Pokročilé heterostrukturní keramické materiály
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Disertační práce se zabývá pokročilými keramickými materiály připravenými elektroforetickou depozicí (EPD). Při studiu bylo použito vertikální uspořádání EPD v režimu konstantního proudu. Připravené depozity z oxidu hlinitého (Al2O3), oxidu zirkoničitého (ZrO2) a jejich kompozitů byly hodnoceny po stránce morfologie (obrazové strukturní analýzy), fyzikálních vlastností (výtěžky depozice, hustota, drsnost povrchu depozitu) a mechanických vlastností (tvrdost, lomová houževnatost, modul pružnosti). Ve stabilizovaných isopropanolových disperzích obsahující Al2O3 nebo ZrO2 částice bylo zjištěno, že na povrchu zmíněných amfoterních oxidů dochází v přítomnosti kyselého nebo zásaditého stabilizátoru k tvorbě povrchového náboje opačného znaménka (inverzního náboje) než je tomu v případě vodných disperzí. Byl navržen model „inverzní“ stabilizace částic oxidu hlinitého a oxidu zirkoničitého. Tento typ elektroforetické depozice byl hlouběji prostudován v přítomnosti kyselých stabilizátorů. Na základě získaných výsledků (-potenciál a elektrická vodivost disperze, výtěžky EPD, hustota depozitu, drsnost povrchu depozitu atd.) bylo zjištěno, že nejvhodnějším typem kyselého stabilizátoru je kyselina monochloroctová. Disperze obsahující isopropanol, kyselinu monochloroctovou, Al2O3 nebo ZrO2 byly studovány z hlediska kinetiky EPD zahrnující vývoj nové metodiky měření kinetiky EPD a vlivu kinetiky na finální vlastnosti připravených depozitů. Pomocí dobré znalosti kinetiky EPD byly připraveny optimalizované vrstevnaté materiály (Al2O3/ZrO2 – lamináty) s definovanou tloušťkou vrstev. Tyto materiály obsahující 100-150 vrstev Al2O3 a ZrO2 s pevně vázaným rozhraním byly studovány z hlediska vnitřních napětí a jejich vlivu na šíření trhliny keramickým laminátem. Bylo zjištěno, že majoritní podíl na odklánění trhliny měla tlaková vnitřní napětí, tj. čím větší byl podíl tlakových napětí v laminátu, tím větší byl odklon trhliny. Tato práce přinesla nové poznatky v oblasti stabilizace keramických disperzí v nevodných prostředích a přípravy pokročilých heterostrukturních keramických materiálů.
The doctoral thesis is orientated to preparation of advanced ceramic materials by electrophoretic deposition (EPD). The vertical mode of EPD in constant current regime was used in this study. The morphology of prepared materials (image structural analysis), physical properties (EPD yields, relative density, roughness of deposit surface) and mechanical properties (hardness, fracture toughness, elastic module) were characterized on the prepared deposits from alumina (Al2O3), zirconia (ZrO2) or their composites. It was found that the surface charge of alumina or zirconia particles was opposite (inversion charge) in stabilized isopropanolic dispersions than in case of water dispersions. The model of alumina or zirconia particles “inverse” stabilization was proposed. This type of EPD was further studied in presence of different acidic stabilizers. The obtained results from the experimental work (-potential and electric conductivity of dispersions, EPD yields, relative density of deposits, roughness of deposit surface etc.) showed the monochloracetic acid as the optimal type of acidic stabilizer. The kinetic of EPD process from dispersions containing isopropanol, monochloracetic acid and Al2O3 or ZrO2 particles and its influence on the final properties of prepared deposits was studied. The new method of kinetic measurement was developed. Due to good knowledge of EPD kinetic the ceramic laminates (Al2O3/ZrO2) with optimized layer thickness were prepared. The internal stresses and their influence on crack trajectory in ceramic laminates contained 100-150 strongly bonded layers were studied. It was found that the dominant role of crack deflection played the internal compressive stresses, i.e. with increasing of amount of internal compressive stresses the crack deflection was also increased. This work brought a new knowledge in the area of non-aqueous ceramic dispersion stabilization and preparation of heterostructured ceramic materials.
The doctoral thesis is orientated to preparation of advanced ceramic materials by electrophoretic deposition (EPD). The vertical mode of EPD in constant current regime was used in this study. The morphology of prepared materials (image structural analysis), physical properties (EPD yields, relative density, roughness of deposit surface) and mechanical properties (hardness, fracture toughness, elastic module) were characterized on the prepared deposits from alumina (Al2O3), zirconia (ZrO2) or their composites. It was found that the surface charge of alumina or zirconia particles was opposite (inversion charge) in stabilized isopropanolic dispersions than in case of water dispersions. The model of alumina or zirconia particles “inverse” stabilization was proposed. This type of EPD was further studied in presence of different acidic stabilizers. The obtained results from the experimental work (-potential and electric conductivity of dispersions, EPD yields, relative density of deposits, roughness of deposit surface etc.) showed the monochloracetic acid as the optimal type of acidic stabilizer. The kinetic of EPD process from dispersions containing isopropanol, monochloracetic acid and Al2O3 or ZrO2 particles and its influence on the final properties of prepared deposits was studied. The new method of kinetic measurement was developed. Due to good knowledge of EPD kinetic the ceramic laminates (Al2O3/ZrO2) with optimized layer thickness were prepared. The internal stresses and their influence on crack trajectory in ceramic laminates contained 100-150 strongly bonded layers were studied. It was found that the dominant role of crack deflection played the internal compressive stresses, i.e. with increasing of amount of internal compressive stresses the crack deflection was also increased. This work brought a new knowledge in the area of non-aqueous ceramic dispersion stabilization and preparation of heterostructured ceramic materials.
Description
Citation
DRDLÍK, D. Pokročilé heterostrukturní keramické materiály [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. .
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)
prof. Ing. Lubomír Lapčík, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (člen)
prof. Ing. Jiří Švejcar, CSc. (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vít Jan, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Luboš Náhlík, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2013-11-26
Defence
DDP uvádí teoretické a experimentální poznatky z elektroforetické depozice Al2O3 nebo ZrO2 částic stabilizovaných v isopropanolových disperzích vícefunkčními kyselinami a bázemi.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení