|
|
Lamination of ceramic tapes
Smiešková, Jana ; Pouchlý, Václav (referee) ; Trunec, Martin (advisor)
This master’s thesis deals with ways of lamination of ceramic tapes prepared by gel–tape casting method. The thesis is divided into two parts. The first part, a literary recherche, describes methods of production of thin ceramic layers. The main focus is on the tape casting method. The second, experimental, part of the thesis describes the preparation of ceramic suspensions, the fabrication of thin ceramic layers by gel–tape casting method, the preparation of laminated bodies from thick-walled discs and laminated tapes and it also shows a possibility of creating of ceramic layers by the spin coating method used on polycrystalline ceramic substrate.
|
|
|
An investigation of novel electroceramic structures for new sensor applications
Nan, Bo ; Liedermann, Karel (referee) ; Milne, Steven (referee) ; Button, Timothy William (advisor)
Piezoelektrické keramické materiály jsou široce používány v mnoha aplikacích a průmyslových odvětvích, nicméně tradiční materiály obvykle obsahují olovo, které je toxické vůči životnímu prostředí. Většina zemí proto zavedla zákony a omezení, které postupně minimalizují spotřebu olova a podporují výzkum v oblasti bezolovnatých kompozic, které by nahradily olověné protějšky. Bezolovnatá piezoelektrická keramika se tak stala žhavým tématem v posledních letech. Nicméně výzkumy na praktické využití bezolovnatých piezoelektrických materiálů jsou jen zřídka publikovány. V této diplomové práci byl vybrán jeden z nadějných kandidátů na piezoelektrickou bezolovnatou keramiku (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 za účelem zkoumání metody snížení jeho vysoké teploty slinování pomocí dotování uhličitanem lithným, kde syntéza prášku byla připravená pomocí techniky sol-gel. Výsledky byly srovnány s konvenčním práškem syntetizovaným v pevné fázi. Vzorky vyrobené ze sol-gel prášku dopovaného 0.5% hmotn. uhličitanem lithným a slinované při 1300 °C po dobu 2 hodin vykazovaly d33 = 447 ± 9 pC N–1, teplotu Curie 98.7 °C a velikost zrn 7.0 ± 0.3 m. Další důležitou otázkou pro aplikace bezolovnatého piezoelektrického keramického materiálu je jeho výroba v různých konfiguracích. Použitím techniky odlévání pásky a aditivních výrobních postupů byla piezoelektrická keramika zpracována do tří různých konfigurací (2-2, 3-3 a 1-3), aby se překlenula mezera mezi materiálovými vědami a materiálovým inženýrstvím. Pro dolévání pásky byly použity suspenze na bázi oleje a vody. Pro přípravu neslinutých keramických fólií bez trhlin, byly pro odlévání na bázi oleje vyvinuty uhlíkové suspenze s obsahem pevných látek 25% hmotn. a BCZT suspenze s obsahem pevných látek 65% hmotn. Problém práškové hydrolýzy ve vodných suspenzích byl vyřešen povrchovou úpravou prášku Al(H2PO4)3, což umožnilo, aby byly tlusté vrstvy bez trhlin odlety v jednom kroku. Tlusté vrstvy slinované při 1500 °C vykazovaly relativní dielektrickou konstantu 1207, dielektrickou ztrátu 0.018 při 1 kHz, remanentní polarizaci 7.54 µC/cm2 a koercitivní síla intenzity pole (Ec) 0.23 kV/mm při 3 kV/mm. Pro tvarování BCZT v konfiguraci 3-3 a 1-3 byla použita přímá metoda tisknutí inkoustu. Pro správnou úpravu tiskového procesu byla použita inkoustová náplň s viskoelastickým chováním obsahující 41.6% obj. pevných látek BCZT a se zpracovatelskými přísadami (HPMC ~ 2.4% a PEI ~ 0.03%). Vzorky v konfiguraci 3-3, slinované při 1500 °C, vykazovaly nejvyšší dielektrické a piezoelektrické vlastnosti, kde Curieho teplota = 86 °C, tan = 0.021, remanentní polarizace = 4.56 µC/cm2 a d33 = 100 ± 4 pC/N. Vzorky v konfiguraci 1-3 slinované při 1500 °C, které byly smíchány s epoxidem, vykazovaly dielektrickou konstantu 144 a dielektrickou ztrátu 0.035 při 1 kHz. Tato práce popisuje tvarování bezolovnaté piezoelektrické keramiky s vynikajícími vlastnostmi v pokročilých strukturách jako krok k návrhu pro moderní senzorické a energy harvesting aplikace.
|
|
|
Doped ceramic substrates for plasma aplications
Hliničan, Jan ; Šťastná, Eva (referee) ; Šťastný, Přemysl (advisor)
This bachelor thesis summarizes findings on subject: Doped ceramic substrates for plasma aplications. The thesis is divided into two parts. The first part is a literary research focused on topic: production of thin ceramic tapes by tape casting and their use. The second part is experimental. It deals with the preparation of alumina tapes doped with magnesium spinel (MgAl2O4) in different amounts. Phase composition and microstructure will be evaluated on prepared structures. The prepared samples will be used for the production of electrodes for atmospheric plasma discharge.
|
|
|
Flexible ceramic sheets based on ziconium dioxide
Hliničan, Jan ; Částková, Klára (referee) ; Šťastný, Přemysl (advisor)
The diploma thesis is focused on preparation of thin and highly flexible ceramic tapes from zirconia with a thickness from 70 to 200 m. The thesis is divided into two parts. The first part presents a literary research that focuses on the properties of zirconium dioxide, the preparation of thin ceramic foils and the evaluation of the mechanical properties of ceramic materials. The second part is experimental. It deals with the preparation of thin ceramic foils from colloidal ceramic suspensions produced by epoxy gel-tape casting method. The suspensions were prepared from zirconium dioxide stabilized by 2 and 3 mol.% of yttrium oxide. The maximum deflection and strength was determined on sintered foils. The maximum biaxial strength of 1806 MPa was achieved for 3Y-PC 75 foils with a thickness of 190 m. The maximum deflection of 10.5 mm at a ceramic foil thickness of 75 m was achieved in a 3-point bend with a support span of 30 mm on 3Y-PC 75 samples. At a support distance of 50 mm, the samples were pushed through the gap without damage. These results indicate excellent mechanical properties of the prepared ceramic foils.
|
|
|
Preparation and optimization of piezoelectric materials based on BCZT for energy harvesting
Fojtík, Ondřej ; Holcman,, Vladimír (referee) ; Tofel, Pavel (advisor)
This thesis deals with fabrication and optimization of lead-free piezoceramics based on (Ba0,85Ca0,15Zr0,1Ti0,9)O3 (BCZT). The BCZT precursor powder was synthesized by sol-gel method. Dependence of relative density, microstructure, phase structure and piezoelectric properties on the sintering temperature in a range from 1300–1500 °C was studied on disc shaped samples, which were prepared by cold isostatic pressing (CIP) using pressure of 700 MPa. It was found, that sintering at 1300 and 1350 °C leads to ceramics with fine-grain microstructure, which exhibits poor piezoelectric properties (d*33 = 50 pC·N1 and 65 pC·N1, respectively). The highest value of piezoelectric charge coefficient was obtained by sintering at 1500 °C (d*33 = 390 pC·N1). Furthermore, BCZT thick films were prepared by tape casting. The composition of the ceramic slurry was optimized and various sintering techniques were tested to obtain completely flat films of BCZT ceramics. The correct sintering configuration has not been found. The least deformation of the films was achieved when the samples were sintered hung on the ZrO2 rod. The highest value of d*33 for BCZT films was measured when the sample was sintered at 1400 °C with the dwell time for 4 h (d*33 = 340 pC·N1).
|
|
|
Flexible ceramic sheets based on ziconium dioxide
Hliničan, Jan ; Částková, Klára (referee) ; Šťastný, Přemysl (advisor)
The diploma thesis is focused on preparation of thin and highly flexible ceramic tapes from zirconia with a thickness from 70 to 200 m. The thesis is divided into two parts. The first part presents a literary research that focuses on the properties of zirconium dioxide, the preparation of thin ceramic foils and the evaluation of the mechanical properties of ceramic materials. The second part is experimental. It deals with the preparation of thin ceramic foils from colloidal ceramic suspensions produced by epoxy gel-tape casting method. The suspensions were prepared from zirconium dioxide stabilized by 2 and 3 mol.% of yttrium oxide. The maximum deflection and strength was determined on sintered foils. The maximum biaxial strength of 1806 MPa was achieved for 3Y-PC 75 foils with a thickness of 190 m. The maximum deflection of 10.5 mm at a ceramic foil thickness of 75 m was achieved in a 3-point bend with a support span of 30 mm on 3Y-PC 75 samples. At a support distance of 50 mm, the samples were pushed through the gap without damage. These results indicate excellent mechanical properties of the prepared ceramic foils.
|
|
|
Lamination of ceramic tapes
Smiešková, Jana ; Pouchlý, Václav (referee) ; Trunec, Martin (advisor)
This master’s thesis deals with ways of lamination of ceramic tapes prepared by gel–tape casting method. The thesis is divided into two parts. The first part, a literary recherche, describes methods of production of thin ceramic layers. The main focus is on the tape casting method. The second, experimental, part of the thesis describes the preparation of ceramic suspensions, the fabrication of thin ceramic layers by gel–tape casting method, the preparation of laminated bodies from thick-walled discs and laminated tapes and it also shows a possibility of creating of ceramic layers by the spin coating method used on polycrystalline ceramic substrate.
|
|
|
An investigation of novel electroceramic structures for new sensor applications
Nan, Bo ; Liedermann, Karel (referee) ; Milne, Steven (referee) ; Button, Timothy William (advisor)
Piezoelektrické keramické materiály jsou široce používány v mnoha aplikacích a průmyslových odvětvích, nicméně tradiční materiály obvykle obsahují olovo, které je toxické vůči životnímu prostředí. Většina zemí proto zavedla zákony a omezení, které postupně minimalizují spotřebu olova a podporují výzkum v oblasti bezolovnatých kompozic, které by nahradily olověné protějšky. Bezolovnatá piezoelektrická keramika se tak stala žhavým tématem v posledních letech. Nicméně výzkumy na praktické využití bezolovnatých piezoelektrických materiálů jsou jen zřídka publikovány. V této diplomové práci byl vybrán jeden z nadějných kandidátů na piezoelektrickou bezolovnatou keramiku (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 za účelem zkoumání metody snížení jeho vysoké teploty slinování pomocí dotování uhličitanem lithným, kde syntéza prášku byla připravená pomocí techniky sol-gel. Výsledky byly srovnány s konvenčním práškem syntetizovaným v pevné fázi. Vzorky vyrobené ze sol-gel prášku dopovaného 0.5% hmotn. uhličitanem lithným a slinované při 1300 °C po dobu 2 hodin vykazovaly d33 = 447 ± 9 pC N–1, teplotu Curie 98.7 °C a velikost zrn 7.0 ± 0.3 m. Další důležitou otázkou pro aplikace bezolovnatého piezoelektrického keramického materiálu je jeho výroba v různých konfiguracích. Použitím techniky odlévání pásky a aditivních výrobních postupů byla piezoelektrická keramika zpracována do tří různých konfigurací (2-2, 3-3 a 1-3), aby se překlenula mezera mezi materiálovými vědami a materiálovým inženýrstvím. Pro dolévání pásky byly použity suspenze na bázi oleje a vody. Pro přípravu neslinutých keramických fólií bez trhlin, byly pro odlévání na bázi oleje vyvinuty uhlíkové suspenze s obsahem pevných látek 25% hmotn. a BCZT suspenze s obsahem pevných látek 65% hmotn. Problém práškové hydrolýzy ve vodných suspenzích byl vyřešen povrchovou úpravou prášku Al(H2PO4)3, což umožnilo, aby byly tlusté vrstvy bez trhlin odlety v jednom kroku. Tlusté vrstvy slinované při 1500 °C vykazovaly relativní dielektrickou konstantu 1207, dielektrickou ztrátu 0.018 při 1 kHz, remanentní polarizaci 7.54 µC/cm2 a koercitivní síla intenzity pole (Ec) 0.23 kV/mm při 3 kV/mm. Pro tvarování BCZT v konfiguraci 3-3 a 1-3 byla použita přímá metoda tisknutí inkoustu. Pro správnou úpravu tiskového procesu byla použita inkoustová náplň s viskoelastickým chováním obsahující 41.6% obj. pevných látek BCZT a se zpracovatelskými přísadami (HPMC ~ 2.4% a PEI ~ 0.03%). Vzorky v konfiguraci 3-3, slinované při 1500 °C, vykazovaly nejvyšší dielektrické a piezoelektrické vlastnosti, kde Curieho teplota = 86 °C, tan = 0.021, remanentní polarizace = 4.56 µC/cm2 a d33 = 100 ± 4 pC/N. Vzorky v konfiguraci 1-3 slinované při 1500 °C, které byly smíchány s epoxidem, vykazovaly dielektrickou konstantu 144 a dielektrickou ztrátu 0.035 při 1 kHz. Tato práce popisuje tvarování bezolovnaté piezoelektrické keramiky s vynikajícími vlastnostmi v pokročilých strukturách jako krok k návrhu pro moderní senzorické a energy harvesting aplikace.
|
|
|
Preparation and optimization of piezoelectric materials based on BCZT for energy harvesting
Fojtík, Ondřej ; Holcman,, Vladimír (referee) ; Tofel, Pavel (advisor)
This thesis deals with fabrication and optimization of lead-free piezoceramics based on (Ba0,85Ca0,15Zr0,1Ti0,9)O3 (BCZT). The BCZT precursor powder was synthesized by sol-gel method. Dependence of relative density, microstructure, phase structure and piezoelectric properties on the sintering temperature in a range from 1300–1500 °C was studied on disc shaped samples, which were prepared by cold isostatic pressing (CIP) using pressure of 700 MPa. It was found, that sintering at 1300 and 1350 °C leads to ceramics with fine-grain microstructure, which exhibits poor piezoelectric properties (d*33 = 50 pC·N1 and 65 pC·N1, respectively). The highest value of piezoelectric charge coefficient was obtained by sintering at 1500 °C (d*33 = 390 pC·N1). Furthermore, BCZT thick films were prepared by tape casting. The composition of the ceramic slurry was optimized and various sintering techniques were tested to obtain completely flat films of BCZT ceramics. The correct sintering configuration has not been found. The least deformation of the films was achieved when the samples were sintered hung on the ZrO2 rod. The highest value of d*33 for BCZT films was measured when the sample was sintered at 1400 °C with the dwell time for 4 h (d*33 = 340 pC·N1).
|
|
|
Doped ceramic substrates for plasma aplications
Hliničan, Jan ; Šťastná, Eva (referee) ; Šťastný, Přemysl (advisor)
This bachelor thesis summarizes findings on subject: Doped ceramic substrates for plasma aplications. The thesis is divided into two parts. The first part is a literary research focused on topic: production of thin ceramic tapes by tape casting and their use. The second part is experimental. It deals with the preparation of alumina tapes doped with magnesium spinel (MgAl2O4) in different amounts. Phase composition and microstructure will be evaluated on prepared structures. The prepared samples will be used for the production of electrodes for atmospheric plasma discharge.
|
guest ::
