Termofyzikálne laboratórium

Termofyzikálne laboratórium je zamerané predovšetkým na štúdium procesov prebiehajúcich pri tepelnom spracovaní keramických materiálov na báze kaolinitu a illitu. Tieto procesy sa sledujú v priebehu ohrevu. Ich dôsledky na finálne vlastnosti keramiky sa merajú pri izbovej teplote. Vybrané vlastnosti – predovšetkým mechanické a termofyzikálne - sa skúmajú na vzorkách rôzneho pôvodu a rôznej histórie spracovania. V poslednom čase pribudlo štúdium ich elektrickej vodivosti. K splneniu vedecko-výskumných cieľov slúži vybavenie laboratória príslušnými meracími zariadeniami ako aj zostava pracovníkov (1 profesor, 4 docenti, 1 odborný asistent, 3 – 5 doktorandi) a zahraničné aj domáce spolupráce.
Predmetom výskumu sú vlastnosti charakterizujúce prenosy tepla, látky a elektrického náboja ktoré vznikajú, alebo sa menia pri sušení a dosušovaní keramickej hmoty, pri štrukturálnych zmenách kaolinitu, illitu, montmorillonitu pri stredných teplotách (dehydroxylácia týchto minerálov) a pri vysokoteplotných reakciách (vznik spinelu a mullitu) a spekaní, ktoré premieňajú východiskovú keramickú hmotu na vypálenú keramiku. Taktiež potrebná pozornosť sa venuje chladeniu keramiky z najvyššej teploty výpalu. Spomenuté procesy sa sledujú prostredníctvom merania termofyzikálnych parametrov (koeficienty teplotnej vodivosti, tepelnej vodivosti, lineárnej teplotnej rozťažnosti, tepelná kapacita), mechanických parametrov (moduly pružnosti, Poissonovo číslo, rýchlosť zvuku, mechanická pevnosť, tvrdosť), elektrických parametrov (jednosmerná a striedavá konduktivita) a taktiež pomocou diferenčnej termickej analýzy (DTA), termogravimetrickej analýzy (TGA), roentgenovej štrukturálnej difrakčnej analýzy, skenovacej elektrónovej mikroskopie, porozimetrie a akustickej emisie.
Skúmaná keramika má široké zastúpenie v praxi. Z tohto dôvodu sú predmetom nášho záujmu tiež aj zmesi s obsahom odpadových surovín (elektrárenský popolček, vápencové odprašky), keramika so zníženou tepelnou vodivosťou, texturovaná keramika, pórovitá keramika a keramické kompozity. Problémy s prenosom výsledkov získaných na miniatúrnych laboratórnych vzorkách na veľkorozmerné telesá v keramickej výrobe sú všeobecne známe. Z tohto dôvodu sa tiež zaoberáme procesmi vo veľkých vzorkách (TGA, gradienty teploty, gradienty koeficientu konverzie pri chemických reakciách).
Na základe experimentálneho výskumu sú navrhované matematické modely procesov (kinetika reakcií) a prenosových javov (prenos tepla vo veľkých telesách v nestacionárnych podmeinkach).
V priebehu jestvovania laboratória bolo navrhnutých a postavených viacero meracích zariadení. Táto činnosť je stále aktuálna. Okrem samotnej stavby zariadení, vybavujeme ich vlastným softvérom a analýzou neistoty merania.
Okrem vyššie uvedených tém sa pracovníci laboratória zaoberajú teoretickým štúdiom javov v blízkosti fázových prechodov 1.druhu pomocou štatistickej mechaniky klasických spinových systémov, najmä štúdiom efektov konečného objemu, prúdovo-napäťových závislostí počas fázových prechodov na rozhraní elektróda-elektrolyt, chirálnej segregácie molekúl a veľkých makroskopických pozorovateľných deviácií.

• Horizontálny piestový dilatometer na meranie relatívneho predĺženia a koeficientu lineárnej teplotnej rozťažnosti v teplotnom rozsahu 20°C – 1250°C vo vzduchovej atmosfére. Dĺžka vzorky 30 – 40 mm, priečny rozmer 4 – 11 mm.
• Horizontálny piestový dilatometer Netzsch DIL 402C na meranie relatívneho predĺženia a koeficientu lineárnej teplotnej rozťažnosti v teplotnom intervale 20°C – 1400°C s možnosťou použitia rôznej atmosféry. Dĺžka vzorky 20 – 30 mm, priečny rozmer 4 – 8 mm.

• DSC/DTA aparatúra Netzsch  DSC 404F3 na meranie tepelnej kapacity alebo na termickú diferenčnú analýzu v teplotnom intervale 20°C – 1400°C s možnosťou použitia rôznej atmosféry. Práškové vzorky 50 mg.
• Aparatúra Mettler Toledo DSC 822 na meranie tepelnej kapacity v teplotnom intervale  -70 °C – 600 °C s možnosťou použitia rôznej atmosféry. Práškové vzorky 50 mg.

• Aparatúra Netzsch LFA 427 Laser Flash  na meranie tepelnej a teplotnej vodivosti a tepelnej kapacity kompaktných vzoriek (priemer 12 mm, hrúbka 2  –  4 mm) zábleskovou metódou v teplotnom rozsahu 20°C - 1400°C.
• Aparatúra na meranie teplotnej vodivosti kompaktných vzoriek (priemer 12 mm, hrúbka 2  –  4 mm) zábleskovou metódou. Teplotný rozsah tejto aparatúry je 20°C – 600°C.
• Aparatúra na meranie tepelnej vodivosti metódou horúceho drôtu kompaktných vzoriek (priemer 30 – 80 mm, dĺžka 100 mm) a práškov. Teplotný rozsah aparatúry je 20°C –  900°C.
• Aparatúra IZOMET ne meranie tepelnej a teplotnej vodivosti práškových aj kompaktných vzoriek pri izbovej teplote.

Meranie mechanických veličín

• Aparatúra na meranie rýchlosti zvuku, modulu pružnosti v ťahu (Youngov modul), koeficientu vnútorného trenia v závislosti od teploty a času na kompaktných vzorkách (dĺžka 110 – 140 mm, priečny rozmer 8 – 12 mm) vo vzduchovej atmosfére. Teplotný rozsah aparatúry je 20°C – 1250°C.
• Aparatúra na meranie rýchlosti zvuku, modulu pružnosti v ťahu (Youngov modul), modulu pružnosti v šmyku, Poissonovho čísla a koeficientu vnútorného trenia na kompaktných vzorkách pri izbovej teplote.
• Aparatúra na meranie mechanickej pevnosti v ohybe kompaktných vzoriek (dĺžka 100 mm, priečny rozmer 10 mm) 3-bodovou metódou v teplotnom intervale 20°C – 950°C vo vzduchovej atmosfére. 
• Aparatúra na meranie Shoreho tvrdosti pri izbovej teplote.

Termické analýzy DTA, TGA

• TG/SDTA analyzátor Mettler Toledo TGA/SDTA 851e pre teplotný interval 20°C – 1100°C. Aparatúra je pre vzorky do 50 mg s možnosťou použitia rôznej atmosféry.
• Aparatúra Derivatograph 1000 na termické analýzy DTA, TGA od 20°C do 1050°C pre práškové alebo kompaktné vzorky do 4 g vo vzduchovej atmosfére.

Iné zariadenia

• Pec s programovateľným ohrevom a chladením do 1250 °C. Pracovný objem pece 6 litrov, možnosť rýchlovýpalu.
• Aparatúra na meranie teplotných polí a teplotnej vodivosti na veľkých vzorkách počítanej inverznou metódou. Teplotný rozsah 20°C – 950°C.
• Aparatúra na meranie jednosmernej elektrickej vodivosti keramického materiálu v teplotnom 20°C – 1000°C vo vzduchovej atmosfére.
• Aparatúra na meranie priepustnosti pre plyny vzoriek s otvorenou pórovitosťou pri izbovej teplote.
• Guľový mlyn RETSCH PM 100.
• Sitovacia súprava RETSCH AS 200.
• Váhy KERN s citlivosťou 0,01 g a s citlivosťou 0,001 g.
• Váhy Mettler Toledo AX26DR s citlivosťou 0,01 mg.
• Rôzne multimetre (meranie elektrických veličín), snímače teploty a pod.