|
|
Ceramic materials and composites for advanced applications
Mařák, Vojtěch ; Částková, Klára (referee) ; Michálková,, Monika (referee) ; Drdlík, Daniel (advisor)
Tato dizertační práce se zaměřuje na pokročilou oxidovou keramiku a částicové a vrstevnaté kompozity. Studované materiály zahrnují biokeramický hydroxyapatit, termomiotický wolframan hlinitý a bezolovnaté piezoelektrické materiály na bázi titaničitanu barnatého. Příprava těchto keramik má několik omezení ovlivňující finální vlastnosti, zahrnující použití toxických stabilizátorů, nízké zhutnění, náchylnost k praskání, vznik nežádoucích chemických reakcí, nízké mechanické a elektrické vlastnosti. Tato práce řeší tyto problémy přizpůsobením jednotlivých kroků zpracování a použitím progresivních výrobních metod pro optimalizaci požadovaných funkčních vlastností materiálů. Úprava hydroxyapatitového prášku studenou plazmou umožnila elektroforetickou depozici bez toxických stabilizátorů, což vedlo k hutnějším povlakům bez trhlin. Praktický benefit tohoto přístupu byl demonstrován v případě bezdefektních hydroxyapatitových povlaků ortopedických šroubů. Termomiotický wolframan hlinitý, vyznačující se svým téměř nulovým koeficientem tepelné roztažnosti, byl syntetizován optimalizovanou koprecipitací za účelem zlepšení slinovatelnosti prášku. Rychlé beztlaké slinování a slinování plazmovou jiskrou byly použity ke zhutnění materiálu, přičemž bylo dosaženo dosud nejvyšších publikovaných hodnot hustot při nejnižší slinovací teplotě. Vývoj mikrostruktury piezokeramiky titaničitanu barnatého byl studován pomocí rychlého beztlakého slinování a slinování s pomocí radiace. Získané poznatky byly využity pro slinování částicových kompozitů na bázi titaničitanu barnatého vyztuženého oxidovými keramikami. Vysoká reaktivita mezi zvolenými materiály měla negativní vliv na vlastnosti kompozitů a jeden z reakčních produktů byl podrobněji charakterizován. Byly připraveny vrstvené kompozity střídáním vrstev na bázi titaničitanu barnatého a dielektrického oxidu zirkoničitého. Vysoká reaktivita piezoelektrických materiálů byla potlačena volbou slinovací strategie. Souhrnným cílem této disertační práce je posunout vědění v oblasti vlastností a zpracování keramických materiálů, poskytnout náhled na optimalizaci funkčnosti a řešit kritická omezení v různých aplikacích.
|
|
|
Extremely fast sintering of advanced ceramic materials
Tan, Hua ; Chlup,, Zdeněk (referee) ; Sedláček,, Jaroslav (referee) ; Salamon, David (advisor)
Techniky rychlého slinování jako „Spark Plasma Sintering (SPS)“, „Flash Sintering“ (FS), „Selective Laser Sintering“ (SLS), „Induction Sintering“ (IS) a „Microwave Sintering“ (MS) jsou navrženy tak, aby účinně a předvídatelně kontrolovaly mikrostrukturu během slinovací proces. Spark Plasma Sintering jako jedna z nejmodernějších technik rychlého slinování a byla studována po celá desetiletí. V SPS má tři hlavní rysy: přímý ohřev elektrickým proudem, pulzní stejnosměrný elektrický proud a mechanický tlak. Mechanismy působení faktorů během SPS procesu však nejsou zatím jasně objasněny. Tato práce byla inspirována zvýšeným zájmem o techniky rychlého slinování a snahou o objasnění působení hlavních faktorů. Tato studie je rozdělena do čtyř částí: efekt elektromagnetického pole, efekt pulzního vzoru, tlakový efekt a přímý Joulův ohřev. Výsledky ukázaly, že elektromagnetické pole v SPS může být ignorováno, jak ukázaly simulace, a rovněž během experimentů nebyl nalezen žádný „efekt pole“. Na druhou stranu účinek pulzního vzoru byl významný, prášek TiO2 byl slinován pulzními vzory 12:2 a 10:9 s konstantním příkonem. Po aplikaci pulzního vzoru 10:9 došlo ke zvýšení velikosti zrna o jeden řád a ke zvýšení hustoty o 8%, zatímco množství spotřebované energie zůstalo konstantní. Při zahřátí s různými vzory pulzů se mění účinný výkon a kontaktní odpor indukovaný mechanickým pulsem, což jsou dva hlavní důvody, které vysvětlují měnící se energetickou účinnost. Vliv tlaku byl také významný, výsledky ukázaly, že použití tlaku při 900 ° C přineslo vysokou hustotu a malou velikost zrn, což vedlo k nejvyšší tvrdosti měřenou podle Vickerse. Interakce mezi tlakem a parami, vedoucí k rozdílné rychlosti přenosu páry v prvním slinovacím stupni, je považována za důvod pro rozdíly v mikrostruktuře, jako jsou mikropóry. Načasování mechanického tlaku může také podporovat difúzní mechanismy zhutňování během druhého slinovacího stupně, jako je difúze na hranicích zrn a mřížková difúze. Přímý ohřev, kdy se vede elektrický proud přímo skrz vzorek, vede k nízké měřené teplotě při slinování karbidu boru a jeho kompozitů, avšak teplota uvnitř vzorku je podstatně vyšší. Přidání slitiny titanu a křemíku do B4C významně zvýšilo finální hustotu, což byl hlavní důvod ovlivnění mechanických vlastností. Vzorek B4C + 1.0Ti (1 obj. % Ti slitiny) dosáhl nejvyšší tvrdosti 3628.5 ± 452.6 HV1 (16.2% vyšší než čistý B4C) s lomovou houževnatostí 2.11 ± 0.25 MPa m0.5. Zatímco při dopování křemíkem dosáhl vzorek B4C + 0.5Si (0.5 obj. % křemíku) nejvyšší tvrdosti 3524.6 ± 207.8 HV1 (o 13.0% vyšší než čistý B4C), vzorek B4C + 1.0Si dosáhl nejvyšší lomové houževnatosti 2.97 ± 0.03 MPa m0.5 (o 15.6% vyšší než čistý B4C). Velikost zrn kompozitů dotovaných titanem se oproti čistému karbidu boru byla o něco větší a mikrostruktura více nehomogenní. Naproti tomu se velikost zrn vzorků dotovaných křemíkem příliš nezměnila ve srovnání s velikostí zrn čistého karbidu boru. Sekundární fáze karbid křemíku byla dobře spojena s matricí karbidu boru a vykazovala pozitivní účinek jak na tvrdost, tak na lomovou houževnatost. Tato práce zkoumala vliv různých kontroverzních a nepopsaných aspektů na slinování keramických materiálů metodou Spark Plasma Sintering, což vedlo k lepšímu pochopení této techniky slinování.
|
|
|
Nanocomposites with a metal matrix
Chlupová, Monika ; Kohout, Jan (referee) ; Zapletal, Josef (advisor)
This baechelor thesis is focused on metal matrix nanocomposites (MMNCs), whose research has started recently. In the first part of this thesis are generally defined composite materials, the larger part is dedicated to metal matrix composites (MMCs), on which are described the strengthening mechanisms that are also applied to MMNCs. The second part of the thesis is focused specifically on MMNCs. The concept of MMNCs and their distribution is defined first, followed by a definition of the reinforcement that can be used for the production of MMNCs. There are also described the posibilities for the production of these reinforcing phases, and their influence on the structural and mechanical properties of the final MMNCs. This section is followed by a description of possible processes of MMNCs production with their advantages and limitations. The last part outlines how research and development of these materials should be carried out in order to be commercially produced and used in the future.
|
|
|
New nanodevices for electronics - fabrication and characterization
Márik, Marian ; Husák,, Miroslav (referee) ; Mikulík,, Petr (referee) ; Hubálek, Jaromír (advisor)
Táto práca sa zaoberá technikou výroby samousporiadaných nanoštruktúr pre elektrické aplikácie. Prototypy boli pripravené anodickou oxidáciou v dvoch dĺžkach a tromi rôznymi tepelnými úpravami. Štrukturálna charakterizácia bola spravená pomocou techniky SEM, TEM a EDX a vyhodnotenie nielen z štrukturálneho, ale aj z materiálového hľadiska. Jedinečná koreňová štruktúra samousporiadaných nanotyčiniek bola vyhodnotená a porovnaná po troch rôznych tepelných úpravách: po anodizácii, po vákuovom žíhaní, a po žíhaní vo vzduchu. Všetky prototypy obsahujú nanotyčinky s amorfnou štruktúrou, ale našli sa však aj nanokryštály pod koreňovými štruktúrami. Elektrická charakterizácia prototypov ukázala: odporové spínacie správanie (RS), diódové charakteristiky a charakteristiku podobnú pre diódy s kapacitorom. Aktívny povrch pre spínací mechanizmus je v hornej časti nanoštruktúr na rozhraní nanotyčiniek a zlatej elektródy. Výška Schottkyho bariéry na rozhraní Ti / TiO2 bola vypočítaná dvoma spôsobmi a pre všetky tri zariadenia bola nižšia ako 1,11 eV.
|
|
|
Optimization of fabrication technology and defect detection for ceramics structures
Chyťa, Filip ; Otáhal, Alexandr (referee) ; Skácel, Josef (advisor)
This work deals with the problems of defects in ceramics structures and packages, their detection and subsequent optimization of the manufacturing process in order to eliminate these defects. The first chapter summarizes ceramic materials in elec-trical engineering and deals specifically with Al2O3 and material GRANNALOX 9620 F and optimization of its production profile. The second chapter deals with preparation of the ceramic powder and its subsequent processing. The third chap-ter deals with detection of defects in the thus formed ceramic packages, testing their electrical, thermal and mechanical makings. In the next chapter I deal with my workflow, which I used in the production of packages, the way of production and testing of packages, including comparison of their makings.
|
|
|
Tailoring of physical properties of ceramic surface by the metallic layer deposition
Dvorský, Vojtěch ; Kachlík,, Martin (referee) ; Salamon, David (advisor)
The master thesis focuses on the preparation of nickel coating on ceramic (Al2O3) substrate. The deposition of nickel was carried out by the electroless plating method in bath at various kinetic conditions. An impact of varied size, shape and roughness on the quality of the coated surface was investigated. The main goal was to find optimized conditions of the plating process of the thin metal coatings. Prepared nickel coatings were analysed by SEM, EDX analysis, mechanical profilometry and the plating bath was analysed by UV-VIS spectrophotometry. The continuous nickel coatings were achieved by modifying the deposition process, and the kinetic mechanism of experimental conditions was described.
|
|
|
Bulk materials from oxidized powder feedstock
Luptáková, Diana ; Molliková, Eva (referee) ; Jan, Vít (advisor)
In this thesis, methods of effective aluminium powder oxidation are evaluated, such as oxidation at higher temperatures in atmosphere, anodic oxidation and oxidation during high-energy ball milling. It describes following treatment and methods creating volume sammples in such way, where ductile properties are preserved, but the process of hardening by aluminium oxide occurs.
|
|
|
Pulse anodization of aluminium for nanoporous structures creation.
Bačová, Veronika ; Magát, Martin (referee) ; Hubálek, Jaromír (advisor)
Předkládaná práce se zabývá nalezením vhodných podmínek pro výrobu nanaporézní struktury na tenké hliníkové vrstvě. V této práci jsou popsány postupy výroby nanoporézních struktur a jejich přípravou. Vznikly póry o rozměrech 5–20 nm. Byla zkoumána závislosti proudové hustoty v zavislosti na přiloženém pulzu. Všechny výsledky byly zkoumány pomocí SEM analýzy. Byla použita cyklická volatmetrie pro stanovení redukčního napětí při depozici niklu a zlata.
|
|
|
Elimination of oxide rising during aluminum alloys welding
Vagunda, Pavel ; Kocich, Radim (referee) ; Sigmund, Marian (advisor)
This diploma thesis deals with the search of reason causing production of oxides in the welded joint, which have an impact on defects formation. The objective was to identify the areas in the technological process that can have the biggest impact on the oxides generation. The following areas of the technology process were selected: the length of storage time, the influence of the welder and the participation of the arc cleaning effect. The simulation imitating these effects was processed on Y and HY type welds with incomplete penetration. Subsequently, macroscopic inspection was provided to supply the most data used for evaluation. Defects in the root of the weld, caused by the oxides formation, appeared in the majority of the samples. From the evaluation was concluded, that the highest elimination is achieved by a significantly increased cleaning effect of the arc. Other influences didn‘t prove significant difference. The results were followed by an evaluation and solution proposal. The best solution seems to be adjusting the location of the weld on the blank, so that the weld root is fully penetrated. As a result, the welded joint isn‘t subject to the negative effects associated with oxides.
|
|
| |
guest ::
