Intermetalické sloučeniny syntetizované in-situ v práškových materiálech
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Mechanické zpracování materiálů v tuhém stavu je jedním z nejpoužívanějších a nejrozšířenějších postupů vůbec. Stejně tak jako chemické zpracování tuhých látek je široce rozšířené. Proto spojení těchto dvou způsobů do jednoho se jeví jako logické řešení. Tato metoda se pak nazývá mechanochemické zpracování materiálů. Zpracování materiálů tímto způsobem se vyznačuje mnoha výhodami. Jednak je toto zpracování ekonomicky výhodné, stejně jako technologicky snadno proveditelné. Touto cestou lze připravit dokonce i materiály, které by za normálních podmínek spolu nereagovaly. Mechanochemie/mechanochemická syntéza využívá mechanickou energii k aktivaci chemických reakcí a strukturním změnám. Zejména aluminotermické reakce indukované ve vysoko energetickém planetovém mlýnu nabírají na významu, jako potenciální cesta k přípravě mikro a nano krystalických in – situ kompozitních materiálů s kovovou matricí. Mechanickou aktivací ve vysoko energetickém mlýnu dochází ke změnám reakčních mechanismů z vzniku metastabilních materiálů. V práci byly studovány změny mechanismů reakcí během mechanického legování na čtyřech různých systémech. Jednalo se o systémy se společným základem, kde byl měněn jeden prvek: Al – B2O3 – X (X= C, Ti, Nb, Cr). Dále bylo studováno, zda po mechanickém legování bude docházet v systému k dalším změnám vyvolaným použitím zvýšené teploty a tlaku, tedy pomocí techniky spark plasma sintering (SPS). Všechny systémy byly mechanicky legovány za analogických podmínek. Po provedení legování byla u každého systému provedena analýza pomocí skenovací elektronové mikroskopie, dále byla provedena kvalitativní a kvantitativní analýza pomocí rentgenové difrakce. Pomocí nanoindentace byla vyhodnocena indentační tvrdost a indentační modul pružnosti. Všechny analýzy byly provedeny po mechanickém legování, stejně jako po provedení SPS a výsledky byly mezi sebou vzájemně porovnány. Na základě výsledků byla u sledovaných systémů navržena změna reakčních mechanismů. Bylo zjištěno, že dochází k tvorbě kompozitních materiálů s kovovou matricí a v případě použití chromu došlo k vytvoření hybridního kompozitního materiálu vyztuženého intermetalickou fází a boritanem hlinitým.
The mechanical treatment of solids is one of the most common and widely used operations. The volume of solids subjected to chemical treatment is very large too. Therefore, combining these two ways into one seems to be a logical solution. This method is called the mechanochemical processing of materials. Processing materials in this way has many advantages. On the one hand, this processing is economically as well as technologically feasible. Even the materials that not react together in conventional way can be prepare in this way. The mechanochemistry/mechanochemical synthesis utilizes the mechanical energy to activate chemical reactions and structural changes. The aluminothermic reduction reactions induced by the high – energy ball milling are gaining importance because of the potential applications like the synthesis of microcrystalline and nanocrystalline in – situ metal matrix composites. The mechanical activation of the chemical reactions by high energy ball milling often changes the reaction mechanism and produces metastable materials. Changes of reaction mechanisms during mechanical alloying on four different systems were studied. The system was based on this composition: Al - B2O3 - X (X = C, Ti, Nb, Cr). The possibility of another in – situ reactions during spark plasma sintering process (SPS) was also investigated. All systems were mechanically alloyed under the same conditions. After alloying, on each system scanning electron microscopy was performed and qualitative and quantitative analysis was performed using X-ray diffraction. The indentation hardness and the indentation modulus of elasticity were evaluated using nanoindentation. All analyzes were performed after mechanical alloying as well as SPS and the results were compared to each other. Based on the results, a change of reaction mechanisms was proposed for all systems. It has been found that metal matrix composites are formed and, when chromium is used, hybrid composite material reinforced with intermetallic phase and aluminum borate has been developed.
The mechanical treatment of solids is one of the most common and widely used operations. The volume of solids subjected to chemical treatment is very large too. Therefore, combining these two ways into one seems to be a logical solution. This method is called the mechanochemical processing of materials. Processing materials in this way has many advantages. On the one hand, this processing is economically as well as technologically feasible. Even the materials that not react together in conventional way can be prepare in this way. The mechanochemistry/mechanochemical synthesis utilizes the mechanical energy to activate chemical reactions and structural changes. The aluminothermic reduction reactions induced by the high – energy ball milling are gaining importance because of the potential applications like the synthesis of microcrystalline and nanocrystalline in – situ metal matrix composites. The mechanical activation of the chemical reactions by high energy ball milling often changes the reaction mechanism and produces metastable materials. Changes of reaction mechanisms during mechanical alloying on four different systems were studied. The system was based on this composition: Al - B2O3 - X (X = C, Ti, Nb, Cr). The possibility of another in – situ reactions during spark plasma sintering process (SPS) was also investigated. All systems were mechanically alloyed under the same conditions. After alloying, on each system scanning electron microscopy was performed and qualitative and quantitative analysis was performed using X-ray diffraction. The indentation hardness and the indentation modulus of elasticity were evaluated using nanoindentation. All analyzes were performed after mechanical alloying as well as SPS and the results were compared to each other. Based on the results, a change of reaction mechanisms was proposed for all systems. It has been found that metal matrix composites are formed and, when chromium is used, hybrid composite material reinforced with intermetallic phase and aluminum borate has been developed.
Description
Citation
HANUSOVÁ, P. Intermetalické sloučeniny syntetizované in-situ v práškových materiálech [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2018.
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. Ing. Pavel Novák, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Kateřina Skotnicová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Rudolf Foret, CSc. (člen)
doc. Ing. Vít Jan, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2018-02-23
Defence
Přínos DDP spočívá ve výsledcích experimentální činnosti při intermetalických sloučenin z práškových materiálů. Prezentace práce i diskusi zvládla doktorandka na solidní úrovni.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení