|
|
Preparation of nanocrystalline ceramic materials made from zirconia oxide
Vlček, Ondřej ; Prajzler, Vladimír (referee) ; Šťastný, Přemysl (advisor)
Bachelor thesis is focused on preparation of nanocrystalline stabilized zirconia ceramics. The theoretical part is dedicated to zirconia ceramics. Theoretical part describes and unveil the transformation-induced toughening mechanism in partially stabilized zirconia ceramics, the processing routes of these ceramic materials and their utilization. The research part describes preparation of yttria partially stabilized nanocrystalline zirconia ceramics by slip casting method.
|
|
|
Fast sintering of advanced ceramic materials
Prajzler, Vladimír ; Salamon, David (referee) ; Maca, Karel (advisor)
The bachelor thesis is dealing with fast sintering of advanced ceramic materials, such as tetragonal zirconia and alumina in conventional resistance furnace. This approach is made possible by special superkanthal furnace, which is capable to reach a heating rate of 200 °C/min. Samples obtained through fast sintering reached relative density higher than 93% for zirkonia and 97% for alumina, without forming any cracks in samples. Achieved relative density in the case of tetragonal zirconia was higher for samples with larger pores in the green body. This behavior is different of conventional sintering and leads to considerations of heat transfer mainly by radiation.
|
|
|
The microstructure evaluation of advanced oxide ceramics during fast sintering
Prajzler, Vladimír ; Chlup, Zdeněk (referee) ; Maca, Karel (advisor)
The diploma thesis deals with influence of fast pressure-less sintering on the microstructure of advanced ceramic materials, namely -Al2O3 and tetragonal ZrO2 (doped by 3 mol% Y2O3) with particle sizes ranging from 60 nm to 270 nm. Fast and controlled heating rate was enabled by utilization of the special superkanthal furnace with moving sample holder. Defect-free bulk and dense samples were prepared using heating rates in order of 100-200 °C/min. Higher densities reached the samples pressed by higher pressures; the specimens with densities higher than 99 % t.d. were prepared within tens of minutes for alumina as well as for zirconia with very low thermal conductivity. Different behavior was observed only for material TZ-3Y, which exhibited core-shell structure with dense surface and porous centre after sintering at heating rates higher than 10 °C/min. It was shown in this work that such behavior was not primarily caused by the high thermal gradient resulting from high heating rates. Its creation was probably caused by chlorine impurities. The mechanism of desintering of these samples was described and eliminated by calcination of the samples at 1000 °C for 10 hours prior to fast sintering at 1500 °C, so even this material could be fast sintered up to 99.9 % theoretical density.
|
|
|
Tailoring of microstructure of advanced ceramic materials by conventional and non-conventional sintering approaches
Prajzler, Vladimír ; Bermejo, Raúl (referee) ; Bača,, Ľuboš (referee) ; Maca, Karel (advisor)
Tato doktorská práce se zabývala mikrostrukturálním vývojem vybraných oxidových keramických materiálů během konvenčního slinování (CS), rychlého slinování (RRS), flash slinování (FS) a slinování pomocí plazmatu (SPS). S ohledem na keramiku pro strukturální aplikace byly pomocí RRS připraveny relativně velké (1 cm3), bez defektní a téměř hutné pelety oxidu hlinitého a yttriem stabilizovaného oxidu zirkoničitého (YSZ) s homogenní mikrostrukturou. RRS bylo také shledáno jako optimální metoda pro přípravu vysoce hutné bezolovnaté piezoelektrické keramiky s podobnými vlastnostmi, jako byly získány po časově a energeticky náročnějším CS. Metoda SPS dále zlepšila vlastnosti bezolovnaté piezoelektrické keramiky a produkovala plně hutné vzorky, což je dobrým předpokladem pro translucenci a z níž vyplývajícím optoelektrickým vlastnostem. Nejoptimálnějších výsledků – plné hustoty a vysokých piezoelektrických vlastností – bylo dosaženo kombinací SPS a RRS. Analýzy provedené v této studii také poukázaly na důležitost eliminace těkavých nečistot před rychlým ohřevem. Jinak totiž dochází k zachycení těchto látek ve slinuté keramice, což ve výsledku limituje její konečnou hustotu. Ukázalo se, že nízké konečné hustoty RRS YSZ jsou spojeny se zachycením zbytkového chloru pocházejícího ze syntézy prášku. Pokud byl zbytkový chlor odstraněn vysokoteplotním žíháním keramických kompaktů před zahájením RRS, byly touto metodou získány téměř plně hutné YZS vzorky. Negativní vliv zbytkového chloru na zhutnění byl viditelný také u flash slinovaných YSZ vzorků. Navíc FS YSZ často vede ke zrychlení růstu zrn v jádře vzorku, v důsledku vyšší teploty a elektrochemické redukce. Ve spektru procesních parametrů použitých v rámci této práce dokonce došlo k abnormálnímu růstu zrna (AGG). Silně bimodální distribuce velikosti zrn ukázaná v této práci nebyla dříve nalezena u flash slinutého YSZ. AGG byl vysvětlen dvěma přispívajícími faktory – relativně velkou velikostí vzorku, která vedla k lokalizaci elektrického proudu a vzniku horkých míst (z angl. hot-spots), a celkově akcelerovanou kinetikou růstu zrn v jádře vzorku způsobenou elektrochemickou redukcí.
|
|
|
Preparation of the lead-free piezoceramic by non-conventional sintering methods
Sršeň, Maroš ; Prajzler, Vladimír (referee) ; Pouchlý, Václav (advisor)
Ceramic materials that exhibit piezoelectric properties currently have a variety of uses in various industries, such as the automotive industry or information technology. Leading materials are currently the best ceramic piezoelectrics, but these materials show considerable toxicity. This has led to the need to find health-safe and environmentally friendly materials based on lead-free piezoelectric materials. Among these materials, KNN-based materials prove to be good candidates. However, their preparation has its own specifications, and therefore the use of conventional sintering methods may not lead to the desired results. It is for this reason that research into the preparation of these materials using unconventional sintering methods that use electric current for sintering has come to the fore in recent years. One of these methods is the Spark Plasma Sintering method, which has therefore been intensively researched in recent years. Within the experimental part of the work, ceramic bodies based on KNN were prepared. Sintering was performed by a conventional method using a laboratory oven, as well as by an unconventional Spark Plasma Sintering method, and the results were compared. Compacting ceramic bodies with high relative density were obtained by sintering by both methods. It has been shown that the Spark Plasma Sintering method can be used to prepare lead-free piezoelectric materials with a high relative density in a relatively short time. It has also been confirmed that the Spark Plasma sintering method has several advantages over conventional sintering methods, and that the ceramic bodies obtained have a higher relative density when sintered by this method.
|
|
|
Tailoring of microstructure of advanced ceramic materials by conventional and non-conventional sintering approaches
Prajzler, Vladimír ; Bermejo, Raúl (referee) ; Bača,, Ľuboš (referee) ; Maca, Karel (advisor)
Tato doktorská práce se zabývala mikrostrukturálním vývojem vybraných oxidových keramických materiálů během konvenčního slinování (CS), rychlého slinování (RRS), flash slinování (FS) a slinování pomocí plazmatu (SPS). S ohledem na keramiku pro strukturální aplikace byly pomocí RRS připraveny relativně velké (1 cm3), bez defektní a téměř hutné pelety oxidu hlinitého a yttriem stabilizovaného oxidu zirkoničitého (YSZ) s homogenní mikrostrukturou. RRS bylo také shledáno jako optimální metoda pro přípravu vysoce hutné bezolovnaté piezoelektrické keramiky s podobnými vlastnostmi, jako byly získány po časově a energeticky náročnějším CS. Metoda SPS dále zlepšila vlastnosti bezolovnaté piezoelektrické keramiky a produkovala plně hutné vzorky, což je dobrým předpokladem pro translucenci a z níž vyplývajícím optoelektrickým vlastnostem. Nejoptimálnějších výsledků – plné hustoty a vysokých piezoelektrických vlastností – bylo dosaženo kombinací SPS a RRS. Analýzy provedené v této studii také poukázaly na důležitost eliminace těkavých nečistot před rychlým ohřevem. Jinak totiž dochází k zachycení těchto látek ve slinuté keramice, což ve výsledku limituje její konečnou hustotu. Ukázalo se, že nízké konečné hustoty RRS YSZ jsou spojeny se zachycením zbytkového chloru pocházejícího ze syntézy prášku. Pokud byl zbytkový chlor odstraněn vysokoteplotním žíháním keramických kompaktů před zahájením RRS, byly touto metodou získány téměř plně hutné YZS vzorky. Negativní vliv zbytkového chloru na zhutnění byl viditelný také u flash slinovaných YSZ vzorků. Navíc FS YSZ často vede ke zrychlení růstu zrn v jádře vzorku, v důsledku vyšší teploty a elektrochemické redukce. Ve spektru procesních parametrů použitých v rámci této práce dokonce došlo k abnormálnímu růstu zrna (AGG). Silně bimodální distribuce velikosti zrn ukázaná v této práci nebyla dříve nalezena u flash slinutého YSZ. AGG byl vysvětlen dvěma přispívajícími faktory – relativně velkou velikostí vzorku, která vedla k lokalizaci elektrického proudu a vzniku horkých míst (z angl. hot-spots), a celkově akcelerovanou kinetikou růstu zrn v jádře vzorku způsobenou elektrochemickou redukcí.
|
|
|
Preparation of the lead-free piezoceramic by non-conventional sintering methods
Sršeň, Maroš ; Prajzler, Vladimír (referee) ; Pouchlý, Václav (advisor)
Ceramic materials that exhibit piezoelectric properties currently have a variety of uses in various industries, such as the automotive industry or information technology. Leading materials are currently the best ceramic piezoelectrics, but these materials show considerable toxicity. This has led to the need to find health-safe and environmentally friendly materials based on lead-free piezoelectric materials. Among these materials, KNN-based materials prove to be good candidates. However, their preparation has its own specifications, and therefore the use of conventional sintering methods may not lead to the desired results. It is for this reason that research into the preparation of these materials using unconventional sintering methods that use electric current for sintering has come to the fore in recent years. One of these methods is the Spark Plasma Sintering method, which has therefore been intensively researched in recent years. Within the experimental part of the work, ceramic bodies based on KNN were prepared. Sintering was performed by a conventional method using a laboratory oven, as well as by an unconventional Spark Plasma Sintering method, and the results were compared. Compacting ceramic bodies with high relative density were obtained by sintering by both methods. It has been shown that the Spark Plasma Sintering method can be used to prepare lead-free piezoelectric materials with a high relative density in a relatively short time. It has also been confirmed that the Spark Plasma sintering method has several advantages over conventional sintering methods, and that the ceramic bodies obtained have a higher relative density when sintered by this method.
|
|
|
Preparation of nanocrystalline ceramic materials made from zirconia oxide
Vlček, Ondřej ; Prajzler, Vladimír (referee) ; Šťastný, Přemysl (advisor)
Bachelor thesis is focused on preparation of nanocrystalline stabilized zirconia ceramics. The theoretical part is dedicated to zirconia ceramics. Theoretical part describes and unveil the transformation-induced toughening mechanism in partially stabilized zirconia ceramics, the processing routes of these ceramic materials and their utilization. The research part describes preparation of yttria partially stabilized nanocrystalline zirconia ceramics by slip casting method.
|
|
| |
|
|
The microstructure evaluation of advanced oxide ceramics during fast sintering
Prajzler, Vladimír ; Chlup, Zdeněk (referee) ; Maca, Karel (advisor)
The diploma thesis deals with influence of fast pressure-less sintering on the microstructure of advanced ceramic materials, namely -Al2O3 and tetragonal ZrO2 (doped by 3 mol% Y2O3) with particle sizes ranging from 60 nm to 270 nm. Fast and controlled heating rate was enabled by utilization of the special superkanthal furnace with moving sample holder. Defect-free bulk and dense samples were prepared using heating rates in order of 100-200 °C/min. Higher densities reached the samples pressed by higher pressures; the specimens with densities higher than 99 % t.d. were prepared within tens of minutes for alumina as well as for zirconia with very low thermal conductivity. Different behavior was observed only for material TZ-3Y, which exhibited core-shell structure with dense surface and porous centre after sintering at heating rates higher than 10 °C/min. It was shown in this work that such behavior was not primarily caused by the high thermal gradient resulting from high heating rates. Its creation was probably caused by chlorine impurities. The mechanism of desintering of these samples was described and eliminated by calcination of the samples at 1000 °C for 10 hours prior to fast sintering at 1500 °C, so even this material could be fast sintered up to 99.9 % theoretical density.
|
guest ::
RSS feed.