Výskumné oblasti

Charakteristika divízie

 Vedecko-výskumné aktivity divízie sú zamerané na výskum a vývoj keramických materiálov, ich kompozitov a nanokompozitov, nano/mikrovláknien, keramických tenkých vrstiev a povlakov. V oblasti výskumu keramických materiálov je hlavná pozornosť venovaná štúdiu mikroštruktúry, stanoveniu mechanickým a funkčných vlastností keramík určených pre pokročilé aplikácie a na určenie vzťahu medzi technologickými postupmi prípravy,  mikroštruktúrnymi parametrami a finálnymi mechanickými a funkčným vlastnosťami.

Veľká časť aktivít je venovaná vývoju a implementovaniu moderných metód a postupov spojených s prípravou a testovaním nových  materiálov na nano a mikro úrovni (SPS technológia – Spark Plasma Sintering, Electrospinning – elektrostatické zvlákňovanie polymérov, PVD – Physical Vapour Deposition, SEM-FIB mikroskopia).

Charakterizácia materiálov

  • Mikroštruktúrna analýza – príprava vzoriek pomocou keramografie (brúsenie, leštenie, leptanie).
  • Príprava tenkých fólií pre pozorovanie na TEM (jamkovanie, iónové bombardovanie)
  • Svetelná mikroskopia, rastrovacia elektrónová mikroskopia, transmisná elektrónová mikroskopia, AFM , štatistické analýzy mikroštruktúrnych parametrov, Ramanovská spektroskopia.
  • SEM/FIB mikroskopa poskytuje: Dvoj- a troj- rozmerné zobrazovanie a analýza vodivých i nevodivých materiálov s použitím lokálneho kompenzátora náboja. Príprava ultratenkých lamiel (<50 nm) pre pozorovanie v TEM a vodivých i nevodivých nanoštruktúr (< 20 nm) cestou depozície z plynnej fázy. Analýza priečnych rezov a štruktúrnych rozhraní materiálov hrúbky vrstiev a chýb v materiáli. Mletie, bombardovanie, iónové leptanie materiálov. Iónová litografia. Príprava mikroútvarov (pilierov) pre následné nanomechanické skúšanie.
  • Testy mechanických a funkčných vlastností – skúška v štvorbodovom ohybe / Weibullova analýza, lomová húževnatosť (IF, IS, SENB, SEVNB), indentačné metódy – tvrdosť, lomová húževnatosť, únava, elektrická a tepelná vodivosť atď.
  • Tribológia
  • Vysokoteplotné charakteristiky krehkých materiálov (tečenie, tepelné šoky, oxidácia); fraktografická analýza porúch krehkých materiálov, predikcia životnosti a spoľahlivosti krehkých materiálov.
  • Makro a mikrofraktografia, štatistické analýzy lomových mechanizmov.
  • Nanomechanické vlastnosti – tvrdosť, micro pillar, micro cantilever, scratch skúšky

V prípade otázok nás prosím kontaktujte na:  jdusza@saske.sk

Naše hlavné aktivity sú rozdelené na nasledujúce výskumné oblasti:

A: Výskum keramických materiálov a kompozitov

Vývoj progresívnych keramických kompozitov s uhlíkovými nano/mikro štruktúrami (B4C, TiB2, ZrB2, SiC, Si3N4 , CNTs – carbon nanotubes, GPLs – graphene platelets, atď).

Vývoj UHTC keramiky (Ultra High Temperature Ceramic – High Entropy Ceramics) pre použitie v extrémnych podmienkach.

Príprava materiálov pokročilými metódami spekania:

Spekanie za prítomnosti plazmy a ultra-rýchlymi technikami s využitím elektrického poľa na zariadení „spark plasma sintering“. Možnosť spekania materiálov s keramickou i kovovou matricou, tvrdokovov, cermetov a pod, vo vákuu pri vysokých teplotách, vysokých tlakoch a krátkych časoch.

 B: Príprava tenkých povlakov pre inžinierske aplikácie PVD metódami

PVD laboratórium je vybavené najnovšími PVD technológiami na prípravu tvrdých, supertvrdých a prípadne aj funkčných povlakov na báze jedno- a viackomponentných systémov, vrátane nanokompozitných, multivrstvových a gradientných povlakov, pre strojárske a iné aplikácie na báze HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) – magnetrónového naprašovania vysokoenergetickými impulzami na báze HiTUS (High Target Utilization Sputtering) – naprašovania s vysokou využiteľnosťou terča a nezávislým zdrojom plazmy.

 C: Testovanie materiálov

Tribológia: Skúmanie tribologických vlastností, ako sú koeficienty trenia, režimy a mechanizmy opotrebenia, obzvlášť u tvrdých látok (keramiky, tvrdokovy, kompozity, zlatiny), ale aj u biomateriálov, priemyselných materiálov, ochranných povlakov a iných látok. Zabezpečujeme skúšky v rôznych režimoch zaťažovania, od 1 mN (nanotribometer) po 1 kN (univerzálny tribometer s meniteľnou geometriou. V geometrii pin/ball-on-disk možnosť testov do vysokých teplôt (800°C).

Nanoindentácia a atómová silová mikroskopia:

Testovanie tvrdosti, pružnosti ďalších mechanických vlastností povlakov a objemových materiálov na mikro- až nano-úrovni. Skúmanie mikroštruktúry a topografie povrchov, ako aj niektorých mechanických a magnetických vlastností pomocou atómovej silovej mikroskopie s nanometrickým rozlíšením.

D: Príprava nano/mikrovlákien

Aktivity v tejto oblasti nášho výskumu sú zamerané na vývoj a charakterizáciu polymérnych, keramických a uhlíkových  nano/mikrovlákien pomocou technológie bezihlového zvlákňovania z voľnej hladiny roztoku polyméru na prístroji NANOSPIDERTM NS Lab 200. Daná technológia nám umožňuje:

– prípravu kontinuálnych, rovnomerných, náhodne usporiadaných vlákien s priemerom 50 – 700 nm vo forme netkanej textílie šírky do 350 mm.

– možnosť zvlákniť široké spektrum syntetických aj prírodných polymérov: PVA, PA-6, PAN, PUR, PEO, PVP, chitosan, kolagén, PLA, PCL, HA…

– možnosť následne z prekurzorových vlákien vyrobiť keramické oxidické vlákna – Al2O3, Fe3O4, TiO2, SnO2, ZrO2… alebo čisté aj nanočasticami dopované uhlíkové vlákna s kontrolovanou pórovitosťou.