Influence of plasma activation of ceramic particles on ceramic technology and properties

Tato práce se zabývá vlivem plazmatické aktivace keramických částic na mikrostrukturu slinutých keramických těles. Pro plazmatickou aktivaci keramických částic bylo použito zařízení pro generaci difuzního koplanárního povrchového bariérového výboje (DCSBD). Pro experiment byly zvoleny dva materiály - Al2O3 (TAI) a ZrO2 dopovaný 3 mol% Y2O3 (TZ). Pro dispergaci prášků v suspenzích byly použity dvě metody – ultrazvuková dispergace a kulové mletí. Efekt působení DCSBD na korundové a zirkonové prášky byl studován pomocí rtuťové porozimetrie, dilatometrie a pomocí studia dosažené finální mikrostruktury. Obecně bylo zjištěno, že plazmatická aktivace povrchu keramických částic má měřitelný dopad na výslednou mikrostrukturu. Bylo zjištěno, že plazmaticky aktivované Al2O3 prášky dosahují při dispergaci pomocí ultrazvuku i kulového mletí nižších hodnot střední velikosti zrn při srovnatelné velikosti relativní hustoty ve srovnání s neaktivovanými prášky. U materiálu TZ bylo zjištěno, že plazmaticky aktivované prášky v případě použití ultrazvukové dispergace dosahují po slinutí vyšších relativních hustot než prášky neaktivované. Pokud byl pro dispergaci použit kulový mlýn, dosahovaly aktivované prášky nižších relativních hustot ve srovnání s neaktivovanými prášky. Výsledná slinovací trajektorie oplazmovaného TZ dispergovaného pomocí ultrazvuku se překrývá se slinovací trajektorií neaktivovaného prášku dispergovaného pomocí kulového mletí a obráceně. Ve srovnání s ostatními autory bylo v případě aktivovaného prášku TAI dispergovaného kulovým mletím dosaženo porovnatelných výsledků z hlediska slinovací trajektorie. V případě materiálu TZ bylo při porovnání výsledků s ostatními autory dosaženo obdobných výsledků, pokud byl použit aktivovaný prášek a dispergace ultrazvukem. Plazmatická aktivace povrchu tedy umožňuje ekologičtější variantu stabilizace suspenze vzhledem ke konvenčním metodám stabilizace založených na chemických aditivech.This thesis is focused on the study of the influence of plasma activation of powder ceramic materials on sintered microstructure. In this experiment Diffuse Coplanar Surface Barrier Discharge (DSCBD) device was used for plasma treatment and two materials were chosen to be investigated – Al2O3 (TAI) and ZrO2 doped with 3 mol % Y2O3 (TZ). Two methods of powders dispergation in suspension were used – ultrasound and ball milling. The effect of using of DCSBD on alumina and zirconia powders was investigated by mercury intrusion porosimetry, dilatometry and by evaluation of final relative densities and grain sizes. Generally, was investigated that plasma surface activation of ceramic particles has measurable influence on the final microstructure. In comparison with the non-plasma treated alumina powders, plasma activated powders disperged with ultrasound and ball milling achieved lower values of grain size at comparable relative densities. In case of zirconia powders was observed that plasma treated powders achieve higher relative densities, if ultrasound was used. On the other hand, plasma treated zirconia powders disperged with ball milling achieve lower relative densities compared with non-plasma treated zirconia powders. Final sintering trajectory of plasma treated TZ powders disperged with ultrasound is comparable to the sintering trajectory of non-plasma treated zirconia powders disperged with ball milling and vice versa. Plasma surface treatment is the way of more ecological friendly preparation of suspension and its stabilization than the conventional stabilization methods using chemical additives.