Vrstevnaté keramiky připravené metodou termoplastické koextruze
No Thumbnail Available
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
V disertační práci byla připravena dvouvrstevná keramická tělesa s „core-shell“ geometrií pomocí metody termoplastické koextruze a na těchto kompozitních tělesech byly studovány mechanické vlastnosti. Pro studium koextruze a mechanických vlastností byly navrženy dva kompozitní systémy. První systém ZTA-A kombinoval hutné jádro ZTA (oxidu hlinitého zhouževnatěného oxidem zirkoničitým) s hutnou vrstvou Al2O3. Druhý systém ZST-Z se skládal z porézního jádra a hutné vrstvy v obou případech ze ZrO2. V práci byla studována reologie keramických termoplastických suspenzí a jejich vzájemné ovlivnění během koextruze. Následně byl studován průběh odstraňování pojiv a slinování a na základě optimalizace všech technologických kroků byla získána bezdefektní „core-shell“ tělesa. Na slinutých tělesech byly stanoveny mechanické vlastnosti (modul pružnosti, tvrdost a pevnost v ohybu). Pro odhad napětí v „core-shell“ tělesech namáhaných ohybem byl využit vztah uvažující rozdílné moduly pružnosti jádra a vrstvy. U těles systému ZTA-A došlo k navýšení pevnosti oproti pevnostem nevrstevnatých těles jednotlivých složek. Byla tedy získána tělesa s vysokou povrchovou tvrdostí vrstvy Al2O3 a navíc vykazující vysokou lomovou sílu při namáhání ohybem. U těles systému ZST Z byl snížen efektivní modul pružnosti až o 25 % oproti modulu pružnosti hutných nevrstevnatých vzorků. Stejného efektivního modulu pružnosti bylo možné u „core-shell“ těles dosáhnout při zachování výrazně vyšší lomové síly než u nevrstevnatých porézních těles nebo trubek.
In the doctoral thesis, the bi-layer ceramic bodies with core-shell geometry were prepared by thermoplastic co-extrusion method and for these composite bodies the mechanical properties were studied. For study of co-extrusion and mechanical properties were designed two composite systems. First system ZTA-A combined the dense core ZTA (zirconia-toughened alumina) and the dense shell Al2O3. Second system ZST-Z consisted of porous core and dense shell made from ZrO2 for both cases. In the thesis, the rheology of ceramic thermoplastic suspensions and their mutual influence during co-extrusion was studied. Subsequently, the debinding process and sintering were studied, and based on the optimization of all process steps were obtained defect-free bodies with core-shell geometry. The mechanical properties (elastic modulus, hardness and bending strength) were determined for sintered bodies. To estimate the stress path in the core shell bodies loaded in bending, the relationship considering different elastic moduli of the core and the shell was used. For bodies of ZTA-A system was increased the strength in comparison with monolithic bodies of the individual components. Thus, bodies with high surface hardness of shell from Al2O3 and moreover having high fracture strength in bending were obtained. The effective elastic modulus was decreased for bodies of ZST-Z system up to 25 % in comparison with the elastic modulus of dense monolithic samples. The same effective modulus of elasticity was possible to achieve with core-shell bodies while maintaining significantly higher fracture strength than monolithic porous bodies or pipes.
In the doctoral thesis, the bi-layer ceramic bodies with core-shell geometry were prepared by thermoplastic co-extrusion method and for these composite bodies the mechanical properties were studied. For study of co-extrusion and mechanical properties were designed two composite systems. First system ZTA-A combined the dense core ZTA (zirconia-toughened alumina) and the dense shell Al2O3. Second system ZST-Z consisted of porous core and dense shell made from ZrO2 for both cases. In the thesis, the rheology of ceramic thermoplastic suspensions and their mutual influence during co-extrusion was studied. Subsequently, the debinding process and sintering were studied, and based on the optimization of all process steps were obtained defect-free bodies with core-shell geometry. The mechanical properties (elastic modulus, hardness and bending strength) were determined for sintered bodies. To estimate the stress path in the core shell bodies loaded in bending, the relationship considering different elastic moduli of the core and the shell was used. For bodies of ZTA-A system was increased the strength in comparison with monolithic bodies of the individual components. Thus, bodies with high surface hardness of shell from Al2O3 and moreover having high fracture strength in bending were obtained. The effective elastic modulus was decreased for bodies of ZST-Z system up to 25 % in comparison with the elastic modulus of dense monolithic samples. The same effective modulus of elasticity was possible to achieve with core-shell bodies while maintaining significantly higher fracture strength than monolithic porous bodies or pipes.
Description
Citation
KAŠTYL, J. Vrstevnaté keramiky připravené metodou termoplastické koextruze [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2015.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Fyzikální a materiálové inženýrství
Comittee
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (předseda)
doc. Dr.Dip.Min. Willi Pabst (člen)
Ing. Hynek Hadraba, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Švejcar, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jan Kohout, CSc. (člen)
Date of acceptance
2015-12-17
Defence
Práce byla hodnocena jako vynikající. Její výsledky mají značný technologický význam pro přípravu vrstevnaté keramiky formou termoplastické koextruze. Výsledky byly publikovány.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení