|
|
Mechanické vlastnosti dopovaných piezokeramických materiálů na bázi BaTiO3
Zeman, Dominik ; Chlup, Zdeněk (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
Táto diplomová práca sa zaoberá štúdiom základných fyzikálnych, mikroštruktúrnych a mechanických vlastností dopovaných piezokeramických materiálov na bázi BaTiO3 pripravených pomocou elektroforetickej depozície. Ako dopanty boli použité oxidy kovov vzácnych zemín, tj. Eu2O3, Er2O3, CeO2, Dy2O3 a Tb4O7 v množstvách 1, 3 a 5 hm.%. Na vzorkách bol skúmaný vplyv druhu dopantu a jeho obsahu na hustotu, fázové zloženie, strednú veľkosť zrna, tvrdosť, lomovou húževnatosť, modul pružnosti a pevnosť v ohybe. Správnou voľbou dopantu bolo možné zvýšiť relatívnu hustotu spekaných vzoriek, znížiť priemernú veľkosť zrna, zvýšiť tvrdosť, modul pružnosti, lomovú húževnatosť a pevnosť v ohybe. Boli dosiahnuté relatívne hustoty až 99,2 %, veľkosť zrna pod 1 m, tvrdosť až 13,1 GPa, modul pružnosti až 199 GPa, lomová húževnatosť nad 1 MPa·m1/2 a ohybovú pevnosť nad 115 MPa.
|
|
|
Vliv parametrů elektroforetické depozice na konečné vlastnosti keramiky
Husák, Roman ; Čelko, Ladislav (oponent) ; Hadraba, Hynek (vedoucí práce)
Elektroforetická depozice je experimentálně nenáročná tvarovací metoda umožňující připravit keramické materiály ze stabilní suspenze částic pomocí stejnosměrného elektrického pole. Cílem práce bylo ověřit, jak velikost elektrického proudu a tudíž rychlost ukládání částic na elektrodu ovlivňují mikrostrukturu a finální vlastnosti keramiky. Byly připraveny vrstvy Al2O3 a ZrO2 ze stabilních suspenzí prášků v isopropanolu stabilizovaných kyselinou monochloroctovou. Bylo zjištěno, že skutečná časová závislost rychlosti ukládání částic na elektrodu se lišila od teoretické předpovědi pro dané elektrické podmínky. Z měření kinetiky elektroforetické depozice byla proto stanovena aktuální elektroforetická pohyblivost částic a efektivní hmotnost částic účastnících se depozice. Bylo zjištěno, že s rostoucím elektrickým proudem klesala skutečná elektroforetická pohyblivost částic a naopak rostl podíl částic v suspenzi ukládající se na elektrodě. Rostoucí rychlost částic při vyšších elektrických proudech také vedla k horšímu uspořádání částic na elektrodě, což se projevilo v růstu pórů a v růstu celkové hustoty depozitů. Tyto mikrostrukturní změny se projevily v poklesu tvrdosti keramiky nanesené vyššími proudy, a to v případě Al2O3 až o 300HV5.
|
|
|
Příprava a vlastnosti dopovaných piezokeramických materiálů na bázi BaTiO3
Mařák, Vojtěch ; Chlup, Zdeněk (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá přípravou dopovaných piezokeramických materiálů na bázi BaTiO3 pomocí elektroforetické depozice. Jako dopantů bylo použito pět oxidů kovů vzácných zemin, tj. Er2O3, Dy2O3, Eu2O3, Tb407 a CeO2 v množstvích 1, 3, a 5 hm. %. Připravené depozity byly hodnoceny z hlediska metodiky přípravy, vysokoteplotní dilatometrie, rentgenové difrakce, relativní hustoty, střední velikosti zrn, tvrdosti a fraktografické analýzy. Studií dilatometrických křivek bylo popsáno slinovací chování a jeho změny při různém složení materiálu. Rentgenovou difrakční analýzou byla zjištěna tetragonální fáze u všech vzorků, přičemž tetragonalita krystalické buňky BaTiO3 klesala s obsahem dopantů. Vhodnou volbou dopantu bylo možné výrazně zvýšit relativní hustotu slinutých vzorků, jejich tvrdost a zároveň zamezit hrubnutí mikrostruktury při tepelném zpracování. Bylo dosaženo relativní hustoty až 98 %, střední velikosti zrn pod 1 m a tvrdosti přes 10 GPa. Analýzou lomových ploch bylo zjištěno, že pro většinu studovaných materiálů byl mód lomu transkrystalický, pouze u vzorků dopovaných oxidem ceričitým se jednalo o lom smíšený. Ze získaných poznatků bylo identifikováno vhodné složení materiálu pro plánované použití ve vrstevnatém piezokeramickém harvestoru, který je kromě vrstev BaTiO3 tvořen funkčně-ochrannými vrstvami Al2O3 a ZrO2.
|
|
|
Vrstevnaté keramické kompozitní materiály - příprava, struktura a vlastnosti
Drdlík, Daniel ; Maca, Karel (oponent) ; Cihlář, Jaroslav (vedoucí práce)
Byla zpracována literární rešerše na téma vrstevnaté keramické materiály zahrnující popis keramických materiálů a metod nanášení keramických vrstev. Byla navržena metodika přímého měření hmotnosti depozitu pro přesný popis kinetiky jednosložkových materiálů. Byla popsána teoretická závislost kinetiky elektroforetické depozice a srovnána s experimentálními daty. Byla připravena řada elektroforetických depozic s cílem lépe popsat kinetiku elektroforetické depozice při různých konstantních proudech. Bylo provedeno hodnocení depozitů získaných elektroforetickou depozicí z hlediska výsledné hustoty po žíhání a po procesu slinování. Dále bylo provedeno měření velikosti pórů. Rovněž byly provedeny série měření tvrdosti a získané hodnoty srovnány s danými elektrickými podmínkami připravených depozic. Byl zjištěn pokles tvrdosti s rostoucím proudem, což ve shodě s měřením hustoty ukázalo na nižší stupeň uspořádanosti struktury při vyšších rychlostech ukládání částic v hutný nevodivý depozit. Pomocí podrobných poznatků o funkci kinetiky keramických materiálů za konstantního proudu I=5 mA byl připraven vrstevnatý keramický kompozitní materiál z keramických materiálů na bázi Al2O3 a ZrO2.
|
|
|
Studium přípravy a vlastností biokeramických kompozitů na bázi Ca-fosfátů a ZrO2
Sláma, Martin ; Drdlík, Daniel (oponent) ; Cihlář, Jaroslav (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá přípravou biokeramických kompozitních materiálů na bázi Ca-fosfátů a ZrO2. Byla provedena řada experimentů zaměřených na stanovení vhodného složení suspenzí. Úprava suspenzí vysokoenergetickým mletím měla za cíl přípravu depozitů s dobrými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi pomocí EPD. Bylo provedeno hodnocení vlivu doby mletí, množství kyseliny monochloroctové v isopropanolové suspenzi, indiferentního elektrolytu LiCl a ZrO2 na průběh depozic a výsledné vlastnosti depozitů. Vliv slinovací teploty, doby mletí a obsahu vláken ZrO2 na chemické a strukturní složení byl určen pomocí rentgenové analýzy, měřením hustoty a strukturní analýzou pomocí skenovacího elektronového mikroskopu. Mechanické a bioaktivní vlastnosti slinutých depozitů byly stanoveny v závislosti na době mletí a obsahu ZrO2 vláken.
|
|
|
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.
|
|
|
Pokročilé heterostrukturní keramické materiály
Drdlík, Daniel ; Lapčík,, Lubomír (oponent) ; Veselý, Michal (oponent) ; Cihlář, Jaroslav (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá pokročilými keramickými materiály připravenými elektroforetickou depozicí (EPD). Při studiu bylo použito vertikální uspořádání EPD v režimu konstantního proudu. Připravené depozity z oxidu hlinitého (Al2O3), oxidu zirkoničitého (ZrO2) a jejich kompozitů byly hodnoceny po stránce morfologie (obrazové strukturní analýzy), fyzikálních vlastností (výtěžky depozice, hustota, drsnost povrchu depozitu) a mechanických vlastností (tvrdost, lomová houževnatost, modul pružnosti). Ve stabilizovaných isopropanolových disperzích obsahující Al2O3 nebo ZrO2 částice bylo zjištěno, že na povrchu zmíněných amfoterních oxidů dochází v přítomnosti kyselého nebo zásaditého stabilizátoru k tvorbě povrchového náboje opačného znaménka (inverzního náboje) než je tomu v případě vodných disperzí. Byl navržen model „inverzní“ stabilizace částic oxidu hlinitého a oxidu zirkoničitého. Tento typ elektroforetické depozice byl hlouběji prostudován v přítomnosti kyselých stabilizátorů. Na základě získaných výsledků (-potenciál a elektrická vodivost disperze, výtěžky EPD, hustota depozitu, drsnost povrchu depozitu atd.) bylo zjištěno, že nejvhodnějším typem kyselého stabilizátoru je kyselina monochloroctová. Disperze obsahující isopropanol, kyselinu monochloroctovou, Al2O3 nebo ZrO2 byly studovány z hlediska kinetiky EPD zahrnující vývoj nové metodiky měření kinetiky EPD a vlivu kinetiky na finální vlastnosti připravených depozitů. Pomocí dobré znalosti kinetiky EPD byly připraveny optimalizované vrstevnaté materiály (Al2O3/ZrO2 – lamináty) s definovanou tloušťkou vrstev. Tyto materiály obsahující 100-150 vrstev Al2O3 a ZrO2 s pevně vázaným rozhraním byly studovány z hlediska vnitřních napětí a jejich vlivu na šíření trhliny keramickým laminátem. Bylo zjištěno, že majoritní podíl na odklánění trhliny měla tlaková vnitřní napětí, tj. čím větší byl podíl tlakových napětí v laminátu, tím větší byl odklon trhliny. Tato práce přinesla nové poznatky v oblasti stabilizace keramických disperzí v nevodných prostředích a přípravy pokročilých heterostrukturních keramických materiálů.
|
|
|
Studium biokeramického kompozitu na bázi hydroxyapatitu a bioskla
Virágová, Eliška ; Hadraba, Hynek (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studiem biokeramických kompozitních materiálů na bázi hydroxyapatitu (HAp) a bioskla (BG). Pro přípravu těchto materiálů byla zvolena metoda mokrého tvarování – elektroforetická depozice (EPD). Byla evaluována metodika přípravy a její vliv na relativní hustotu a distribuci pórů v připravených kompozitech. Bylo provedeno studium slinovacího procesu připravených kompozitních materiálů pomocí vysokoteplotní dilatometrie s následným vyhodnocením mikrostrukturních a mechanických vlastností. Bylo zjištěno, že pomocí EPD lze úspěšně připravit částicové kompozity, jejichž mikrostrukturní kvalitu ovlivňuje zejména elektrická vodivost suspenze. Při studiu kinetiky depozičního procesu bylo zjištěno, že EPD probíhá nejrychleji v suspenzi s nejnižší elektrickou vodivostí. Se zvyšujícím se obsahem BG v HAp rostla relativní hustota materiálů a také docházelo ke snížení četnosti a zvětšení průměru pórů. Při vysokoteplotní dilatometrii byl patrný pokles relativního smrštění se vzrůstajícím obsahem HAp ve struktuře. Pozorování mikrostruktury ukázalo krystalickou strukturu BG a otevřenou porozitu HAp, která je pro biokompatibilní materiály žádoucí. Fázové složení jednotlivých materiálů bylo určeno pomocí rentgenové difrakční analýzy. V rámci mechanických vlastností byl zjištěn nárůst tvrdosti a Youngova modulu pružnosti se vzrůstajícím obsahem BG v biokeramických kompozitech. Na základě získaných poznatků byl identifikován vhodný postup a materiálové složení pro plánovanou přípravu funkčně gradientního materiálu na bázi HAp a BG
|
|
|
Influence of lamine thickness on bifurcation appearance in ceramic laminate
Sorokina, Kristina ; Ševeček, Oldřich (oponent) ; Hadraba, Hynek (vedoucí práce)
In layered ceramic composite materials the internal residual stresses occur due to thermal expansion coefficient mismatch of individual layers. During cooling of layered composite from sintering temperature the layers start to shrink with different rate according to the thermal expansion coefficient. Permanent compressive and tensile residual stresses generate in individual layers if they are strongly bonded together. Magnitude of the residual stresses is controlled by volume ratio between two combined materials. In this work, ceramic laminates consisted of 7 and 9 alternated layers combining two different ceramic materials were prepared by sequential slip casting and electrophoretic deposition and subsequently studied. The prepared laminates were analyzed for existence of edge cracks in layers containing compressive residual stresses. By using results of 2D parametric numerical model and combination of compressive residual stress and layer thickness, the prediction of presence and absence of edge cracking were compared with the actual presence and absence of edge cracks in compressive layers. The crack bifurcation caused by edge cracks presence was studied on the 3D fracture surfaces reconstruction of laminate prepared after testing of flexural strength.
|
|
|
Mechanické vlastnosti dopovaných piezokeramických materiálů na bázi BaTiO3
Zeman, Dominik ; Chlup, Zdeněk (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
Táto diplomová práca sa zaoberá štúdiom základných fyzikálnych, mikroštruktúrnych a mechanických vlastností dopovaných piezokeramických materiálov na bázi BaTiO3 pripravených pomocou elektroforetickej depozície. Ako dopanty boli použité oxidy kovov vzácnych zemín, tj. Eu2O3, Er2O3, CeO2, Dy2O3 a Tb4O7 v množstvách 1, 3 a 5 hm.%. Na vzorkách bol skúmaný vplyv druhu dopantu a jeho obsahu na hustotu, fázové zloženie, strednú veľkosť zrna, tvrdosť, lomovou húževnatosť, modul pružnosti a pevnosť v ohybe. Správnou voľbou dopantu bolo možné zvýšiť relatívnu hustotu spekaných vzoriek, znížiť priemernú veľkosť zrna, zvýšiť tvrdosť, modul pružnosti, lomovú húževnatosť a pevnosť v ohybe. Boli dosiahnuté relatívne hustoty až 99,2 %, veľkosť zrna pod 1 m, tvrdosť až 13,1 GPa, modul pružnosti až 199 GPa, lomová húževnatosť nad 1 MPa·m1/2 a ohybovú pevnosť nad 115 MPa.
|
host ::
RSS.