dizertační práce

Příprava hybridních keramických materiálů metodou ice-templating

Text práce 5.67 MB Teze 2.62 MB

Autor práce: Ing. Jakub Roleček, Ph.D.

Ak. rok: 2019/2020

Vedoucí: doc. Ing. David Salamon, Ph.D.

Oponenti: doc. Ing. Zoltán Lenčéš, PhD. , doc. Ing. Ondřej Jankovský, Ph.D.

Abstrakt:

Ice-templating, známý také jako freeze-casting, je relativně jednoduchou, levnou a velmi univerzální technikou pro výrobu porézních keramických struktur s řízenou mikrostrukturou. Takto připravené keramické struktury jsou použity pro výrobu hybridních keramických kompozitů, nebo jako biokeramické scaffoldy. Hybridní keramické kompozitní materiály jsou založeny na napodobování přírodních/ biologických materiálů. Hlavním cílem je napodobit v přírodě se vyskytující zhouževnaťující mechanismy tím, že porézní keramické struktury jsou po slinutí napuštěny polymerními materiály. Hlavním problémem při výrobě porézních keramických vzorků s velkými rozměry, pomocí metody ice-templating, je dosažení řízeného růstu ledových krystalů v celém objemu vzorku. Aby tedy bylo možné získat velké keramické vzorky s dobře definovanou lamelární strukturou je třeba proces ice-templatingu velmi přesně kontrolovat. Biologická aktivita biokeramických materiálů závisí na kombinaci fyzikálních a chemických charakteristik, které silně souvisejí s jejich mikrostrukturou. Porozita scaffoldů musí být vzájemně propojená a velikostí pórů dostatečně velká pro úspěšný růst kostní tkáně v celém objemu implantátu. 
Prezentovaná disertační práce je zaměřena na problematiku zvětšování rozměrů keramických vzorků připravených pomocí metody ice-templating, vytvoření víceúrovňové porozity uvnitř vzorků a výrobu hybridních keramických kompozitů pro balistickou ochranu.
Keramické suspenze pro ice-templating byly úspěšně připraveny z různých prášků (zejména hydroxyapatitu a oxidu hlinitého s různým plněním keramického prášku od 7,5 obj.% do 45 obj.%. Byl také studován vliv aditiv na utváření lamelární drsnosti a mezilamelárních přemostění. V současnosti je zkoumán dopad těchto strukturních prvků na výsledné mechanické vlastnosti. Hybridní kompozity oxid hlinitý/polymer byly úspěšně navrženy a připraveny z destiček z oxidu hlinitého připravených metodou ice-templating s délkou lamel až 70 mm a různých polymerních pryskyřic. Byla testovány mechanické vlastnosti hybridních kompozitů oxid hlinitý/polymer a výsledky ukázaly, že ice-templating je robustní metodou pro výrobu hybridních kompozitů keramika-polymer s dobrým poměrem pevnost/hustota. Avšak balistické testy hybridních kompozitů oxid hlinitý/polymer odhalily, že většina kompozitů vytvořených v rámci této práce nebyla schopna účinně zastavit střely s průbojným jádrem. Ukázalo se, že kombinace procesu ice-templating a nepřímého 3D tisku umožňuje výrobu biokeramických scaffoldů pro kostní náhrady z hydroxyapatitu s víceúrovňovou porozitou, což by se mohlo ukázat jako prospěšné pro vývoj bioaktivních vysoce porézních scaffoldů se zvýšenou biologickou aktivitou. Ice-templating také významně ovlivnil změnu fázového složení během slinování hydroxyapatitových vzorků.

Klíčová slova:

Ice-templating, hybridní kramické kompozity, biokeramické scaffoldy, Al2O3, HAP, vodné suspenze, mechanické vlastnosti, balistické testy

Termín obhajoby

2.12.2019

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaPznamka

Průběh obhajoby

Hlavním cílem disertační práce Ing. Rolečka bylo zvládnout techniku ice-templating (freeze-casting) pro vzorky větších rozměrů pro přípravu hybridních keramických kompozitů. Všechny vytýčené cíle práce byly bez výhrady splněny. Ukázalo se, že kombinace procesu ice-templating a nepřímého 3D tisku umožňuje výrobu biokeramických scaffoldů na bázi hydroxyapatitu pro kostní náhrady. Práce je formálně na velmi dobré úrovni v angličtině a splňuje veškeré požadavky. Otázky oponentů i dalších členů komise byly uspokojivě zodpovězeny.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní obor

Pokročilé materiály (PM)

Složení komise

prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Martin Trunec, Dr. (člen)
doc. Ing. Zoltán Lenčéš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ondřej Jankovský, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Chlup, Ph.D. (člen)
Dr. Ing. Jan Macák (člen)
prof. RNDr. Karel Maca, Dr. (člen)

Posudek oponenta
doc. Ing. Zoltán Lenčéš, PhD.

viz hodnocení v pdf.
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 235.18 kB

Posudek oponenta
doc. Ing. Ondřej Jankovský, Ph.D.

viz hodnocení v pdf.
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 167.69 kB