common problem with porous ceramics. The goal of this work was to maintain the high specific surface area and to produce a monolith with a shape stability. Two forms of porous silica nanofibers (as prepared and milled) were used and partially sintered using the Spark Plasma Sintering method (SPS). Different sintering times and temperatures for SPS were tested. The findings revealed that the best SPS conditions were as follows: temperature: 600 °C, sintering time: 5 minutes, pressure: 3 MPa, and the heating rate: 144 °C/min. These sintering conditions resulted in a stable silica based machinable monolith made from fibers or milled fibers. The monoliths have the specific surface area of up to 470 m^2/g and porosity of 72 %, or the specific surface area of up to 422 m^2/g and porosity of 69 % for as prepared fibers and milled fibers, respectively.
|
|
| |
host ::
RSS.