|
|
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.
|
|
|
Study of the synthesis and processing conditions on the structure and properties of (Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 lead-free ceramics
Bijalwan, Vijay ; Liedermann, Karel (oponent) ; Olhero,, Susana Maria Henriques (oponent) ; Button, Timothy William (vedoucí práce)
The lead free piezoelectric ceramic is a current topic of interest to replace lead based ceramics due to the demand of environmental protection and health concerns. Different materials have been discovered so far, including (K, Na) NbO3 (KNN), (Bi, Na) TiO3 (BNT), (Bi, Na) TiO3 – BaTiO3 (BNT-BT) etc. However, their piezoelectric properties are not fully comparable to the lead based ceramics (e.g. Lead zirconate titanate ((Pb Zr)TiO3). To match the high functional properties of Pb-based materials, a new material system, (1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 or (Ba, Ca) (Zr, Ti) O3 ((1-x)BZT-xBCT or BCZT) was recently found, which possess very high piezoelectric and dielectric properties. The drawback of this composition is its very high sintering temperature (1520°C) in order to achieve high piezoelectric properties (e.g. Piezoelectric constant d33 > 600 pC/N). In this work, based on BCZT system, ceramics with high functional properties were fabricated by addition/substitution of CeO2 while reducing its sintering temperature to 1350°C. The CeO2 addition (y = 0.07 wt.%) to (Ba0.85Ca0.15) (Zr0.1Ti0.9) O3 ceramic reduced its sintering temperature drastically and high densification was achieved at 1350°C, together with increased Curie Temperature, TC ~ 105°C, and controlled grain size ~ 10 - 13 m. The phase transition from rhombohedral to tetragonal (R-T) was identified between y = 0 - 0.1 wt.% by the X ray diffraction (XRD) which in line with the Raman spectra analysis. A detailed study of microstructural and structural characteristics is shown with its correlation to the dielectric, ferroelectric and piezoelectric properties. Best functional properties were observed for BCZT - y wt.% CeO2 ceramics where y=0.07 wt.%, in which piezoelectric constant d33 = 507±20pC/N, planar coupling coefficient kp = 51.8 %, dielectric permittivity r = 4091±100, tangent loss tan = 0.02, remenant polarization Pr = 13.58C/cm2, coercive field EC = 2.13kV/cm and normalized strain d33* or Smax/Emax = 840pm/V. The two step sintering (TSS) technique demonstrated a homogeneous grain growth and high density (~ 99% of theoretical density). (Ba0.85Ca0.15-y Cey) (Zr0.1Ti0.9) O3 (BCCeZT) lead free piezoelectric ceramics were also prepared where CeO2 was used as a substitution at A-site of BCZT’s lattice system. The shifting of XRD peaks towards higher angles suggests cell contraction and we speculate occupation of Ce ions at A site. It is found that ~ (10 - 12) m grain size is critical for the processing of high performance lead free BCCeZT ceramics. The best properties were obtained for y;Ce = 0.00135 sintered at 1350°C/4h having as d33 = 501±10 pC/N, kp = 38.5±1.92 %, Pr = 12.19 C/cm2, TC = 108.1 °C and strain (S) of 0.14 %. To investigate further the effects of A-site substitution, (Ba1-x-y Cax Cey) (Zr0.1 Ti0.9) O3 ceramics (x:Ca = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20 and y;Ce = 0.00135) were fabricated. Again, when grain size was ~ 13um, high piezoelectric properties (d33 = 457pC/N) for x;Ca = 0.15 were observed when sintered at 1425 °C, while when grain size > 16 microns, d33 reduced below 200 pC/N. the XRD analysis shows the phase transition from orthorhombic to tetragonal as x;Ca content increases.
|
|
|
Piezoceramic materials prepared by electrophoretic deposition
Zeman, Dominik ; Chlup, Zdeněk (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
This bachelor thesis deals with the preparation of piezoceramic materials based on Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3 using electrophoretic deposition, which was used for this type of material for the first time. The influence of preparation method, milling time and sintering temperature on mean grain size, relative density, mechanical and piezoelectric properties of samples were investigated. The high energy milling lasting 30-240 min increased electrical conductivity of the suspensions which led to reduction of deposition rate and the density of deposits was increased up to 47.4%. The reduced particle size in green body allowed using of relative low sintering temperature (1350°C) while the deposits with high density of 95.9% and piezoelectric coefficient of d33* = 1027 pm/V were obtained. The hardness of piezoceramic materials prepared was in range of 2.6-3.1 GPa.
|
|
|
Příprava a optimalizace piezoelektrických materiálů na bázi BCZT pro energy harvesting
Fojtík, Ondřej ; Holcman,, Vladimír (oponent) ; Tofel, Pavel (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá výrobou a optimalizací bezolovnaté piezokeramiky na bázi (Ba0,85Ca0,15Zr0,1Ti0,9)O3 (BCZT). Práškový BCZT prekurzor byl syntetizován metodou sol gel. Závislost relativní hustoty, mikrostruktury, fázového složení a piezoelektrických vlastností na slinovací teplotě v rozmezí 1300–1500 °C byla studována na vzorcích tvaru disků, které byly připraveny izostatickým lisováním za studena (CIP) při tlaku 700 MPa. Bylo zjištěno, že slinování při 1300 a 1350 °C vede ke keramice s jemnozrnnou mikrostrukturou, vykazující špatné piezoelektrické vlastnosti (d*33 = 50 pC·N1, resp. 65 pC·N1). Nejvyšší hodnoty piezoelektrického nábojového koeficientu bylo dosaženo slinutím při 1500 °C, kdy bylo naměřeno d*33 = 390 pC·N1. Dále byly metodou tape castingu připraveny tlusté BCZT vrstvy. Bylo optimalizováno složení keramické suspenze a byly otestovány různé způsoby slinování pro získání naprosto rovných vrstev BCZT keramiky. Nepodařilo se najít vhodný slinovací režim, nejméně zdeformovaných vrstev bylo dosaženo slinováním v závěsu na ZrO2 tyčince. U vrstev byla nejvyšší hodnota d*33 naměřena při slinutí na 1400 °C s výdrží 4 h (d*33 = 340 pC·N1).
|
|
|
Příprava a vlastnosti piezoelektrických-dielektrických keramických kompozitů
Kučera, Ondřej ; Drdlík, Daniel (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá materiály kombinujícími dielektrickou a piezoelektrickou keramiku. V první části, literární rešerši, je popsána příprava keramických materiálů a termodynamika jejich slinování. Dále jsou zde shrnuty elektrické vlastnosti keramických materiálů a dosavadní poznatky o bezolovnatých piezokeramikách na bázi BaTiO3. Experimentální část popisuje postup přípravy piezoelektrických BCZT keramik od vstupních práškových prekurzorů přes jejich reakční slinování až po slinutí práškového kompozitu v hutné těleso. U těchto vzorků byly naměřeny charakteristické vlastnosti jako hustota, tvrdost, velikost zrn, relativní permitivita, piezoelektrický koeficient a ztrátový činitel.
|
|
|
Příprava a optimalizace piezoelektrických materiálů na bázi BCZT pro energy harvesting
Fojtík, Ondřej ; Holcman,, Vladimír (oponent) ; Tofel, Pavel (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá výrobou a optimalizací bezolovnaté piezokeramiky na bázi (Ba0,85Ca0,15Zr0,1Ti0,9)O3 (BCZT). Práškový BCZT prekurzor byl syntetizován metodou sol gel. Závislost relativní hustoty, mikrostruktury, fázového složení a piezoelektrických vlastností na slinovací teplotě v rozmezí 1300–1500 °C byla studována na vzorcích tvaru disků, které byly připraveny izostatickým lisováním za studena (CIP) při tlaku 700 MPa. Bylo zjištěno, že slinování při 1300 a 1350 °C vede ke keramice s jemnozrnnou mikrostrukturou, vykazující špatné piezoelektrické vlastnosti (d*33 = 50 pC·N1, resp. 65 pC·N1). Nejvyšší hodnoty piezoelektrického nábojového koeficientu bylo dosaženo slinutím při 1500 °C, kdy bylo naměřeno d*33 = 390 pC·N1. Dále byly metodou tape castingu připraveny tlusté BCZT vrstvy. Bylo optimalizováno složení keramické suspenze a byly otestovány různé způsoby slinování pro získání naprosto rovných vrstev BCZT keramiky. Nepodařilo se najít vhodný slinovací režim, nejméně zdeformovaných vrstev bylo dosaženo slinováním v závěsu na ZrO2 tyčince. U vrstev byla nejvyšší hodnota d*33 naměřena při slinutí na 1400 °C s výdrží 4 h (d*33 = 340 pC·N1).
|
|
|
Piezoceramic materials prepared by electrophoretic deposition
Zeman, Dominik ; Chlup, Zdeněk (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
This bachelor thesis deals with the preparation of piezoceramic materials based on Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3 using electrophoretic deposition, which was used for this type of material for the first time. The influence of preparation method, milling time and sintering temperature on mean grain size, relative density, mechanical and piezoelectric properties of samples were investigated. The high energy milling lasting 30-240 min increased electrical conductivity of the suspensions which led to reduction of deposition rate and the density of deposits was increased up to 47.4%. The reduced particle size in green body allowed using of relative low sintering temperature (1350°C) while the deposits with high density of 95.9% and piezoelectric coefficient of d33* = 1027 pm/V were obtained. The hardness of piezoceramic materials prepared was in range of 2.6-3.1 GPa.
|
|
|
Study of the synthesis and processing conditions on the structure and properties of (Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 lead-free ceramics
Bijalwan, Vijay ; Liedermann, Karel (oponent) ; Olhero,, Susana Maria Henriques (oponent) ; Button, Timothy William (vedoucí práce)
The lead free piezoelectric ceramic is a current topic of interest to replace lead based ceramics due to the demand of environmental protection and health concerns. Different materials have been discovered so far, including (K, Na) NbO3 (KNN), (Bi, Na) TiO3 (BNT), (Bi, Na) TiO3 – BaTiO3 (BNT-BT) etc. However, their piezoelectric properties are not fully comparable to the lead based ceramics (e.g. Lead zirconate titanate ((Pb Zr)TiO3). To match the high functional properties of Pb-based materials, a new material system, (1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 or (Ba, Ca) (Zr, Ti) O3 ((1-x)BZT-xBCT or BCZT) was recently found, which possess very high piezoelectric and dielectric properties. The drawback of this composition is its very high sintering temperature (1520°C) in order to achieve high piezoelectric properties (e.g. Piezoelectric constant d33 > 600 pC/N). In this work, based on BCZT system, ceramics with high functional properties were fabricated by addition/substitution of CeO2 while reducing its sintering temperature to 1350°C. The CeO2 addition (y = 0.07 wt.%) to (Ba0.85Ca0.15) (Zr0.1Ti0.9) O3 ceramic reduced its sintering temperature drastically and high densification was achieved at 1350°C, together with increased Curie Temperature, TC ~ 105°C, and controlled grain size ~ 10 - 13 m. The phase transition from rhombohedral to tetragonal (R-T) was identified between y = 0 - 0.1 wt.% by the X ray diffraction (XRD) which in line with the Raman spectra analysis. A detailed study of microstructural and structural characteristics is shown with its correlation to the dielectric, ferroelectric and piezoelectric properties. Best functional properties were observed for BCZT - y wt.% CeO2 ceramics where y=0.07 wt.%, in which piezoelectric constant d33 = 507±20pC/N, planar coupling coefficient kp = 51.8 %, dielectric permittivity r = 4091±100, tangent loss tan = 0.02, remenant polarization Pr = 13.58C/cm2, coercive field EC = 2.13kV/cm and normalized strain d33* or Smax/Emax = 840pm/V. The two step sintering (TSS) technique demonstrated a homogeneous grain growth and high density (~ 99% of theoretical density). (Ba0.85Ca0.15-y Cey) (Zr0.1Ti0.9) O3 (BCCeZT) lead free piezoelectric ceramics were also prepared where CeO2 was used as a substitution at A-site of BCZT’s lattice system. The shifting of XRD peaks towards higher angles suggests cell contraction and we speculate occupation of Ce ions at A site. It is found that ~ (10 - 12) m grain size is critical for the processing of high performance lead free BCCeZT ceramics. The best properties were obtained for y;Ce = 0.00135 sintered at 1350°C/4h having as d33 = 501±10 pC/N, kp = 38.5±1.92 %, Pr = 12.19 C/cm2, TC = 108.1 °C and strain (S) of 0.14 %. To investigate further the effects of A-site substitution, (Ba1-x-y Cax Cey) (Zr0.1 Ti0.9) O3 ceramics (x:Ca = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20 and y;Ce = 0.00135) were fabricated. Again, when grain size was ~ 13um, high piezoelectric properties (d33 = 457pC/N) for x;Ca = 0.15 were observed when sintered at 1425 °C, while when grain size > 16 microns, d33 reduced below 200 pC/N. the XRD analysis shows the phase transition from orthorhombic to tetragonal as x;Ca content increases.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.