Posledné desaťročia sú nároky na tepelné spracovanie rozličných materiálov zvýšené kvôli ekonomickému hospodáreniu. Štúdium procedúr, ktoré zahŕňajú tepelné spracovanie, sa odráža v šetrení energie, výdavkov a tým aj prírodných zdrojov. Uvádza to Filip Obert vo svojej práci Využitie Friedmanovej metódy v oblasti spekania keramiky prostredníctvom termodilatometrie (The use of Friedman method in the sintering region of ceramics by thermodilatometry), jeho školiteľom bol Anton Trník, Katedra fyziky, Fakulty prírodných vied UKF v Nitre.
Vo všeobecnosti pri tepelnom spracovaní materiálov spekanie prebieha podľa autora rýchlejšie pri vyšších teplotách. „Dosiahnutie vyšších teplôt je však energeticky náročnejšie. Pri spracovaní musíme dosiahnuť takej teploty, kedy spekanie nastáva. Problémom je však, či je výhodnejšie použiť nižšie teploty a dlhšiu teplotnú výdrž alebo vyššie teploty pri nižšej výdrži. Túto otázku riešia niektoré z metód termickej analýzy. Termická analýza prezentuje súbor metód, v ktorých sa študujú vybrané zmeny materiálov meraním jednej z ich fyzikálnych vlastností ako funkcia teploty.“
Súčasne podľa Filipa Oberta existuje niekoľko desiatok termoanalytických metód, ktoré sa líšia vybranými fyzikálnymi vlastnosťami použitými pri opisovaní stavu materiálov (dĺžka, hmotnosť, magnetická susceptibilita, teplotný rozdiel medzi vzorkou a referenčným materiálom, atď.) „V posledných časoch však použitie termoanalytických metód vzrastá a ich oblasť aplikácie je široká.“
Autor vo svojej práci konštatuje, že chemickú kinetiku je možné využiť na štúdium tepelne aktivovaných procesov. „Znalosť kinetiky vysokoteplotných reakcií má ekonomický a praktický význam pre hospodárstvo a priemysel menovite.“ Pre výskum spekania bol použitý izokonverzný princíp diferenciálnej Friedmanovej metódy. Spekanie keramických vzoriek na báze illitu bolo zaznamenané pomocou termodilatometrie rôznymi rýchlosťami ohrevu – 2, 5, 7, 10 a 15 °C min-1. Spekanie bolo skúmané v teplotnom intervale od 800 až 1 200 °C, v atmosfére plynného dusíka.
Využitím Friedmanovej metódy sa určila zdanlivá aktivačná energia spekania illitu Ea = 655±100 kJ mol-1. Pre účely merania bolo potrebné vyrobiť vzorky. „Illit sme mechanicky rozdrvili v guľovom mlyne a pomocou vibračného sita použili frakcie < 100 µm. Sitovaný materiál sme spojili s destilovanou vodou v pomere 2:1 pre illit za vzniku plastickej hmoty. Extrudérom sme vytvorili vzorky tvaru valca s priemerom podstavy 10 mm a výškou 100 mm. Po dvojtýždňovom sušení pri laboratórnej teplote boli vzorky opracované na požadované rozmery s priemerom podstavy 6 mm a výškou 30 mm. Na opracovanie sme použili sústruh. Na finálne dokončenie jemný brúsny papier. Namerané dáta sme vyhodnocovali prostredníctvom počítačového softvéru Matlab,“ uviedol Filip Obert.
Namerané hodnoty z termodilatometrických kriviek neskôr numericky derivovali. Derivácia je podľa autora rozdielom relatívneho predĺženia podľa teploty vo vybranom intervale. Dáta z derivácie boli vyhľadané pomocou počítačových algoritmov. „Vyhladené dáta slúžili na zostrojenie konverzných kriviek. Pred zostrojením kriviek sme odpočítali základnú čiaru, tzv. baseline od pôvodných dát. Výsledok je, že pred a za hranicou píku neprebieha žiadna chemická reakcia. V opačnom prípade by plocha maxima bola skreslená. Na zostrojenie konverzných kriviek môžeme využiť plochy jednotlivých maxím. Asi pri teplote 1 050 °C dochádza na konverzných krivkách k zlomu, čo možno pozorovať aj priamo na nespracovaných dátach.“
Autor v závere uvádza, že využitím termodilatometrie na illitických vzorkách určili teplotu spekania v intervale od 800 do 1 200 °C. Previedli analýzu prostredníctvom izokonverznej metódy chemickej kinetiky. Určili zdanlivú aktivačnú energiu Ea = 655±100 kJ mol-1 pri procese spekania použitím diferenciálnej Friedmanovej metódy. „V prípade určenia presnosti metódy sme zaznamenali vo výsledkoch 30 % rozptyl hodnôt zdanlivej aktivačnej energie. Konštatujeme že, reakcia spekania sa neriadi jediným dominantným krokom a aktivačná energia je závislá od stupňa konverzie.“
Príspevok vyšiel v rámci zborníka Študentskej vedeckej konferencie 2018 Fakulty prírodných vied UKF v Nitre a Fakulty prírodných vied UMB v Banskej Bystrici. (zborník)
Študentské vedecké konferencie sú jedinečnou príležitosťou pre študentov prezentovať výsledky svojej vedecko-výskumnej práce, vyskúšať si a zažiť jedinečnú atmosféru vedeckej konferencie a v neposlednej miere aj získať možnosť publikovať svoj prvý príspevok. Pre mnohých študentov je to možno prvá, avšak veľmi dôležitá osobná skúsenosť s vedeckým životom.
Tentokrát mali možnosť stretnúť sa študenti Fakulty prírodných vied UKF v Nitre a Fakulty prírodných vied UMB v Banskej Bystrici na spoločnej Študentskej vedeckej konferencii (ŠVK). Konferenciu hostila Fakulta prírodných vied UKF v Nitre. Študenti bakalárskeho, magisterského a prvého ročníka doktorandského štúdia úspešne prezentovali výsledky svojho výskumu v sekciách konferencie: Biológia; Ekológia a environmentalistika; Fyzika, Chémia a Matematika; Geografia a regionálny rozvoj; Informatika; Didaktika biológie, geografie; Didaktika matematiky, fyziky, informatiky a techniky.
Informačný a foto zdroj:
https://konferencie.ukf.sk/index.php/svk/svk2018 (september 2018)
autori príspevku: Filip Obert; Školiteľ: Anton Trník
Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR
Ilustračné foto: Pixabay.com /Joergelman/
Uverejnila: VČ