637-2009/01 – Nanotechnologie (NT)
| Garantující katedra | Katedra neželezných kovů, rafinace a recyklace | Kredity | 5 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Jaromír Drápala, CSc. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Jaromír Drápala, CSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný typu B |
| Ročník | 3 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2019/2020 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Student bude umět:
- definovat perspektivní skupiny nanomateriálů.
- popsat a charakterizovat jednotlivé aplikační oblasti nanomateriálů.
- klasifikovat a objasnit technologie zpracování nanomateriálů.
- zvolit optimální metalurgické postupy výroby nanomateriálů.
- vyhodnotit a aplikovat poznatky z přípravy nanomateriálů metodami intenzivního tváření.
Vyučovací metody
Přednášky
Semináře
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Projekt
Anotace
Předmět je zaměřen na charakteristiku vlastností a procesů přípravy jednotlivých typů nanostrukturních materiálů:
Metody syntézy nanostrukturních materiálů (kondenzace, mechanické mletí a legování, prášková metalurgie, rozprašování
suspenzí, elektrodepozice, devitrifikace amorfních fází apod.). Dále budou charakterizovány jednotlivé technologické
postupy aplikované v technické praxi: Chemické metody přípravy nanomateriálů, pulzní laserové metody, pyrolýzní
metody, aplikace vysokofrekvenčně generované plazmy. PVD, CVD, epitaxe. Nové poznatky z výzkumu nanotechnologií
a nanostrukturních materiálů se zaměřením na jejich konstrukční využití. Technologie výroby polykomponentních
kovových materiálů se základními stavebními jednotkami (rozměry, tvar, struktura, mezifázové rozhraní) menšími
než 100 nm. Pozornost je věnována technologiím, které jsou založeny na velkých plastických deformacích (SPD) a
řízených podmínkách tváření. Je prezentován vliv nekonvenčních technologií tváření ECAP (Equal Channel Angular
Pressing), High-Pressure Torsion (HPT), CEC (Cyclic Extrusion Compression), TC (Torsion with Compression), Continuous
Confined Strip Shearing (C2S2), Continuous DECAP, Conshearing (CS), Semi-solid Casting (tixoforming) na strukturu
a mechanické vlastnosti kovových konstrukčních mikro- a nanomateriálů. Homogenita deformace v ultrajemnozrnných
a nanostrukturních kovových materiálech připravených extrémní plastickou deformací. Stanovení napětí a deformaci
u jednotlivých SPD technologií. Superplastické chování ultrajemnozrnných a nanostrukturních materiálů. Příprava
nanostrukturních materiálů na bázi Ti a slitin Ti pro aplikace v medicíně.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
E-learning
Další požadavky na studenta
semestrální projekt, laboratorní cvičení
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Charakteristika nanostrukturních materiálů, velikost a měrný povrch částic. Ovlivnění vlastností materiálů poměrem atomů v objemu a na povrchu částic. Základní typy nanostrukturních materiálů a jejich aplikace.
2. Metody přípravy nanostrukturních materiálů a jejich rozdělení. Příprava nanostrukturních materiálů z různých fází (plynné, kapalné, vodné roztoky, suspenze, pevné fáze). Možnosti přípravy nanostrukturních materiálů.
3. Příprava nanostrukturních materiálů kondenzací z inertních plynů. Příprava nanostrukturních materiálů procesem PVS (Physical Vapor Synthesis). Reakce reakčních plynů s parami prekurzoru. Vliv podmínek přípravy na vlastnosti
materiálů. Příprava kovových materiálů, intermetalických sloučenin, příprava oxidů, karbidů, nitridů apod.
4. Plazmové procesy přípravy nanostrukturních materiálů. Charakteristika plazmy, indukční a obloukové plazma. Generace plazmy, odpařování a kondenzace materiálu. Chemická syntéza, procesy pyrolýzy.
5. Příprava nanostrukturních materiálů procesem NAS (Nano Arc Synthesis). Využití energie obloukového výboje k přípravě jednosložkových a vícesložkových oxidů kovů vzácných zemin a tranzitivních kovů. Metody přípravy uhlíkatých
nanostrukturních materiálů.
6. Metody přípravy roztoků, mikroemulsí, aerosolů pro přípravu nanostrukturních a nanokompozitních materiálů, sloučeniny směsných krystalů. Jednosložkové a vícesložkové systémy (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 jemnozrnných 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 hodnocení vlastností nanostrukturních materiálů. Stanovení velikosti částic, mechanické vlastnosti, hodnocení vlastností žárových nástřiků a povrchových vrstev. Strukturní charakteristiky. Mechanické vlastnosti nanokrystalických kovů. Změna vlastností kovových materiálů v závislosti na velikostí zrna. Superplastické chování.
10. Deformace kovů a slitin (elastická, plastická), způsoby stanovení plastické deformace (absolutní, poměrné, skutečné deformace, koeficienty deformace, zákon stálosti objemu). Analýza plastické deformace technologií SPD pomocí počítačová simulace. Vlastnosti kovových materiálů a nanostrukturních materiálů (Hall-Petchova rovnice, pevnost, tažnost, růst zrn).
11. Technologie: Top-down, Bottom-up, SPD – UFG a NC materiálů (ultrajemnozrnné a nanostrukturní materiály).
12. Several Plastic Deformation (SPD) metody přípravy nanokrystalických kovů: High-pressure torsion (HPT), Equal channel angular processing (ECAP, DECAP), Cyclic extrusion-compression (CEC), Acumulative roll-bonding (ARB), kontinuální procesy (Conshearing, C2S2, CSPD) a tixoforming.
13. Základní termodynamické podmínky výroby nanokrystalických materiálů extrémní plastickou deformací. Aplikace technologií ECAP, CEC a TC, vývoj struktury a vlastností vybraných slitin. Vliv tvaru nástrojů, porovnání jednotlivých technologií, velikost deformace, stav napjatosti, vývoj struktury, stárnutí, rekrystalizace, dosažitelné vlastnosti. Rozbor termomechanických podmínek průběhu procesu ECAP pomocí programu FormFem.
14. Princip a fyzikální podstata vývoje struktury při aplikaci technologiemi SPD. Konstrukce jednotlivých zařízení, zpracovávané slitiny a vlastnosti. Podmínky stability (nestability) struktury. Analýza vývoje struktury pomocí programového vybavení. Průmyslové využití technologií (SPD) při výrobě nanokrystalických materiálů. Příklady využití nanokrystalických materiálů v moderních konstrukcích.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.