637-3037/01 – Inovativní procesy přípravy materiálů (IPPM)
| Garantující katedra | Katedra neželezných kovů, rafinace a recyklace | Kredity | 6 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Kateřina Skotnicová, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Kateřina Skotnicová, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2019/2020 | Rok zrušení | 2022/2023 |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Předmět je zaměřen na hlubší pochopení vztahu mezi designem, výrobními procesy a vlastnostmi materiálů, které jsou aplikovány zejména v automobilovém, leteckém, energetickém či strojírenském průmyslu. Budou popsány různé způsoby výroby materiálů, zahrnující progresivní metody metalurgie jako tavení ve studeném kelímku, odstředivé lití, elektronové zonální tavení, plazmová metalurgie, melt spinning, strip casting, atomizace, dále výrobní procesy kompozitních materiálů, technologie aditivní výroby, metody přípravy tenkých vrstev, aj. Budou diskutovány principiální aspekty daných technologií, jejich výhody a nevýhody, ekonomické hlediska, vhodnost/návrh procesů pro konkrétní materiály z hlediska dosažení jejich požadovaných vlastností. V nových perspektivních oblastech vědy a techniky, jakými jsou např. polovodičová technika, mikroelektronika, optoelektronika, technika supravodivých materiálů, vakuová technika, jaderná metalurgie, kosmická technika jsou vyžadovány materiály, kovy a jejich speciální slitiny a sloučeniny o vysoké chemické čistotě s definovanými fyzikálními a strukturními parametry a specifickými užitnými vlastnostmi. Proto bude pozornost věnována i procesům přípravy vysoce čistých materiálů pomocí fyzikálních, fyzikálně-chemických a metalurgických metod (např. sorpce, extrakce, krystalizace z vodných roztoků, elektrolýza, krystalizace z tavenin, vypařování, kondenzace a transportní reakce, elektropřenos, difuzní dělení látek, odstraňování plynů z tavenin i rafinace kovů ve vakuu, aj.).
Studenti budou schopni:
- Charakterizovat dané výrobní procesy kovů, slitin, sloučenin a kompozitů, včetně jejich výhod a nevýhod s ohledem na získání materiálů s konkrétními užitnými vlastnostmi a kvalitou.
- Kriticky analyzovat alternativní výrobní procesy.
- Definovat/určit vlastnosti materiálu, ovlivňující volbu výrobního procesu.
- Interpretovat výrobní procesy materiálů v širším kontextu.
- Zvolit vhodný výrobní proces pro získání materiálu s požadovanými vlastnostmi.
- Zohlednit všechny aspekty výrobního procesu materiálu či komponenty, včetně následné recyklace či likvidace.
- Posoudit výběr vhodných fyzikálních, fyzikálně-chemických a metalurgických metod pro konkrétní případy syntézy či rafinace kovů, slitin a sloučenin.
- Definovat termodynamické a kinetické faktory nutné pro posouzení rafinačního efektu v oblasti metalurgie čistých kovů.
Vyučovací metody
Přednášky
Semináře
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Projekt
Anotace
Předmět je zaměřen na hlubší pochopení vztahu mezi designem, výrobními procesy a vlastnostmi materiálů, které jsou aplikovány zejména v automobilovém, leteckém, energetickém či strojírenském průmyslu. Budou popsány různé způsoby výroby materiálů, zahrnující progresivní metody metalurgie jako tavení ve studeném kelímku, odstředivé lití, elektronové zonální tavení, plazmová metalurgie, melt spinning, strip casting, atomizace, dále výrobní procesy kompozitních materiálů, technologie aditivní výroby, metody přípravy tenkých vrstev, aj. Budou diskutovány principiální aspekty daných technologií, jejich výhody a nevýhody, ekonomické hlediska, vhodnost/návrh procesů pro konkrétní materiály z hlediska dosažení jejich požadovaných vlastností. V nových perspektivních oblastech vědy a techniky, jakými jsou např. polovodičová technika, mikroelektronika, optoelektronika, technika supravodivých materiálů, vakuová technika, jaderná metalurgie, kosmická a technika jsou vyžadovány materiály, kovy a jejich speciální slitiny a sloučeniny o vysoké chemické čistotě s definovanými fyzikálními a strukturními parametry a specifickými užitnými vlastnostmi. Proto bude pozornost věnována i procesům přípravy vysoce čistých materiálů pomocí fyzikálních, fyzikálně-chemických a metalurgických metod (např. sorpce, extrakce, krystalizace z vodných roztoků, elektrolýza, krystalizace z tavenin, vypařování, kondenzace a transportní reakce, elektropřenos, difuzní dělení látek, odstraňování plynů z tavenin i rafinace kovů ve vakuu, aj.)
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Průběžné ověření studijních výsledků:
• prezenční forma studia – 2 písemné testy, 1 semestrální projekt;
• kombinovaná forma studia – 1 semestrální projekt.
Závěrečné ověření studijních výsledků:
• ústní zkouška.
E-learning
Další požadavky na studenta
Nejsou další požadavky na studenta.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Progresivní technologie výroby neželezných kovů a slitin se specifickými vlastnostmi (ISM proces, odstředivé lití, elektronové zonální tavení, plazmová metalurgie, Bridgmanova metoda, Czochralského metoda, melt spinning, strip casting, atomizace, aj.).
2. Metody přípravy kompozitních materiálů s kovovou matricí (squeeze casting, vakuová a tlaková infiltrace, reakční infiltrace, metody práškové metalurgie, HIP proces, aj.)
3. Technologie aditivní výroby (stereolitografie, selective laser sintering, direct metal laser sintering, fused deposition modelling, laminated object manufacturing, aj.)
4. Metody přípravy vysoce čistých materiálů (teoretické základy iontové výměny, chromatografie, sorpce a extrakce, destilace, rektifikace, transportních reakcí, elektrolýzy, elektrodialýzy, elektropřenosu).
5. Rovnovážný rozdělovací koeficient ko - metody stanovení, retrográdní rozpustnost, korelační závislosti ko na různých parametrech.
6. Směrová krystalizace a zonální tavení.
7. Poměry na fázovém rozhraní krystal - tavenina, kinetický a efektivní rozdělovací koeficient kef, rovnice Burtona-Prima–Slichtera.
8. Kinetika růstu krystalů, konvekce v tavenině
9. Metody stanovení kef z experimentálních výsledků, metody materiálové bilance, metody Vigdorovičovy, ztuhlá zóna, štěrbinová metoda
10. Epitaxní techniky vytváření tenkých vrstev – metody LPE, VPE, LE, SPE, EEE, MBE, metody PVD a CVD
11. Polovodičové materiály, rafinace a technologie výroby.
12. Příprava polovodičových sloučenin z nestechiometrické taveniny.
13.-14. Analytické metody určování čistoty kovů, radiometrické metody, rentgenografie, měření zbytkových rezistivit.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky