637-0823/01 – Technology for preparation of metallic nanomaterials (TPKN)
| Gurantor department | Department of Non-ferrous Metals, Refining and Recycling | Credits | 5 |
| Subject guarantor | prof. Ing. Jaromír Drápala, CSc. | Subject version guarantor | prof. Ing. Miroslav Kursa, CSc. |
| Study level | undergraduate or graduate | Requirement | Choice-compulsory |
| Year | 1 | Semester | summer |
| | Study language | Czech |
| Year of introduction | 2006/2007 | Year of cancellation | 2009/2010 |
| Intended for the faculties | USP | Intended for study types | Follow-up Master |
Subject aims expressed by acquired skills and competences
Student after passing the exam from this subject will gain the following abilities:
- define basic properties of metallic nano-materials
- describe basic methods of production of metallic nano-materials
- make an overview of technology for production of metallic nano-materials
- describe basic characteristics, advantages and disadvantages of technologies
- apply acquired theoretical findings at theoretical and laboratory exercises
Teaching methods
Lectures
Individual consultations
Tutorials
Experimental work in labs
Project work
Summary
This subject is focused on characteristic of processes for preparation of individual types of nano-structural metallic materials. Nano-materials are classified and characterised. The subject is oriented also on methods of synthesis of nano-structural materials (condensation, milling, mechanical alloying, spraying of suspensions, electrolystic deposition, de-vitrification of amorphous phases, etc.). New findings from research of nano-technologies are presented with focus on their use in construction. Technologies for production of poly-component materials with basic construction units (dimensions, shape, structure, inter-phase boundary) smaller than 100 nm are analysed.
Compulsory literature:
Recommended literature:
Way of continuous check of knowledge in the course of semester
E-learning
Other requirements
Prerequisities
Subject has no prerequisities.
Co-requisities
Subject has no co-requisities.
Subject syllabus:
Náplň přednášek :
1. Charakteristika nanostrukturních materiálů, velikost částic, měrný povrch
částic a ovlivnění vlastností materiálů poměrem atomů v objemu a na povrchu
částic. Základní typy nanostrukturních materiálů a jejich aplikace.
2. Charakteristika principů přípravy nanostrukturních materiálů a jejich
rozdělení. Příprava nanostrukturních materiálů z různých fází ( plyny, tavenina,
vodné roztoky pevných fází, suspenze, pevná fáze) a možnosti přípravy
nanostrukturních materiálů v objemové nebo plošné aplikaci, kritéria pro volbu
metody přípravy.
3. Příprava nanostrukturních materiálů kondensací z inertních plynů. Příprava
nanostrukturních materiáů procesem PVS (Physical Vapor Synthesis). Reakce
přídavných reakčních plynů s parami prekursoru. Vliv podmínek přípravy na
vlastnosti materiálů, materiály připravované touto technologií, výhody a
nevýhody metody. Příprava kovových materiálů, intermetalických sloučenin,
příprava oxidů, karbidů, nitridů apod.
4. Plazmové procesy přípravy nanostrukturních materiálů. Charakteristika
plazmatu, indukční a oblouková generace plazmatu. Proces generace plazmatu,
odpařování a kondenzace zpracovávaného materiálu. Chemická syntéza v plazmatu,
procesy pyrolýzy.
5. Příprava nanostrukturních materiálů procesem NAS (Nano Arc Synthesis).
Využití energie obloukového výboje k přípravě jednosložkových a vícesložkových
oxidů KVZ, přechodových kovů apod.
6. Metody přípravy roztoků, mikroemulsí a aerosolů a jejich následné sušení s
cílem přípravy nanostrukturních a nanokompozitních materiálů, sloučenina
směsných krystalů. Příprava jednosložkových i vícesložkových materiálů (WCo,
WCoV, WCoCr2C3 apod.).
7. Příprava nanostrukturních materiálů procesy rychlého tuhnutí tavenin. Vliv
chemického složení tavenin a rychlosti ochlazování na strukturu a velikost
částic. Příprava jemných materiálů atomizací tavenin kovů pomocí inertního plynu
o vysoké rychlosti, vliv podmínek atomizace a složení taveniny na strukturu
materiálu.
8. Příprava nanostrukturních materiálů procesem mletí ve vysokoenergetických
kulových mlýnech. Příprava ´vícesložkových materiálů procesem mechanického
legování (TiC, TiB2, …).
9. Metody přípravy uhlíkatých nanostrukturních materiáů
10. Metody hodnocení vlastností nanostrukturních materiálů. Stanovení velikosti
částic, mechanické vlastnosti, hodnocení vlastností tenkých vrstev, žárových
nástřiků a povrchových úprav. Strukturní charakteristiky.
11. Mechanické vlastnosti vybraných nanokrystalických kovů. Změna vlastností
kovových materiálů v závislosti na velikostí zrna (nad a pod 100 nm).
Superplastické chování. Analýza průběhu plastické deformace technologii SPD
pomocí počítačová simulace.
12. Základní termodynamické podmínky výroby nanokrystalických materiálů smykovou
plastickou deformací. Aplikace technologie ECAP, CEC a TC na vývoj struktury a
vlastností vybraných slitin Tvar nástrojů, porovnání jednotlivých technologií,
velikost deformace, stav napjatosti, vývoj struktury, stárnutí, rekrystalizace,
dosažitelné vlastnosti. Rozbor termomechanických podmínek průběhu procesu ECAP
pomocí programu FormFem.
13. Princip a fyzikální podstata vývoje struktury při aplikaci technologií
C2S2, DECAP, CS a tixoforming. Konstrukce jednotlivých zařízení, zpracovávané
slitiny, struktura a vlastnosti. Podmínky stability (nestability) struktury.
Analýza vývoje struktury pomocí programového vybaveni TT STEEL.
14. Průmyslové využití technologií (SPD) pro výrobu nanokrystalických materiálů.
Příklady využití nanokrystalických materiálů v moderních konstrukcích (letectví,
vojenská technika , zbraně).
Laboratorní cvičení :
1. Individuální zadání seminární práce. Základní pojmy z oblasti
nanostrukturních materiálů. Vliv velikosti a tvaru na vlastnosti materiálů, vliv
povrchových atomů na vlastnosti materiálů.
2. Generace plazmového výboje, indukčně a obloukově buzené argonové plazma.
Charakteristika plazmatu, vlastnosti Ar, N2, H2, Ar+H2 plazmatu. Využití
plazmatu na odpařování různých kovových materiálů. Posouzení vlivu plazmatu na
velikost částic získaných materiálů.
3. Modelování procesu syntézy v indukčním plazmatu. Příprava oxidů kovových
materiálů. Hodnocení vzniklých částic oxidů.
4. Příprava práškových nanostrukturních materiálů procesem mletí ve
vysokoenergetickém mlýnu. Vývoj struktury a vlastnosti materiálu v závislosti na
čase a podmínkách mletí. Hodnocení získaných produktů.
5. Příprava nanostrukturních intermetalických materiálů procesem mletí
homogenních výchozích surovin a jejich srovnání s materiály připravenými
procesem mechanického legování ve vysokoenergetických mlecích zařízeních.
6. Exkurze na pracoviště zabývající se vývojem výrobních technologií a
hodnocením vlastností nanostrukturních materiálů.
7. Kontrolní test 1 a dokončování cvičení.
8. Výpočet deformačních sil a experimentální ověření vývoje struktury při
zpracování lehkých kovů technologií ECAP. Simulace termomechanických podmínek
pomocí technologie ECAP programem FormFem.
9. Vliv termomechanických podmínek deformace na mechanické vlastnosti slitin
hořčíku zpracovávaných technologii DECAP.
10. Stanovení velikosti smykové deformace a její vliv na zjemnění zrna u
vybraných technologií SPD. Počítačová simulace vývoje struktury a vlastností
programem TT STEEL.
11. Porovnání struktury a vlastností slitiny AlCu4Mg2 po technologii C2S2 a CS.
Kontrolní test 2.
12. Individuální prezentace, obhajoba a diskuse k seminární práci z oblasti
technologie přípravy nanostrukturních materiálů.
13. Závěrečná písemka, dokončení a odevzdání laboratorních úloh.
14. Kontrola studijních povinností, udělení zápočtu
Conditions for subject completion
Occurrence in study plans
Occurrence in special blocks
Assessment of instruction
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.