Příprava a vlastnosti dopovaných piezokeramických materiálů na bázi BaTiO3

Loading...
Thumbnail Image
Date
ORCID
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato diplomová práce se zabývá přípravou dopovaných piezokeramických materiálů na bázi BaTiO3 pomocí elektroforetické depozice. Jako dopantů bylo použito pět oxidů kovů vzácných zemin, tj. Er2O3, Dy2O3, Eu2O3, Tb407 a CeO2 v množstvích 1, 3, a 5 hm. %. Připravené depozity byly hodnoceny z hlediska metodiky přípravy, vysokoteplotní dilatometrie, rentgenové difrakce, relativní hustoty, střední velikosti zrn, tvrdosti a fraktografické analýzy. Studií dilatometrických křivek bylo popsáno slinovací chování a jeho změny při různém složení materiálu. Rentgenovou difrakční analýzou byla zjištěna tetragonální fáze u všech vzorků, přičemž tetragonalita krystalické buňky BaTiO3 klesala s obsahem dopantů. Vhodnou volbou dopantu bylo možné výrazně zvýšit relativní hustotu slinutých vzorků, jejich tvrdost a zároveň zamezit hrubnutí mikrostruktury při tepelném zpracování. Bylo dosaženo relativní hustoty až 98 %, střední velikosti zrn pod 1 m a tvrdosti přes 10 GPa. Analýzou lomových ploch bylo zjištěno, že pro většinu studovaných materiálů byl mód lomu transkrystalický, pouze u vzorků dopovaných oxidem ceričitým se jednalo o lom smíšený. Ze získaných poznatků bylo identifikováno vhodné složení materiálu pro plánované použití ve vrstevnatém piezokeramickém harvestoru, který je kromě vrstev BaTiO3 tvořen funkčně-ochrannými vrstvami Al2O3 a ZrO2.
This diploma thesis deals with the preparation of doped piezoceramic materials based on BaTiO3 using electrophoretic deposition. Five rare earth oxides, i.e. Er2O3, Dy2O3, Eu2O3, Tb407 and CeO2, were used as dopants in amounts of 1, 3, and 5 wt. %. The prepared deposits were evaluated in terms of preparation methodology, high temperature dilatometry, X-ray diffraction analysis, relative density, mean grain size, hardness and fractographic analysis. The study of dilatometric curves described the sintering behavior and its changes at different material compositions. X-ray diffraction analysis revealed a tetragonal phase in all samples; the tetragonality of the BaTiO3 crystalline cell decreased with dopant content. By a suitable choice of dopant, it was possible to significantly increase the relative density of sintered samples, their hardness and at the same time prevent the samples from coarsening of the microstructure during heat treatment. A relative density up to 98 %, a mean grain size below 1 m and a hardness of over 10 GPa were achieved. Analysis of the fracture surfaces revealed that the fracture mode was transcrystalline for the most of studied materials; only the samples doped with cerium dioxide had fracture surfaces with both transcrystalline and intercrystalline fracture modes. Based on the obtained results, a suitable composition of the material for the intended use in a layered piezoceramic harvester was identified, which, in addition to the BaTiO3 layers, consists of functionally-protective Al2O3 and ZrO2 layers.
Description
Citation
MAŘÁK, V. Příprava a vlastnosti dopovaných piezokeramických materiálů na bázi BaTiO3 [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Materiálové inženýrství
Comittee
prof. RNDr. Karel Maca, Dr. (předseda) prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc. (místopředseda) Ing. Martin Zelený, Ph.D. (člen) prof. Ing. Martin Trunec, Dr. (člen) prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. (člen)
Date of acceptance
2020-07-15
Defence
- vlastní obhajoba diplomové práce - posuek vedoucího - posudek oponenta - odpovědi na dotazy oponenta - otázky z komise : důvod nárůstu tvrdosti při dopování europiem - zodpovězeno : jak byly získány obrázky lomových ploch - zodpovězeno : proč byly voleny dané typy dopantů - zodpovězeno : co bylo důvodem pro dopování - zodpovězeno : změní dopanty elektrické vlastnosti materiálu - zodpovězeno : transformace v BaTiO3 vlivem teploty - zodpovězeno
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení
DOI
Collections
Citace PRO