|
|
Ceramic materials and composites for advanced applications
Mařák, Vojtěch ; Částková, Klára (oponent) ; Michálková,, Monika (oponent) ; Drdlík, Daniel (vedoucí práce)
This thesis focuses on advanced oxide ceramics and particle and laminate composites. The materials studied include bioceramic hydroxyapatite, thermomiotic aluminium tungstate, and lead-free barium titanate-based piezoelectrics. These ceramics suffer from several limitations in their processing and properties, including the use of toxic stabilisers, low densification, susceptibility to cracking, undesirable chemical reactions, and poor mechanical and electrical performance. This work addresses these issues by tailoring individual processing steps and employing novel fabrication and treatment methods to optimise the desired performance of the materials. Plasma treatment of hydroxyapatite powder allowed electrophoretic deposition without toxic stabilisers, resulting in denser and crack-free coatings, as was also showcased on orthopaedic screws. Thermomiotic aluminium tungstate, known for its near-zero coefficient of thermal expansion, was synthesised by optimised co-precipitation to produce a powder with improved sinterability. Rapid pressure-less sintering and spark plasma sintering were used to densify the material to the highest density at the lowest temperature to date. The microstructural evolution of barium titanate piezoceramics was studied using rapid pressure-less sintering and radiation assisted sintering. The gained knowledge was used to sinter barium titanate-based particle composites with reinforcing tougher oxide ceramics. High reactivity between selected materials had a negative influence on the properties of the composites, and one of the reaction products was characterised in greater detail. Laminated composites were prepared by alternating barium titanate-based and dielectric zirconia layers. The high reactivity of piezoelectric materials was inhibited by the sintering strategy. In summary, this dissertation thesis aims to improve the understanding of ceramic material properties and processing techniques, provide insight into performance optimisation, and address critical limitations across diverse applications.
|
|
|
Výpočtové modelování a analýza šíření trhlin v keramických kompozitech obsahující residuální napětí
Černý, Hynek ; Majer, Zdeněk (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá 3D výpočtovým modelováním šíření trhlin v částicových a vrstevnatých keramických kompozitech. Nejdříve byly prozkoumány všechny dostupné nástroje lomové mechaniky v softwaru ANSYS a jejich vhodnost pro řešení zadaného tématu. V další části byl analyzován průchod trhliny částicovými kompozity, kde byl kladen důraz na vliv odlišné tuhosti a teplotní roztažnosti všech složek kompozitu. Nejdříve byl průchod trhliny odladěn na modelu homogenního materiálu, následně byl přidán vliv odlišné tuhosti složek kompozitu a v poslední fázi byl přidán i vliv zbytkové napjatosti. Z dosažených výsledků bylo možné popsat vliv dříve vyjmenovaných faktorů na energii potřebnou pro šíření trhlin. Tento vytvořený model by měl být aplikovatelný na i na model reálného kompozitu, díky čemuž by mělo být možné kvantifikovat, jestli je kompozit z hlediska šíření trhlin odolnější než homogenní materiál. V poslední části práce byl analyzován průchod trhliny vrstevnatými keramickými lamináty, kde byl opět kladen důraz na rozdílné tuhosti a teplotní roztažnosti všech složek laminátu. V této části bylo využito velké výhody programu ANSYS Mechanical APDL, a to možnosti skriptování. Pomocí vytvořených maker byl vytvořen parametrický model, který byl po zadání vstupních údajů schopný sám vytvořit geometrii výpočtového modelu, zadat okrajové podmínky, vytvořit síť výpočtového modelu, nastavit analýzu a spustit výpočet. Vytvořený model lze pak využít například pro zjišťování zdánlivé lomové houževnatosti laminátů, díky které lze posoudit nakolik je použitá konfigurace vhodnější než použití homogenního materiálu.
|
host ::
RSS.