637-3009/01 – Nanomateriály (NM)
| Garantující katedra | Katedra neželezných kovů, rafinace a recyklace | Kredity | 6 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Jaromír Drápala, CSc. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Jaromír Drápala, CSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2014/2015 | Rok zrušení | 2019/2020 |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
- Student bude umět definovat perspektivní skupiny nanomateriálů.
- Student bude umět popsat a charakterizovat jednotlivé aplikační oblasti nanomateriálů.
- Student bude umět klasifikovat a objasnit technologie zpracování nanomateriálů.
- Student bude umět zvolit optimální metalurgické postupy výroby nanomateriálů.
- Student bude umět vyhodnotit a aplikovat poznatky z přípravy nanomateriálů metodami intenzivního tváření.
Vyučovací metody
Přednášky
Semináře
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
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:
BARABASZOVÁ, K. Nanotechnologie a nanomateriály. VŠB-Tu Ostrava, 2006, 158 s.
WEISS, Z., SIMHA-MARTYNKOVÁ, G., ŠUSTAI, O. Nanostruktura uhlíkatých materiálů. VŠB-TU Ostrava, 2005, 138 s.
GREGER, M. SPD technologie. Teze přednášek VŠB-TU Ostrava, 2013, 32 s.
BEDNÁŘ, B., FLEMR, V., KRATOCHVÍL, B.: Nové materiály. VŠCHT, Praha 1991.
Doporučená literatura:
ŠESTÁK, J., STRNAD, Z., TŘÍSKA, A. Speciální technologie a materiály. Praha, Academia 1993.
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Dva kontrolní testy
E-learning
Není k dispozici
Další požadavky na studenta
nejsou další požadavky na studenta
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