Kontakt: Prof. Dr. Dipl.-Min. Willi Pabst (willi.pabst@vscht.cz)
Transparentní spinelová keramika (MgAl2O4)
Vzorek transparentní spinelové (MgAl2O4) keramiky s příměsí 1 hm.% fluoridu lithného (LiF) jako slinovací přísady připravený metodou spark plasma sintering (SPS) při teplotě 1500 °C s výdrží 3 h (rychlost ohřevu 25 °C/min, tlak 80 MPa). Vzorek vykazuje tak dobou míru transparentnosti, že je pouhým okem nerozlišitelný od skla. Výhodou transparentní spinelové keramiky v porovnání se sklem je především vyšší pevnost, tvrdost a absence bodu měknutí při zvýšené teplotě. Vysoká otěruvzdornost a odolnost proti nárazu předurčují tuto keramiku pro optická okna v civilních i vojenských aplikacích.
Mikrostruktura transparentní spinelové (MgAl2O4) keramiky (tj. jednofázové keramiky na základě jednoho směsného oxidu) s 1 hm.% fluoridu sodného (NaF) jako slinovací přísady. Tato slinovací přísada zabraňuje růstu zrn do takové míry, že je prakticky zachována velikost částic původního prášku (průměrná velikost zrn na snímku je 180 nm). Vzorek byl připraven metodou spark plasma sintering (SPS) při teplotě 1500 °C s výdrží 1 h (rychlost ohřevu 25 °C/min, tlak 80 MPa). Snímek byl pořízen skenovací elektronovou mikroskopií (SEM) leštěného a záměrně přeleptaného nábrusu za použití sekundárních elektronů.
Autor: Ing. Vojtěch Nečina (vojtech.necina@vscht.cz)
Keramická korundová pěna (Al2O3)
Vysoce porézní keramická pěna s pórovitostí nad 80 %, připravená z korundového (α-Al2O3) prášku metodou tzv. „biologického napěňování“ keramických licích vodních suspenzí za použití droždí, škrobu a cukru a následným konvenčním výpalem v elektrické peci na teplotu 1600 °C s výdrží 2 h (rychlost ohřevu 2 °C/min). Snímek byl pořízen optickou mikroskopií planárního řezu.
Keramické pěny jsou velmi lehké materiály, mají poměrně dobrou pevnost, vysokou tuhost a vynikající tepelně izolační vlastností, v případě korundové keramiky až do teploty okolo 1600 °C. Aplikace jsou např. vyzdívky elektrických pecí a jiných vysokoteplotních zařízení.
Autor: Ing. Tereza Uhlířová, Ph.D. (tereza.uhlirova@vscht.cz)
Korundová keramika (Al2O3)
Mikrostruktura plně slinuté korundové (α-Al2O3) keramiky (tj. jednofázové keramiky na základě jednoduchého oxidu) vykazující průměrnou velikost zrn okolo 500 nm. Tento vzorek korundové keramiky byl připraven metodou spark plasma sintering (SPS) rychlostí ohřevu 100 °C/min na teplotu 1300 °C (což je pro korundovou keramiku velmi nízká teplota) a tlakem 80 MPa. Celková doba přípravy tohoto vzorku (včetně chlazení) činila pouhých 37 minut (oproti několika hodinám u konvenčního výpalu). Snímek byl pořízen skenovací elektronovou mikroskopií (SEM) leštěného a leptaného nábrusu za použití sekundárních elektronů.
Autor: Ing. Vojtěch Nečina (vojtech.necina@vscht.cz)
Kompozitní keramika (CeO2-Al2O3)
Mikrostruktura kompozitní keramiky oxidu ceričitého a korundu (tj. dvoufázové keramiky na základě dvou jednoduchých oxidů) v hmotnostním poměru (CeO2:Al2O3) 1:1 připravené konvenčním výpalem v elektrické peci. Vzorek byl vypálen na teplotu 1600 °C s výdrží 2 h (rychlost ohřevu 2 °C/min). Snímek byl pořízen skenovací elektronovou mikroskopií (SEM) na stěně trhliny za použití zpětně odražených elektronů. Tmavší zrna přísluší Al2O3, světlejší CeO2.
Autor: Ing. Vojtěch Nečina (vojtech.necina@vscht.cz)
Porézní hydroxyapatit (Ca5[(PO4)3OH])
Prostorový obrázek (tomografický snímek) hydroxyapatitové keramiky připravené mechanickým napěňováním keramické suspenze s obsahem pšeničné mouky a následným konvenčním výpalem v elektrické peci na teplotu 1200 °C s výdrží 2 h (rychlost ohřevu 2 °C/min). Snímek byl pořízen metodou rentgenové počítačové mikrotomografie. Jeho řezy sloužily pro následnou kvantitativní obrazovou analýzu. Hydroxyapatit se běžně používá jako kostní výplň a ve formě povlaku na převážně kovových implantátech. Porézní hydroxyapatit umožňuje vzrůst kostní tkáně do pórů a používá se v rámci tkáňového inženýrství.
Autor: Ing. Tereza Uhlířová, Ph.D. (tereza.uhlirova@vscht.cz)
Digitální modelová mikrostruktura
Tato mikrostruktura s náhodným upořádáním kulovitých pórů stejné velikosti se skládá z velmi malých objemových prvků ve formě krychlí (tzv. voxelů, což je 3D analog k 2D pixelům) a jakožto zjednodušující model porézní keramiky slouží k prozkoumání 3D topologie a k numerickým výpočtům vlastností (např. elastických, tepelných, elektrických) porézních keramických materiálů.
Autor: Ing. Tereza Uhlířová, Ph.D. (tereza.uhlirova@vscht.cz)
Optická propustnost (transmitance) transparentní spinelové keramiky
Výsledky modelového výpočtu optické propustnosti (transmitance) transparentní spinelové keramiky se zbytkovou pórovitostí na základě Mieovy teorie. Graf ukazuje tzv. přímočarou transmitanci (in-line transmittance) spinelové keramiky v závislosti na vlnové délce (transmitanční spektrum) a na velikosti pórů. Objemová frakce pórů, tzv. pórovitost, má stejně velký vliv jako tloušťka vzorku (zde 10 mm).
Autor: Ing. Soňa Hříbalová (sona.hribalova@vscht.cz)
