Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μια ραγδαία αύξηση της χρήσης των προηγμένων κεραμικών σε τεχνολογικές εφαρμογές και στην παρασκευή διαφόρων τεχνολογικών- προϊόντων, λόγω των σημαντικών ιδιοτήτων που παρουσιάζουν. Επιπλέον, μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει και ο συνδυασμός κεραμικών με μέταλλα τόσο σε τεχνικές συνένωσης όσο και στην παρασκευή σύνθετων υλικών κεραμικού μετάλλου (κεραμομεταλλικών) με πυροσυσσωμάτωση (sintering) παρουσία ή μη ρευστής μεταλλικής φάσης, με βελτιωμένες ιδιότητες. Σημαντικό ρόλο στη μικροδομή και τις ιδιότητες των υλικών αυτών παίζουν τα φαινόμενα διαβροχής και η ισχύς του δεσμού που αναπτύσσεται στη διεπιφάνεια κεραμικού μετάλλου, καθώς και οι επιφανειακές και διεπιφανειακές ενέργειες των υλικών η των συστημάτων των υλικών που βρίσκονται σε επαφή. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της συνάφειας και των διεπιφανειακών ιδιοτήτων σε συστήματα κεραμικών οξειδίων σε επαφή με ρευστές μεταλλικές οάσεις και ιδιαίτερα σε συστήματα του κεραμικού οξειδίου του δημητρίου σε επαφή με ρευστά μέταλλα. Στο πρώτο μέρος της εργασίας, στα πλαίσια του προγράμματος ΠΕΝΕΔ 2001 με τίτλο «ΧΥΤΕΥΣΗ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ: Πυροσυσσωμάτωση (sintering) κεραμικών καλουπιών και διεπιφανειακές τους αλληλεπιδράσεις σε επαφή με ρευστά κράματα μετάλλων», πραγματοποιήθηκε μία μελέτη της παραγωγικής διαδικασίας παρασκευής μεταλλικών αντικειμένων με τη μέθοδο της χύτευσης ακριβείας, η οποία οδήγησε στη βελτιστοποίηση των συνθηκών στα στάδια όπου είναι δυνατόν να δημιουργηθούν και να αναπτυχθούν ρωγμές στο κεραμικό κέλυφος (αποκέρωση. έψηση, χύτευση), ενώ επιπλέον διερευνήθηκαν οι διεπιφανειακές αλληλεπιδράσεις κεραμικού κελύφους ρευστών μεταλλικών φάσεων κατά τη χύτευση. οι οποίες επηρεάζουν το σχήμα και τις διαστάσεις του τελικού προϊόντος. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, προσδιορίσθηκε η θερμοκρασιακή εξάρτηση της επιφανειακής ενέργειας και της ενέργειας ορίων κόκκων του πολυκρυοσταλλιικού οξειδίου του δημητρίου (CeO2) σε υψηλές θερμοκρασίες, καθώς και η διεπιφανειακή ενέργεια και το έργο συνάφειας σε συστήματα του κεραμικού CeO2 σε επαφή με ρευστό Cu, με εφαρμογή της τεχνικής εξισορρόπησης πολλαπλών φάσεων. Παράλληλα, από τη μελέτη της ανάπτυξης εσοχών στα όρια κόκκων του πολυκρυσταλλικού CeO2 προέκυψε ότι ο κυρίαρχος μηχανισμός μεταφοράς μάζας κατά τη θερμική διάβρωση του κεραμικού είναι η επιφανειακή διάχυση και προσδιορίσθηκε ο αντίστοιχος συντελεστής επιφανειακής διάχυσης στο θερμοκρασιακό διάστημα 1473-1773Κ. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο αποτυπώματος σκληρόμετρου υπολογίσθηκε ο συντελεστής δυσθραυστότητας του κεραμικού CeO2 και προσδιορίσθηκε η επιφανειακή ενέργεια του οξειδίου του δημητρίου σε θερμοκρασία δωματίου. Η συνεισφορά των ασθενών δiαμοριακών δυνάμεων Van der Waals (πολικών και διασποράς) στην επιφανειακή ενέργεια του πολυκρυσταλλικού CeO2 σε θερμοκρασία δωματίου προσδιορίσθηκε από πειράματα διαβροχής του κεραμικού σε επαφή με διάφορα πολικά υγρά. Με χρήση ενός συνδυασμού βιβλιογραφικών και πειραματικών δεδομένων σχετικά με τις επιφανειακές ενέργειες και τις γωνίες επαφής σε συστήματα κεραμικών οξειδίων σε επαφή με διάφορα ρευστά μέταλλα εξήχθη μια εμπειρική σχέση η οποία, σε δεδομένη θερμοκρασία, συνδέει άμεσα την επιφανειακή ενέργεια των στερεών οξειδίων με την επιφανειακή ενέργεια των ρευστών μετάλλων και τη γωνία επαφής. Μέσω αυτής της σχέσης είναι δυνατή η εκτίμηση της επιφανειακής ενέργειας ενός στερεού οξειδίου ή της γωνίας επαφής σε μη διαβρέχοντα και μη αντιδρώντα συστήματα κεραμικών οξειδίων ρευστών μετάλλων, όπου η μερική διαλυτοποίηση οξυγόνου του κεραμικού μέσα στο ρευστό μέταλλο δεν επηρεάζει τις διεπιφανειακές ιδιότητες του συστήματος. Η σχέση αυτή επαληθεύθηκε για διάφορα συστήματα κεραμικών οξειδίων ρευστών μετάλλων και επιπλέον εφαρμόσθηκε για τον προσδιορισμό της επιφανειακής ενέργειας του πολυκρυσταλλικού οξειδίου του δημητρίου από τα αποτελέσματα πειραμάτων διαβροχής στο σύστημα CeO2 σε επαφή με ρευστό Sn. / Engineering ceramics are being considered for technological applications due to their strong and sometimes unique properties. The pronounced evolution in the quality of advanced engineering ceramics has stimulated interest in the combination of ceramics with metallic phases for ceramic joining purposes or for the manufacturing of composite materials with enhanced properties. In all this cases the surface and interfacial energies of the materials or the materials systems used, as well as the wetting and bonding phenomena at the interface, play a key role in obtaining materials with the desired properties and microstructure. The aim of the present work is the study of adhesion and interfacial properties in ceramic oxide / liquid metal systems and particularly in systems of polycrystalline ceria (CeO2) in contact with liquid metals. At the first part of this work, in framework of the PENED 2001 programs, the investment casting process was studied at the stages where fracture of the ceramic shell can occur (dewaxing, sintering, casting of liquid metal) in order to optimize the conditions of the production procedure. Moreover, the interactions at the ceramic shell / liquid metal interface which can affect the shape and dimensions of the final cast product were investigated. At the second part of the present work the multiphase equilibration technique has been used for the determination of the equilibrium angles that develop at the interphase boundaries of a solid-liquid-vapor system and the surface and interfacial energies in polycrystalline CeO2 and CeO2/Cu systems were determined in argon atmosphere at the temperature range 1473-1773 K. Linear temperature functions were obtained by extrapolation, for the surface energy and the grain-boundary energy of the ceramic, as well as for the interfacial energy and the work of adhesion of the CeO2/Cu system. Grain-boundary grooving studied on polished surfaces of CeO2 annealed in argon atmosphere at the same temperature range has shown that surface diffusion was the dominant mechanism for the mass transport and the surface diffusion coefficient has been estimated. Engineering ceramics are being considered for technological applications due to their strong and sometimes unique properties. The pronounced evolution in the quality of advanced engineering ceramics has stimulated interest in the combination of ceramics with metallic phases for ceramic joining purposes or for the manufacturing of composite materials with enhanced properties. In all this cases the surface and interfacial energies of the materials or the materials systems used, as well as the wetting and bonding phenomena at the interface, play a key role in obtaining materials with the desired properties and microstructure. The aim of the present work is the study of adhesion and interfacial properties in ceramic oxide / liquid metal systems and particularly in systems of polycrystalline ceria (CeO2) in contact with liquid metals. At the first part of this work, in framework of the PENED 2001 programs, the investment casting process was studied at the stages where fracture of the ceramic shell can occur (dewaxing, sintering, casting of liquid metal) in order to optimize the conditions of the production procedure. Moreover, the interactions at the ceramic shell / liquid metal interface which can affect the shape and dimensions of the final cast product were investigated. At the second part of the present work the multiphase equilibration technique has been used for the determination of the equilibrium angles that develop at the interphase boundaries of a solid-liquid-vapor system and the surface and interfacial energies in polycrystalline CeO2 and CeO2/Cu systems were determined in argon atmosphere at the temperature range 1473-1773 K. Linear temperature functions were obtained by extrapolation, for the surface energy and the grain-boundary energy of the ceramic, as well as for the interfacial energy and the work of adhesion of the CeO2/Cu system. Grain-boundary grooving studied on polished surfaces of CeO2 annealed in argon atmosphere at the same temperature range has shown that surface diffusion was the dominant mechanism for the mass transport and the surface diffusion coefficient has been estimated.

Αρκετές φορές υπήρξαν επιστημονικές ανακαλύψεις που περίμεναν την δημιουργία νέων ή την βελτίωση γνωστών υλικών, προτού βρούν εφαρμογή. Σε άλλες περιπτώσεις πάλι, καινοτομίες στην τεχνολογία των υλικών υπήρξαν το κίνητρο για την ανάπτυξη νέων εφαρμογών και εφευρέσεων. Είναι πράγματι εντυπωσιακό το πόσα από τα σύγχρονα τεχνολογικά επιτεύγματα οφείλουν την ύπαρξή τους στην, τυχαία πολλές φορές, ανακάλυψη ενός πρωτοποριακού υλικού, μιας νέας μεθόδου επεξεργασίας, ή άγνωστων ιδιοτήτων σε γνώριμα υλικά. Σήμερα ο τομέας των υλικών αποτελεί ανεξάρτητο πεδίο επιστημονικής έρευνας με έντονη δραστηριότητα. Παράλληλα επιτελείται σημαντικό έργο με στόχο την αξιοποίηση από την τεχνολογία, των ερευνητικών αποτελεσμάτων της επιστήμης των υλικών. Μία άποψη της δραστηριότητας αυτής είναι η εισαγωγή σε πειραματικό επίπεδο, νέων υλικών σε γνωστές εφαρμογές. Αν και αυτό αποτελεί ένα σημαντικό βήμα, ωστόσο η υιοθέτηση ενός υλικού από την βιομηχανία με την είσοδό του στην παραγωγή, εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Ένας από τους πιο καθοριστικούς, ειδικά όσο αφορά εφαρμογές υψηλής τεχνολογίας, είναι η δυνατότητα προσαρμογής των διαδικασιών σχεδιασμού στις συνθήκες που διαμορφώνονται από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της συμπεριφοράς του υλικού, σε συνδυασμό με τις απαιτήσεις της εφαρμογής. Σε αυτό το γενικό πλαίσιο εντάσεται η παρούσα εργασία, η οποία έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη μεθοδολογίας σχεδιασμού, κατάλληλης για εφαρμογή σε στοιχεία από Σύνθετα Κεραμικά Υλικά Συνεχών Ινών (Continuous Fiber Ceramic Composites – CFCC’s) καταπονούμενα από θερμομηχανικά φορτία. Τα ΣΚΥ Συνεχών Ινών αποτελούν εξελιγμένη μορφή των Προηγμένων Κεραμικών Υλικών, τα οποία είναι ίσως τα πλέον ανθεκτικά υλικά σε περιβάλλοντα υψηλών θερμοκρασιών που έχουν αναπτυχθεί έως σήμερα. Τα ΣΚΥ είναι αντικείμενο συνεχούς έρευνας και ανάπτυξης και αναμένεται να επιφέρουν σημαντική πρόοδο σε πολλούς τομείς. Μία από τις πολλές εφαρμογές για τις οποίες θεωρούνται ελκυστικά, είναι οι στροβιλοκινητήρες αεροχημάτων και οι στροβιλομηχανές παραγωγής ενέργειας. Η αντικατάσταση των μεταλλικών κραμμάτων από ΣΚΥ στα «θερμά» μέρη των στροβιλομηχανών εκτιμάται ότι είναι δυνατό να επιφέρει αύξηση του βαθμού απόδοσης έως και 20% με ταυτόχρονη μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων. Στην περιοχή αυτή εστιάζεται η παρουσίαση της προτεινόμενης μεθοδολογίας και συγκεκριμένα στον σχεδιασμό και την ανάλυση ενός πρότυπου θαλάμου καύσης στροβιλομηχανής κατασκευασμένου από ΣΚΥ. Η μεθοδολογία αυτή επιχειρεί να καλύψει τις ιδιαίτερες απαιτήσεις της μοντελοποίησης των ΣΚΥ και της ανάλυσης στοιχείων κατασκευών από ΣΚΥ, που προκύπτουν από τα χαρακτηριστικά της συμπεριφοράς τους στις συνθήκες λειτουργίας των στροβιλομηχανών. Ως βασικό στοιχείο της μεθοδολογίας σχεδιασμού συμπεριλαμβάνεται στην παρούσα εργασία και η λεπτομερής περιγραφή του πειραματικού χαρακτηρισμού ενός τύπου ΣΚΥ με μήτρα και ενίσχυση οξειδίων. Στην διαδικασία αυτή εισάγεται και μια πρωτότυπη μέθοδος ποσοτικού χαρακτηρισμού που στηρίζεται σε μη-καταστροφικές δοκιμές με χρήση υπερήχων. Η διαδικασία εφαρμογής της μεθόδου, όσο αφορά το πειραματικό και το υπολογιστικό μέρος της αναπτύχθηκε εξ’ολοκλήρου στα πλαίσια της παρούσας εργασίας και επιτρέπει την ανίχνευση και τον ποσοτικό προσδιορισμό ανισότροπης βλάβης σε ΣΚΥ. Η επεξεργασία των αποτελεσμάτων της διαδικασίας χαρακτηρισμού, οδηγεί στην διαμόρφωση μαθηματικού μοντέλου που περιγράφει την μηχανική συμπεριφορά του υλικού κάτω από δεδομένες συνθήκες λειτουργίας. Συγκεκριμένα, όσο αφορά τα ΣΚΥ με μήτρα και ενίσχυση από οξείδιο του αλουμινίου στα οποία εστιάζεται η εργασία, διαπιστώθηκε υποβάθμιση των ελαστικών ιδιοτήτων και της αντοχής λόγω παραμονής του υλικού σε περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας. Η υποβάθμιση αυτή προσδιορίστηκε ποσοτικά σαν συνάρτηση της θερμοκρασίας και του χρόνου έκθεσης. Η μεθοδολογία σχεδιασμού στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό στην ανάλυση και προσομοίωση της λειτουργίας στοιχείων κατασκευών με την μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων. Σημαντικό μέρος της παρούσας εργασίας αφορά την ανάπτυξη υπολογιστικού κώδικα ο οποίος επιτυγχάνει την προσαρμογή του πρωτότυπου μοντέλου υλικού σε εμπορικό λογισμικό ανάλυσης με ΠΣ. Επιπρόσθετα ο υπολογιστικός κώδικας εφαρμόζει μοντελοποίηση προοδευτικής αστοχίας που περιλαμβάνει τρείς ξεχωριστούς μηχανισμούς δομικής αστοχίας. Τέλος, ο κώδικας αυτός χρησιμοποιείται στην προσομοίωση της λειτουργίας ενός τυπικού θαλάμου καύσης στροβιλομηχανής παραγωγής ενέργειας σε συνθήκες σταθερής κατάστασης (steady state), κατασκευασμένου από στρωματοποιημένο ΣΚΥ συνεχών ινών και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης. / -

Το Μεταπόντιο (Μπαζιλικάτα, Ν. Ιταλία) αποτελεί μια από τις πρώτες και σημαντικότερες ελληνικές αποικίες της Αχαΐας, ενώ ταυτόχρονα θεωρείται ως η πρώτη επιτυχημένη προσπάθεια αποικιακού κινήματος σε παγκόσμια κλίμακα. Οι ανασκαφές που έχουν πραγματοποιηθεί στην ευρύτερη περιοχή από τη δεκαετία του 1970 έχουν επιτρέψει την ανάπτυξη μιας ενδελεχούς διεπιστημονικής προσέγγισης σε μια πληθώρα θεματολογιών που αφορούν την ανθρωπολογία, την γεωργία, την αστική γεωγραφία, τις διατροφικές συνήθειες, τις πολιτικές σχέσεις μητρόπολης-αποικίας κ.α. Οι ανασκαφές που έχουν διεξαχθεί στους αρχαιολογικούς χώρους των περιοχών Sant’ Angelo Vecchio, Pantanello και Kerameikos στην περιοχή του Μεταπόντιου έχουν αποκαλύψει εργαστηριακούς χώρους παραγωγής, αρχαίων κεραμικών υλικών αρχαϊκής, ελληνιστικής και ρωμαϊκής περιόδου αναδεικνύοντας την περιοχή ως ένα από τα πλέον σημαντικά κέντρα παραγωγής κεραμικής των περιόδων αυτών. Έχοντας ως απώτερο στόχο να αποτελέσει τη βάση της αρχαιομετρικής μελέτης της κεραμικής ειδωλίων και πήλινων πλακών τύπου Terracotta που αποτελεί σήμα κατατεθέν της συγκεκριμένης περιοχής, η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό να προσφέρει τις απαραίτητες εκείνες πληροφορίες που απαιτούνται για τις πρώτες ύλες που είναι διαθέσιμες στην περιοχή, τον πετρογραφικό και γεωχημικό χαρακτηρισμό της τοπικής κεραμικής αλλά και για την τεχνολογία και την παραγωγική διαδικασία που ακολούθησαν οι αρχαίοι κεραμείς. Για την απόληψη πρώτων υλών πραγματοποιήθηκαν διατρήσεις βάθους έως 2 μέτρων εντός των αρχαιολογικών χώρων του Sant’ Angelo Vecchio και του Pantanello. Ως κεραμικό υλικό επιλέχθηκε να μελετηθούν κεραμικά δομικά υλικά, κυρίως κέραμοι αλλά και πλάκες κάλυψης ταφικών δομών και πήλινοι αγωγοί αποστράγγισης. Συνολικά επιλέχθηκαν 37 δείγματα αρχαίων κεράμων, 2 κονιάματα, 6 δείγματα αργιλικών πρώτων υλών και 2 δείγματα άμμων. Ο κύριος σκοπός της μελέτης αυτής ήταν ο προσδιορισμός των ιστολογικών και συστασιακών τους χαρακτηριστικών ώστε να καθοριστεί η προέλευση των δειγμάτων αυτών με τη χρήση ορυκτολογικών, πετρογραφικών και γεωχημικών αναλύσεων. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν, επέτρεψαν το σχηματισμό και χαρακτηρισμό συστασιακών ομάδων βάσει της ορυκτολογικής, πετρογραφικής και χημικής τους σύστασης, καθώς και την εξαγωγή συμπερασμάτων για τις συνθήκες όπτησης του αρχαιολογικού υλικού. Στα παραπάνω αποτελέσματα στηρίχθηκε και ο σχεδιασμός του πειραματικού σταδίου, που συμπεριέλαβε την παρασκευή κεραμικών δοκιμίων (briquettes) από τα επιλεγμένα δείγματα αργιλικών πρώτων υλών και εν συνεχεία την πειραματική τους έψηση. Η σύγκριση των πετρογραφικών και χημικών δεδομένων μεταξύ των κεράμων και των αργιλικών πρώτων υλών οδήγησε στην ταυτοποίηση των αργίλων από την περιοχή Sant’ Angelo Vecchio ως πηγή της πρώτης ύλης που χρησιμοποιήθηκε σε μέγιστο βαθμό για την κεραμική ύλη στην περιοχή αυτή. Στην περιοχή του Pantanello, αντίθετα δεν κατέστη δυνατή η άμεση συσχέτιση των πρώτων υλών που αναλύθηκαν με τις αρχαίες κεράμους που μελετήθηκαν από την περιοχή, ωστόσο τα αποτελέσματα έδωσαν σημαντικά στοιχεία που υποδεικνύουν μια περισσότερο πολύπλοκη διαδικασία παραγωγής. / The colonization of the Metaponto area (Basilicata, Southern Italy) is considered as the first successful colonial movement worldwide. The strong relationship of the colonies established therein with the area of Achaia (Greece) has indicated the latter as the possible Metropolis. The archaeological excavations carried out in the area since the 1970s, have triggered the interest of the archaeologists and led them to apply several multi-disciplinary research projects in a variety of themes relating to anthropology, agriculture, urban geography, eating habits, social-economic relations between metropolis-colony etc. The excavations that carried out at the archaeological sites of Sant' Angelo Vecchio, Pantanello and Kerameikos in Metaponto, have revealed ancient ceramics of Archaic, Hellenistic and Roman periods at ceramic workshops and indicated this area as one of the most important pottery production centers throughout time. Coroplastic figurines and Terracotta plates as well as table ware and cooking ware constitute some of the most important expressions of the ceramic artisans in this area. Aiming to build a scientific foundation for the detailed archaeometric study of likewise material, the effort of the present study was to establish the means and the tools towards such an approach. In order to achieve this, the local ceramic production should have been characterized by means of compositional and textural parameters aiming to play the role of local reference groups. In this respect, clayey raw materials and ceramic tiles have been selected from the study area and studied by employing minero-petrographic and geochemical techniques. Sampling of the raw materials was performed in the archaeological sites of Sant' Angelo Vecchio and Pantanello by perforations to a depth of 2 meters. The ceramic materials selected comprise roof tiles, tomb tiles and drainage pipes. The selected material included 37 samples of ceramic tiles, 2 samples of mortars, 6 samples of Pliocene clayey sediments and 2 sand samples. The main purpose of the study was to establish local ceramic reference groups and draw conclusions about the conditions of firing of the ancient tiles. The laboratory work included the preparation of briquettes from the selected samples of clay sediments and their experimental firing in a high temperature kiln. The analyses performed in both the ceramic samples and the experimental briquettes comprised their macroscopic observation, mineralogical and petrographic examination and geochemical analysis. The comparison between them has permitted to identify the clays source employed for the manufacture of the tiles from Sant’ Angelo Vecchio. On the other hand, in Pantanello a similarly straightforward correlation between the tiles and the locally available clayey raw material was not easy to be highlighted. The results revealed important evidence suggesting a more complex production chain in that area

Στην συγκεκριμένη διατριβή διερευνήθηκαν οι συνθήκες γένεσης του μικροκρυσταλλικού μαγνησίτη στις περιοχές Βάβδου και Γερακινής-Ορμύλιας της Χαλκιδικής. Η πετρογραφική μελέτη του μαγνησίτη και των ξενιστών του αποκάλυψαν δύο δομές δημιουργίας του μαγνησίτη: in situ εξαλλοίωση μέσα σε μανδυακά πετρώματα ξενιστές και ex situ αποθέσεις μέσα στους μανδυακούς σχηματισμούς. Επιπλέον, πιθανά υπάρχει στενή σχέση μεταξύ της κοιτασματογένεσης του μαγνησίτη και των περιβαλλόντων πυριτιωμένων πετρωμάτων (λιστβανίτες). Επίσης, οι γεωχημικές παρατηρήσεις συγχρόνως με τις ορυκτοχημικές αναλύσεις, δίνουν νέα στοιχεία όσον αφορά στην γένεση του κοιτάσματος. Παράλληλα, έγινε εργαστηριακή παραγωγή καυστικής μαγνησίας και παράχθησαν, με προσθήκη αυτής συγχρόνως με χρήση ερυθράς ιλύς και τέφρας πυθμένα, νέα κεραμικά υψηλού πορώδους. Τα αποτελέσματα υπήρξαν ιδιαίτερα ικανοποιητικά, καθώς παρατηρήθηκε ότι με προσθήκη μαγνησίας σε μικρό ποσοστό βελτιώνονται οι φυσικομηχανικές ιδιότητές τους. Κεραμικά υψηλού πορώδους είναι κατάλληλα για χρήση σε φίλτρα και σε απορροφητικά υλικά. Τέλος, προτείνεται νέος τρόπος αξιοποίησης στείρων υλικών μαγνησίτη από τις εξορυκτικές διεργασίες, καθώς αποδεικνύεται ότι ο μαγνησίτης έχει πολύ θετικά αποτελέσματα με προσθήκη του σε οξινισμένα ύδατα, δίνοντας νέες προοπτικές αξιοποίησης του σε περιβαλλοντικές εφαρμογές. Το πειραματικό σκέλος της δοκιμής σε οξινισμένα νερά, πραγματοποιήθηκε σε σύγκριση με πετρώματα που χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση όξινων απορροών μεταλλείων. / In the present thesis, the microcrystalline magnesite from Central Chalkidiki (Vavdos and Gerakini areas) are investigated in order to clarify the conditions of its genesis. Petrographic study of the magnesite and its host rocks revealed two types of formation: a) in situ alteration in the mantle host rocks, due to metasomatic process, and b) ex situ deposit within mantle formations, related to hydrothermal fluids. Furthermore, petrographic observations suggest a close association between the genesis of the microcrystalline magnesite with the surrounding high silica-carbonate rocks, also termed as listwaenites. Moreover, scanning electron microscopy (S.E.M.) observations along with geochemical analysis provide new evidence for the formation of the magnesite. Caustic magnesia produced in the laboratory was mixed with red mud and bottom ash from industrial wastes, in order to make new, high porosity ceramics. It was observed that the addition of small amounts of caustic magnesia improved the physicomechanical properties of the briquettes. High porosity ceramics are suitable for their use in filters and absorbent materials for environmental applications. Finally, a new way for utilizing waste materials from magnesite mining processes in the disposal of acidified waters is proposed. Addition of magnesite improved the alkalinity of high acidic waters, offering new perspectives for environmental applications. The experimental results from magnesite were compared with similar results from other rocks used to treat acid mine drainage.

Οι υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας των κελιών καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη (Solid Oxide Fuel Cells - SOFCs), οδηγούν σε σημαντική επιβάρυνση των σημείων συνένωσης και στεγανότητας των στοιχείων των επί μέρους εξαρτημάτων των κελιών, που διατάσσονται σε στοιβάδες. Στα σημεία συνένωσης και εναλλακτικά στα μέχρι σήμερα χρησιμοποιούμενα συγκολλητικά, με βάση ενώσεις υαλοκεραμικών, εξετάζεται η χρήση ενός συνδυασμού υλικών αποτελούμενων από κεραμικό οξείδιο ως μονωτικό (isolation layer), καθώς κι ένα μεταλλικής βάσης υλικό ως συγκολλητικό. Κατά τη συγκόλληση στον αέρα, χωρίς χρήση κενού ή προστατευτικού αερίου, το μεταλλικής βάσης συγκολλητικό έρχεται σε επαφή με την επίστρωση μονωτικού (MgO, MgAl2O4 ή ένα μίγμα MgO + MgAl2O4) και με τα μεταλλικά στοιχεία των κελιών (φερριτικοί χάλυβες, Cr ≈ 22%, Mn ≈ 0.6%). Οι κύριες απαιτήσεις που πρέπει να ικανοποιεί το συγκολλητικό είναι η καλή προσαρμογή των διαφορετικών συντελεστών θερμικής διαστολής, μακροχρόνια αντοχή στις οξειδωτικές συνθήκες λειτουργίας των κελιών, ισχυρό δεσμό και απουσία χημικής φύσης αλληλεπιδράσεων στη σχηματιζόμενη διεπιφάνεια, για τη διατήρηση της μηχανικής ευστάθειας και της χαμηλής αεριοδιαπερατότητας της συγκόλλησης. Οι φυσικοχημικές και μηχανικές ιδιότητες του καθαρού αργύρου (Ag) ως συγκολλητικό, ικανοποιούν εν γένει τις παραπάνω απαιτήσεις, μειονεκτώντας όμως, ως προς τη δημιουργία ισχυρού δεσμού στις σχηματιζόμενες διεπιφάνειες. Προσθέτοντας στον Ag το διεπιφανειακά ενεργό οξείδιο του χαλκού (CuO), βελτιώνεται σημαντικά η διαβρεξιμότητα του κεραμικού (μονωτικό) και του μετάλλου (φερριτικός χάλυβας), από το τήγμα του κράματος Ag+CuO (γωνία επαφής θ < 90ο) και συνεπώς η ισχύς του δεσμού στις διεπιφάνειες.. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η επιλογή του κατάλληλου τρόπου προσθήκης του CuO στον Ag, ώστε να επιτευχθεί ένας ισχυρός δεσμός μεταξύ του συγκολλητικού και των υλικών προς συγκόλληση, αποφεύγοντας τον εκτεταμένο σχηματισμό προϊόντων αντίδρασης στις διεπιφάνειες. Πραγματοποιήθηκαν δύο τρόποι προσδιορισμού της γωνίας επαφής, της κεραμικής και μεταλλικής φάσης, με πειράματα διαβροχής. Στη συνέχεια, για τον έλεγχο της μακροχρόνιας ευστάθειας των συγκολλήσεων, μέρος των δοκιμίων υποβλήθηκαν σε θερμική ανόπτηση στους Τ=1073 Κ για χρονικό διάστημα t=1000 h, στον αέρα. Μετά το πέρας των πειραμάτων πραγματοποιήθηκε έλεγχος της διεπιφάνειας με μεθόδους ηλεκτρονικής μικροσκοπίας και μικροανάλυσης. / For mobile applications, the rapid heating rates and the high operating temperatures of solid oxide fuel cells (SOFCs) lead to increased stress on the joining and sealing points of the material components used for the development of planar SOFC stacks. At the junctions of the metallic components and alternatively to the currently used glass-ceramic solders the possible use of oxide ceramic as an insulation layer in combination with air braze filler metal was examined. The joining of the components in air, without the use of vacuum or inert gases, requires that the filler metal forms strong interfacial bonds with both the ceramic (insulating layer) and the additional sheet (ferritic steel). In addition, it should be resistant to oxidation at the high operating temperatures and its thermal expansion coefficient should match those of the materials to be joined. When ceramic and metal are joined, the presence of a ductile interfacial phase compensates the differences in the thermal expansion coefficients of the phases involved. Also, it is necessary for the mechanical stability of the bond, that the binding partners are well wetted by the interfacial phase. Both Ag and Cu provide high mechanical strength, ductility, and thermal, as well as electrical conductivity. Although Ag is more expensive than Cu, it is preferred as a basis metal due to the lower process temperature and the lower oxygen affinity. A problem in using pure Ag is the poor wetting properties, at the liquid state, when in contact with oxide ceramic and steel. The high values of the contact angle (θ>120o) measured in oxide ceramic/Ag systems at oxygen concentrations of 0-3 ppm is reduced in air, but overall, the systems remain non-wetting (θ>90°). Good wetting (θ<<90o) is crucial for a strong interfacial bond between the phases in contact and simultaneously ensures the mechanical stability and gas tightness of the joints. Wetting can be improved by adding an interfacial active compound that is soluble in the noble metal solvent. A suitable material is CuO, which forms a pseudo-binary alloy with Ag in the solid state, as they present mutual solubility in the liquid state [11]. Depending on the percentage of CuO in the mixture, small contact angles (θ<20o) can be achieved in oxide ceramics/Ag + CuO systems. Requirements on the ceramic insulation layer include a high electrical and thermal resistance, a high thermal expansion coefficient, stability under mechanical pressure, structural stability and oxidation resistance at high operating temperatures. The most suitable ceramics for these requirements are MgO, MgAl2O4 or a mixture of MgO and MgAl2O4. The proposed Ag + CuO brazes come in contact with the ferritic steel of the interconnect part and with the additional sheet, as well as with the SOFC's electrolyte, 8 mol% Yttria-stabilized Zirconia (8YSZ), in the cell periphery. Ferritic steels, which have a Cr content above 20 wt% and a Mn content below 1 wt%, form a double outer layer in air that consists of Cr2O3 on the inside, towards the steel side, and a MnCr2O4 spinel phase on the outside. During the wetting experiment, the active CuO contained in the liquid Ag migrates towards the interface and a mixed oxide interface layer can be formed by reaction with the diffused cations Fe, Cr and Mn from the steel. The formation of the reaction zone improves the wetting behaviour (θ<90ο), but due to its higher brittleness, the mechanical interface stability of the composite can be reduced. In the present work, the amount of CuO additive in Ag filler metal and the way in which this additive is applied, varied to achieve good wetting properties, and stable braze’s joints. The aim was to achieve a strong interfacial bond between the contacting phases and to prevent extensive interface reactions. Reaction products that form during the early stages of the brazing process must remain constant at the operating conditions. For this reason, the long-term stability after heat treatment in air, of the material combination oxide / brazes/ steel was examined after wetting experiments.

Στην παρούσα Διατριβή παρουσιάζεται η μελέτη της δυνατότητας αξιοποίησης της ερυθράς ιλύος, ΕΙ, η οποία παράγεται κατά τη διαδικασία παραγωγής της αλουμίνας με τη διεργασία Bayer, για την παραγωγή δομικών παραδοσιακών κεραμικών, κύρια τούβλων και κεραμιδιών. Μελετήθηκαν αργιλούχα μίγματα με ΕΙ για ποσοστά ΕΙ από 10%κβ έως και 100%κβ.Επιγραμματικά, για την ΕΙ, πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός και μελέτη της θερμικής συμπεριφοράς της. Για τα μίγματα της ΕΙ με αργιλούχες Α' ύλες, πραγματοποιήθηκε θεωρητικός σχεδιασμός τους, ενώ μελετήθηκε η επίδραση των σταδίων ανάμιξης και λειοτρίβησης, η επίδραση της ΕΙ στην πλαστικότητα, η θερμική συμπεριφορά, οι φυσικομηχανικές ιδιότητες των τελικών κεραμικών, η επίδραση της θερμοκρασίας και ατμόσφαιρας όπτησης καθώς και η περιβαλλοντική τους συμπεριφορά. Πραγματοποιήθηκαν επιπρόσθετα πιλοτικές δοκιμές παραγωγής τούβλων και κεραμιδιών. Τα αποτελέσματα της διατριβής, οδήγησαν στην ανάπτυξη μιας βέλτιστης διεργασίας παραγωγής κεραμικών με ΕΙ, η οποία αφορά στο σχεδιασμό του μίγματος με ΕΙ και την όπτησή του σε αναγωγικές συνθήκες. / In the present thesis, Bayer's process red mud, RM, is being studied as an additive and raw material for the production of heavy clay ceramics, mainly bricks and roofing tiles. A number of clay mixtures with RM were studied, for a RM content ranging from 10wt% to 100wt%. In summary, RM was characterised and studied for its thermal behaviour whereas, for the clay mixtures with RM, their design is provided, and the effect of comminution steps, the effect of RM on plasticity, their thermal behaviour, the influence of firing temperature and atmosphere, the physicomechanical properties of the end bodies, as well as their environmental behaviour are studied. In addition, pilot plan scale experiments were performed for the production of bricks and roofing tiles. The results of this thesis, led to the development of an optimised process for the production of ceramics with RM, which emphasises on the design of the body mixture as well as on the firing in reducing conditions.

Στην παρούσα διατριβή ερευνήθηκε η αξιοποίηση μεταλλευτικών, βιομηχανικών παραπροϊόντων, των στερεών Υπολειμμάτων Βορίου (ΥΒ), που δημιουργούνται σε διάφορα στάδια κατά την παραγωγική διαδικασία προϊόντων βορίου. Τα εν λόγω παραπροϊόντα, που κατηγοριοποιούνται σε πέντε ποιότητες, SBW, DBW, SSBW, TBW και MBW, χρησιμοποιήθηκαν ως πρόσθετο Α’ υλών για την παραγωγή τούβλων και κεραμιδιών, και ως Α΄ ύλη για την παρασκευή τεχνητών ελαφροαδρανών. Πραγματοποιήθηκε φυσικοχημικός χαρακτηρισμός και θερμική ανάλυση όλων των ΥΒ. Στη συνέχεια μελετήθηκε η επίδραση προσθήκης διαφορετικών συγκεντρώσεων ΥΒ (SBW και SSBW) σε αργιλούχες Α΄ ύλες. Έγινε μια πρώτη προσέγγιση παρασκευής και ελέγχου κεραμικών δοκιμίων με τη μέθοδο της ξηρής ανάμιξης και αξονικής συμπίεσης, προκειμένου να περιοριστεί το φαινόμενο διάχυσης υδατοδιαλυτών ενώσεων βορίου που περιέχονται στα ΥΒ. Η προσθήκη 5%κβ SSBW και θερμοκρασία όπτησης 900-950°C οδήγησε σε κεραμικά με παραπλήσιες ή ακόμα και βελτιωμένες ιδιότητες (αυξημένες μηχανικές αντοχές) συγκριτικά με τα κεραμικά αναφοράς. Επιπλέον εξετάστηκε η παραγωγή δειγμάτων με ΥΒ (SBW) και διάλυμα εμπορίου με βορικό (Evansite®) ακολουθώντας διαδικασία παραπλήσια της βιομηχανικής πρακτικής. Στους 1000°C, παρατηρήθηκε μείωση της απορρόφησης νερού και αύξηση της αντοχής σε κάμψη για τα δείγματα με βορικά, σε σύγκριση με τα δείγματα αναφοράς. Η προσθήκη βορικών ευνόησε τη δημιουργία νέων κρυσταλλικών κατά την όπτηση. Δεδομένης της χημικής και ορυκτολογικής σύνθεσης των ΥΒ (πλούσια σε συλλιπάσματα και υψηλές απώλειες πύρωσης), πραγματοποιήθηκε επιπρόσθετα μελέτη των φυσικοχημικών μηχανισμών θερμικής διάσπασής τους. Σε θερμαινόμενη τράπεζα παρατηρήθηκε η ικανότητα διόγκωσης και ανάπτυξης ρευστής φάσης των ΥΒ, καθώς και μιγμάτων αυτών με άλλα υλικά, με σκοπό την εργαστηριακή παραγωγή ελαφροαδρανών. Βάσει των αποτελεσμάτων προτάθηκε ένα μίγμα αποτελούμενο από 70%κβ ΥΒ, 20%κβ αργιλούχο μίγμα και 10%κβ χαλαζιακή άμμο, για τη μορφοποίηση ξηρών σφαιριδίων. Απότομη θέρμανσή τους στους 760°C οδήγησε σε πορώδη υαλοποιημένα αδρανή με φαινόμενη πυκνότητα <1g/cm3. Το ενεργειακό κόστος παραγωγής των συγκεκριμένων αδρανών είναι χαμηλότερο, καθώς παρατηρήθηκε μείωση στη θερμοκρασία σε σχέση με άλλα τεχνητά ελαφροαδρανή, που παρασκευάζονται στους 1100°C. Για την αντιμετώπιση της διάχυσης ενώσεων βορίου προς την επιφάνεια των ξηρών σφαιριδίων, που οδήγησε σε προβλήματα κατά την πειραματική διαδικασία και σε υποβάθμιση της ποιότητας των τελικών προϊόντων, εξετάστηκε η προσθήκη φρουκτόζης ως παρεμποδιστή στο μίγμα Α’ υλών, με στόχο την βελτιστοποίηση της διαδικασίας παραγωγής ελαφροαδρανών από ΥΒ. Προσθήκη έστω και 0.5%κβ φρουκτόζης οδήγησε σε ικανοποιητικό έλεγχο, ενώ οι φυσικές ιδιότητες των παραχθέντων αδρανών τα κατατάσσουν στην κατηγορία των ελαφροαδρανών, σύμφωνα με το πρότυπο ASTM 330-97. Τα αποτελέσματα οδήγησαν στην κατανόηση βασικών φαινομένων θερμικής διάσπασης και στην ανάπτυξη μιας βέλτιστης διεργασίας παραγωγής τεχνητών ελαφροαδρανών χρησιμοποιώντας ΥΒ ως εναλλακτικές Α’ ύλες, με προφανές ενεργειακό και περιβαλλοντικό όφελος. / In the present thesis, the valorisation of mining and industrial by-products, the solid boron-containing Wastes (ΒW), which are created at various stages during the production process of concentrated and refined boron products, were investigated. The by-products under consideration, existing in five types SBW, DBW, SSBW, TBW and MBW, were used as additives and raw materials in clay mixes for the production of heavy clay ceramics (bricks, tiles and artificial lightweight aggregates). The BW were characterised in means of chemical and mineralogical composition and studied for their thermal behaviour. In addition, clay mixes with different amounts of BW (SBW and SSBW) were studied. A first approach was made on the formation of ceramic samples by dry pressing in order to minimize the borate migration towards the surface. The physical and mechanical properties, as well as the microstructure of the final products were studied. For 5 wt% SSBW addition and firing at 900-950°C, the sintered bodies presented comparable or improved physical and mechanical properties with respect to the reference formulation. Moreover, SBW or a commercial available borate solution (Evansite®) were introduced in a clay-based mix aiming to investigate their behaviour during a processing cycle comparable with that followed in the heavy clay industry. For firing at 1000°C, water absorption was reduced and bending strength increased for the samples with borates, compared to the reference samples. The addition of borates resulted in the formation of new crystalline phases during firing at high temperatures. BW consist of important fluxing oxides as well as of gas producing minerals during firing. Tests were performed on the bloating behavior of BW and mixes of them with other materials, by means of heating microscopy, aiming at the laboratorial production of lightweight aggregates (LWA). A new mix was proposed, according to the obtained results, consisting of 70wt% BW, 20wt% clay mixture and 10wt% quartz sand, for the formation of pellets. Abrupt heating of the dry pellets at 760°C, for 5min, resulted in porous LWA with bulk density <1g/cm3. The process was less energy demanding as the temperature was reduced compared to the one of the synthetic aggregates produced, where the firing temperature is 1100°C. During drying a white layer of boron salts was formed on the surface of the green pellets, which result on firing of a glassy layer causing alterations of their surface and experimental difficulties. In order to address this problem, fructose was added in the raw mix as a migration inhibitor. Addition of even 0.5wt% fructose inhibited the salt formation and a glassy impervious layer was formed after firing. The physical properties of the final samples meet the requirements of LWA according to the standard ASTM 330-97. The results of this thesis, led to the development of an optimised process for the production of artificial LWA with BW, as an alternative raw material.

Τα προηγμένα (δομικά ή λειτουργικά) κεραμικά θεωρούνται ως τα πλέον κατάλληλα υλικά για εφαρμογές όπου απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες. Διαθέτουν μία σειρά από πλεονεκτήματα όπως π.χ. αντοχή σε θερμικούς αιφνιδιασμούς, υψηλή σκληρότητα, αντοχή σε φθορά και διάβρωση και μεγάλο εύρος στις τιμές των ηλεκτρικών τους ιδιοτήτων. Από τεχνολογική άποψη ενδιαφέρον παρουσιάζει ο συνδυασμός τους με μεταλλικές φάσεις με στόχο την συνένωση υλικών ή την παρασκευή σύνθετων κεραμομεταλλικών υλικών. Κεραμικές ενώσεις οξειδίων μπορεί να χρησιμοποιηθούν στην τεχνολογία των κελιών καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη (SOFC) ως μονωτικά ή στεγανωτικά υλικά. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η αλληλεπίδραση τους στην διεπιφάνεια σε επαφή με άργυρο και κράματα με βάση τον άργυρο για χρήση ως εναλλακτικών, σε αντικατάσταση των υαλοκεραμικών, συγκολλητικών μεταξύ των στρώσεων των μεμονωμένων στοιβάδων των SOFC. Σημαντικό ρόλο στη μικροδομή και τις ιδιότητες των υλικών αυτών παίζουν τα φαινόμενα διαβροχής και η ισχύς του δεσμού που αναπτύσσεται στη διεπιφάνεια κεραμικού / μετάλλου, καθώς και οι επιφανειακές και διεπιφανειακές ενέργειες των υλικών ή των συστημάτων των υλικών που βρίσκονται σε επαφή. Για το λόγο αυτό η γνώση των επιφανειακών και διεπιφανειακών μεγεθών είναι απαραίτητη για την πρόβλεψη των ιδιοτήτων των συστημάτων σε επαφή. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της συνάφειας και των διεπιφανειακών ιδιοτήτων σε συστήματα κεραμικών οξειδίων σε επαφή με ρευστές μεταλλικές φάσεις και ιδιαίτερα σε συστήματα του κεραμικών οξειδίων σε επαφή με ρευστές μεταλλικές φάσεις αργύρου, με τελικό σκοπό την εφαρμογή των συστημάτων αυτών στην τεχνολογία των SOFC. Στο πρώτο μέρος της εργασίας, εξετάσθηκε η επίδραση του διαλυτοποιημένου οξυγόνου στην επιφανειακή ενέργεια του ρευστού άργυρου και του ρευστού χαλκού. Από τις εξισώσεις που εξήχθησαν είναι δυνατός ο προσδιορισμός της επιφανειακής ενέργειας τους για δεδομένη θερμοκρασία και μερική πίεση οξυγόνου. Υπολογίσθηκε η ελεύθερη ενέργεια προσρόφησης του οξυγόνου στην επιφάνεια του ρευστού χαλκού, μέχρι τον κορεσμό. Διατυπώθηκε επίσης μία σχέση για τον υπολογισμό της διαλυτότητας ενός οξειδίου στα ρευστά μέταλλα σε εξάρτηση με την θερμοκρασία και την μερική πίεση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα του πειράματος. Στη συνέχεια, με χρήση ενός συνδυασμού βιβλιογραφικών και πειραματικών δεδομένων σχετικά με τις τιμές της επιφανειακής ενέργειας και τις γωνίας επαφής σε συστήματα κεραμικών οξειδίων σε επαφή με διάφορα ρευστά μέταλλα βελτιστοποιήθηκε μια εμπειρική σχέση η οποία, σε δεδομένη θερμοκρασία, συνδέει άμεσα την επιφανειακή ενέργεια των στερεών οξειδίων με την επιφανειακή ενέργεια των ρευστών μετάλλων και τη γωνία επαφής. Μέσω αυτής της σχέσης είναι δυνατή η εκτίμηση της επιφανειακής ενέργειας ενός στερεού οξειδίου ή της γωνίας επαφής σε μη διαβρέχοντα και μη αντιδρώντα συστήματα κεραμικών οξειδίων / ρευστών μετάλλων, με την προϋπόθεση ότι η μερική διαλυτοποίηση οξυγόνου του κεραμικού μέσα στο ρευστό μέταλλο δεν επηρεάζει τις διεπιφανειακές ιδιότητες του συστήματος. Η σχέση αυτή επαληθεύθηκε για διάφορα συστήματα κεραμικών οξειδίων / ρευστών μετάλλων και επιπλέον εφαρμόσθηκε για τον προσδιορισμό της επιφανειακής ενέργειας του πολυκρυσταλλικού οξειδίου Y2O3 μετά από πειράματα διαβροχής από ρευστό άργυρο, του πολυκρυσταλλικού οξειδίου 3YTZ (3mol% Yttria partial stabilized zirconia) και του μικτού πολυκρυσταλλικού οξειδίου 85wt% MgO + 15 wt% MgAl2O4, μετά από πειράματα διαβροχής με ρευστό άργυρο. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας πραγματοποιήθηκαν πειράματα διαβροχής κεραμικών οξειδίων από τήγμα αργύρου σε οξειδωτικές συνθήκες (αέρας) για να εξετασθεί η επίδραση του οξυγόνου στις διεπιφανειακές ιδιότητες του συστήματος, καθώς η τεχνολογία των SOFC απαιτεί οι διεργασίες αυτές να πραγματοποιούνται σε συνθήκες περιβάλλοντος. Διαπιστώθηκε ότι η παρουσία οξυγόνου βελτιώνει τη διαβρεξιμότητα στα συστήματα κεραμικών / μετάλλου αυξάνοντας την ισχύ του δεσμού στην διεπιφάνεια, όμως η γωνία θ παραμένει θ > 90◦ (κακή διαβροχή). Σημαντική ελάττωση της γωνίας επαφής επιτυγχάνεται με προσθήκη διεπιφανειακά ενεργών συστατικών στο τήγμα του συγκολλητικού μετάλλου αυξάνοντας σημαντικά το έργο συνάφειας και ως εκ τούτου την ισχύ του δεσμού στην διεπιφάνεια κεραμικού/μετάλλου. Για τον ίδιο λόγο πραγματοποιήθηκαν πειράματα διαβροχής κεραμικών οξειδίων από οξείδια με βάση το βόριο και το λίθιο, στον αέρα, με σκοπό να εξετασθεί η συνοχή μεταξύ των φάσεων σε επαφή. Τέλος εξετάσθηκε η διαβροχή του χάλυβα Crofer 22 APU, ο οποίος χρησιμοποιείται στην τεχνολογία των SOFC, από τις ίδιες ρευστές φάσεις, με στόχο να εξετασθεί η δυνατότητα χρήσης τους ως συγκολλητικές φάσεις σε κελιά καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη. / Advanced ceramics (structural or functional) are considered to be the most suitable for use in high temperature applications. They have a number of advantages, such as resistance to thermal shocks, high hardness, wear and corrosion resistance and a wide range in the values of their electrical properties. Special interest is being manifested in the compounds of ceramics with metals and metal alloys, in the field of materials joining and the production of composite materials. Ceramic compounds are used in the field of solid oxide fuel cells (SOFC) as insulators and sealing materials. Particular interest has been stimulated in the interaction in the interface of ceramics in contact with liquid silver and silver based alloys, as alternatives to the glass-ceramics sealing materials in SOFC stacks. In all of these cases the surface and interfacial energies of the materials or the materials systems used, as well as the wetting and bonding phenomena at the interface, play a key role in obtaining materials with the desired properties and microstructure. The aim of the present work is the study of adhesion and interfacial properties in ceramic oxide / liquid metal systems, particularly in systems of ceramic oxides in contact with liquid silver and silver-based alloys, with the ultimate aim of implementing such systems in the SOFC technology. In the first part of this work, the effect of the dissoluted oxygen on the surface energy of liquid copper and liquid silver was examined. The equations that were deriverd can be used to calculate their surface energy as a function of the temperature and the partial pressure of the oxygen. The free energy of the oxygen adsorption in the surface of the liquid copper was calculated, until saturation. Also, an equation that allows to calculate the solubility of an oxide in a liquid metal was deriverd, as a function of the temperature and the oxygen partial pressure. Moreover, from the combination of literature and experimental data of interfacial energies and contact angles in non-wetting and non-reactive ceramic oxide/liquid metal systems where the limited solubility of oxygen of the ceramic oxides into the liquid metalls has no effect on the interfacial properties, has led to an empirical relationship which correlates at a given temperature the surface energy of the oxides with the contact angle and the surface energy of the liquid metal. This relationship allows either the calculation of the surface energy of an oxide from known values of the surface energy of a liquid metal and the contact angle, or conversely, the estimation of the contact angle value, as well as the work of adhesion, for known surface energy of the oxide. The formulated empirical relationship has been applied to additional non-wetting and non-reactive systems of oxides in contact with liquid metals and the results showed good agreement with literature data. In addition, the empirical formula was used to calculate the surface energies of the polycrystalline oxides Y2O3 and 3YTZ (3mol% Yttria partial stabilized zirconia) as well as the 85wt% MgO + 15 wt% MgAl2O4 mixed oxide, after wetting experiments with liquid copper and/or liquid silver in an Ar- 4%H2 atmosphere. In the second part of this work, the effect of the oxygen on the the interfacial properties of the ceramics / liquid silver systems was examined by wetting experiments, in order to achieve conditions similar to the SOFC operating conditions. The results showed that the presence of the oxygen improves the wetability in the ceramic / liquid metal systems, increasing the bond in the interface but the angle remains θ > 90◦ (non wetting systems). The addition of interfacial active compounds in the liquid metal led to a significant decrease in the contact angle value, with the simultaneous increase in the work of adhesion, and so to the increase in the strength of the bond. For this purpose and in order to examine the adhesion between the two phases, wetting experiments with lithium and borium based oxides took place. Finally, the above liquid phases were used in wetting experiments on steel substrate (Crofer 22 APU) in order to investigate the potential usage of them as sealing and insulators in SOFC technology.