|
|
Study of microstructure evolution during intermediate stage of sintering of advanced ceramic materials
Jemelka, Marek ; Pouchlý, Václav (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
The primary goal of this master’s thesis was the description of the dependence of a critical density (i. e. the density when tubular pores completely turn to isolated closed pores) and average grain size at this density on different heating rates of intermediate stage sintering process. The obtained results are highly important, e. g. for producing of transparent ceramic armors, high-performance cutting tools or dense bone and joint implants, because they provide information for selection of the most suitable sintering approach in order to obtain pre-sintered samples with critical density and minimal average grain size for subsequent capsule-free post-HIP process. It has been found that for all studied oxide materials (alumina, tetragonal zirconia and cubic zirconia) the critical density is not significantly dependent on heating rate in the range of 2°C/min to 200°C/min and the average values of critical densities are 96.3 %, 92.4 % and 93.0 % for alumina, t-zirconia and c-zirconia, respectively. Previous literature results showed that the critical density is also not dependent on the green body microstructure, therefore, we can conclude that the critical density seems to be a material constant depending on the dihedral angle of the material. The sintering trajectories (the dependence of the average grain size on relative density) were evaluated for all three heating rates (2, 10 and 200°C/min followed by 5min dwell time) as well as for so-called long-dwell sintering (5-10 hours at low sintering temperatures). The results did not explore any new approach leading to decrease of the grain size at the critical density, so the widely used conventional presintering (10°C/min, 5 min dwell time) remains the appropriate method to reach the optimal microstructure prior to post-HIP process.
|
|
|
Mikrostruktura a mechanické vlastnosti ocelí
Stavinoha, Jakub ; Pavloušková, Zina (oponent) ; Molliková, Eva (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studií vztahu mezi velikostí zrna a mechanickými vlastnostmi ocelí. Teoretická část obsahuje problematiku týkající se struktury ocelí a reakci materiálu na vnější zatížení, metody stanovení velikosti zrna a vyhodnocení tahových diagramů. V praktické části jsou vyhodnoceny metalografické výbrusy a tahové diagramy oceli C10E4Cu3+N. Závěr práce obsahuje vyhodnocení výsledků praktické části a porovnaní s částí teoretickou.
|
|
|
Prášková metalurgie a základy procesu slinování
Foltýnek, Jaroslav ; Pouchlý, Václav (oponent) ; Čelko, Ladislav (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá problematikou práškové metalurgie a procesu slinování kovových materiálů. Práce je literární rešerší, která obsahuje základní komplexní náhled na celý průběh výroby konečného výrobku práškovou metalurgií a to od počáteční přípravy práškového materiálu až po hotový produkt. Samotný proces slinování je v práci rozdělen na dvě základní kategorie, slinování v tuhé fázi a slinování v kapalné fázi.
|
|
|
Studium kinetiky růstu zrn oxidových pokročilých keramických materiálů
Kazda, Adam ; Kachlík, Martin (oponent) ; Pouchlý, Václav (vedoucí práce)
Cílem bakalářské práce bylo studium kinetiky růstu zrn u 5 různých keramických materiálů: tetragonální ZrO2 (dopovaný 3mol.% Y2O3, s velikostí částic 80 nm), dva kubické ZrO2 (dopované 8 mol.% Y2O3, s velikostí částic 80 a 140 nm) a dva hexagonální Al2O3 (s velikostí částic 100 a 240 nm). Tyto keramické prášky byly izostaticky vylisovány a poté dále slinovány na 3 různé teploty s izotermickými výdržemi od 1 do 60 hodin. Na základě pozorování mikrostruktury bylo zjištěno, že k největšímu zhrubnutí zrna dojde během nárůstu na teplotu slinování a délka výdrže na této teplotě již není z hlediska hrubnutí významná. Pro čtyři materiály se podařilo určit aktivační energii růstu zrn QG, růstový exponent n a kinetickou konstantu k0. Aktivační energie růstu zrn byla stanovena na 511±49 kJ/mol u tetragonálního ZrO2, 645±84 kJ/mol u kubického ZrO2 a 428±75 kJ/mol a 606±24 kJ/mol u Al2O3. Porovnání QG s aktivačními energiemi slinování uvedenými v literatuře ukázalo na možnost nalezení kinetického okna slinovacího procesu u kubického ZrO2, tetragonálního ZrO2 a Al2O3 s velikostí částic 240 nm a přísadou MgO. Pro čistý Al2O3 s velikostí částic 100 nm se nalezení kinetického okna slinovacího procesu nepodařilo prokázat.
|
|
|
Tailoring of microstructure of advanced ceramic materials by conventional and non-conventional sintering approaches
Prajzler, Vladimír ; Bermejo, Raúl (oponent) ; Bača,, Ľuboš (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
This doctoral study investigated microstructural evolution of selected oxide ceramic materials during conventional sintering (CS), rapid rate sintering (RRS), flash sintering (FS), and spark plasma sintering (SPS). Considering ceramics for structural applications, the relatively large (1cm3), defect-free, and nearly dense alumina and yttria-stabilized zirconia (YSZ) pellets with uniform microstructure were prepared by RRS. The RRS was also found as an optimal method for preparation of highly dense lead-free piezoelectric ceramics with the similar performance as obtained by more time- and energy-consuming CS. The SPS methods further improved the properties of lead-free piezoelectric ceramics, producing fully dense samples which is a good prerequisite for translucency, and thus, additional optoelectrical properties. The most optimal results – a full density and high piezoelectric performance – were attained by combining SPS and RRS approaches. The analyses performed in this study also pointed out the importance of elimination of volatile impurities prior to the rapid heating. Otherwise, these substances are trapped in the sintered ceramic, which in turn limits its final density. It was shown that the low final densities of RRS YSZ are connected to the entrapment of residual chlorine originating from powder synthesis. If residual chlorine was removed by high-temperature annealing of the green bodies before the onset of RRS, almost fully dense YSZ samples were obtained by following RRS. The negative effect of residual chlorine on densification was also visible in flash sintered YSZ samples. Moreover, the FS of YSZ often results in an accelerated grain growth in the sample core due to a higher temperature and electrochemical reduction. In the spectrum of our process parameters, it even led to abnormal grain growth (AGG). The strongly bimodal grain size distribution showed in this work was not reported in flash sintered YSZ before. The AGG was explained by two contributing factors – large sample size, which resulted in localization of electric current and formation of hot-spots, and overall accelerated grain growth kinetics in the specimen core caused by electrochemical reduction.
|
|
|
Tailoring of microstructure of advanced ceramic materials by conventional and non-conventional sintering approaches
Prajzler, Vladimír ; Bermejo, Raúl (oponent) ; Bača,, Ľuboš (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
This doctoral study investigated microstructural evolution of selected oxide ceramic materials during conventional sintering (CS), rapid rate sintering (RRS), flash sintering (FS), and spark plasma sintering (SPS). Considering ceramics for structural applications, the relatively large (1cm3), defect-free, and nearly dense alumina and yttria-stabilized zirconia (YSZ) pellets with uniform microstructure were prepared by RRS. The RRS was also found as an optimal method for preparation of highly dense lead-free piezoelectric ceramics with the similar performance as obtained by more time- and energy-consuming CS. The SPS methods further improved the properties of lead-free piezoelectric ceramics, producing fully dense samples which is a good prerequisite for translucency, and thus, additional optoelectrical properties. The most optimal results – a full density and high piezoelectric performance – were attained by combining SPS and RRS approaches. The analyses performed in this study also pointed out the importance of elimination of volatile impurities prior to the rapid heating. Otherwise, these substances are trapped in the sintered ceramic, which in turn limits its final density. It was shown that the low final densities of RRS YSZ are connected to the entrapment of residual chlorine originating from powder synthesis. If residual chlorine was removed by high-temperature annealing of the green bodies before the onset of RRS, almost fully dense YSZ samples were obtained by following RRS. The negative effect of residual chlorine on densification was also visible in flash sintered YSZ samples. Moreover, the FS of YSZ often results in an accelerated grain growth in the sample core due to a higher temperature and electrochemical reduction. In the spectrum of our process parameters, it even led to abnormal grain growth (AGG). The strongly bimodal grain size distribution showed in this work was not reported in flash sintered YSZ before. The AGG was explained by two contributing factors – large sample size, which resulted in localization of electric current and formation of hot-spots, and overall accelerated grain growth kinetics in the specimen core caused by electrochemical reduction.
|
|
|
Study of microstructure evolution during intermediate stage of sintering of advanced ceramic materials
Jemelka, Marek ; Pouchlý, Václav (oponent) ; Maca, Karel (vedoucí práce)
The primary goal of this master’s thesis was the description of the dependence of a critical density (i. e. the density when tubular pores completely turn to isolated closed pores) and average grain size at this density on different heating rates of intermediate stage sintering process. The obtained results are highly important, e. g. for producing of transparent ceramic armors, high-performance cutting tools or dense bone and joint implants, because they provide information for selection of the most suitable sintering approach in order to obtain pre-sintered samples with critical density and minimal average grain size for subsequent capsule-free post-HIP process. It has been found that for all studied oxide materials (alumina, tetragonal zirconia and cubic zirconia) the critical density is not significantly dependent on heating rate in the range of 2°C/min to 200°C/min and the average values of critical densities are 96.3 %, 92.4 % and 93.0 % for alumina, t-zirconia and c-zirconia, respectively. Previous literature results showed that the critical density is also not dependent on the green body microstructure, therefore, we can conclude that the critical density seems to be a material constant depending on the dihedral angle of the material. The sintering trajectories (the dependence of the average grain size on relative density) were evaluated for all three heating rates (2, 10 and 200°C/min followed by 5min dwell time) as well as for so-called long-dwell sintering (5-10 hours at low sintering temperatures). The results did not explore any new approach leading to decrease of the grain size at the critical density, so the widely used conventional presintering (10°C/min, 5 min dwell time) remains the appropriate method to reach the optimal microstructure prior to post-HIP process.
|
|
|
Studium kinetiky růstu zrn oxidových pokročilých keramických materiálů
Kazda, Adam ; Kachlík, Martin (oponent) ; Pouchlý, Václav (vedoucí práce)
Cílem bakalářské práce bylo studium kinetiky růstu zrn u 5 různých keramických materiálů: tetragonální ZrO2 (dopovaný 3mol.% Y2O3, s velikostí částic 80 nm), dva kubické ZrO2 (dopované 8 mol.% Y2O3, s velikostí částic 80 a 140 nm) a dva hexagonální Al2O3 (s velikostí částic 100 a 240 nm). Tyto keramické prášky byly izostaticky vylisovány a poté dále slinovány na 3 různé teploty s izotermickými výdržemi od 1 do 60 hodin. Na základě pozorování mikrostruktury bylo zjištěno, že k největšímu zhrubnutí zrna dojde během nárůstu na teplotu slinování a délka výdrže na této teplotě již není z hlediska hrubnutí významná. Pro čtyři materiály se podařilo určit aktivační energii růstu zrn QG, růstový exponent n a kinetickou konstantu k0. Aktivační energie růstu zrn byla stanovena na 511±49 kJ/mol u tetragonálního ZrO2, 645±84 kJ/mol u kubického ZrO2 a 428±75 kJ/mol a 606±24 kJ/mol u Al2O3. Porovnání QG s aktivačními energiemi slinování uvedenými v literatuře ukázalo na možnost nalezení kinetického okna slinovacího procesu u kubického ZrO2, tetragonálního ZrO2 a Al2O3 s velikostí částic 240 nm a přísadou MgO. Pro čistý Al2O3 s velikostí částic 100 nm se nalezení kinetického okna slinovacího procesu nepodařilo prokázat.
|
|
|
Prášková metalurgie a základy procesu slinování
Foltýnek, Jaroslav ; Pouchlý, Václav (oponent) ; Čelko, Ladislav (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá problematikou práškové metalurgie a procesu slinování kovových materiálů. Práce je literární rešerší, která obsahuje základní komplexní náhled na celý průběh výroby konečného výrobku práškovou metalurgií a to od počáteční přípravy práškového materiálu až po hotový produkt. Samotný proces slinování je v práci rozdělen na dvě základní kategorie, slinování v tuhé fázi a slinování v kapalné fázi.
|
|
|
Mikrostruktura a mechanické vlastnosti ocelí
Stavinoha, Jakub ; Pavloušková, Zina (oponent) ; Molliková, Eva (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studií vztahu mezi velikostí zrna a mechanickými vlastnostmi ocelí. Teoretická část obsahuje problematiku týkající se struktury ocelí a reakci materiálu na vnější zatížení, metody stanovení velikosti zrna a vyhodnocení tahových diagramů. V praktické části jsou vyhodnoceny metalografické výbrusy a tahové diagramy oceli C10E4Cu3+N. Závěr práce obsahuje vyhodnocení výsledků praktické části a porovnaní s částí teoretickou.
|
host ::
RSS.