Cílem studia je poskytnout studentům vzdělání a umožnit jim vědecký výzkum v oblastech inženýrská optika, fyzika povrchů, mikromechanika materiálů, strojírenské materiály, fyzikální metalurgie a aplikovaný výzkum keramiky.

prof. RNDr. Petr Dub, CSc.

1. Ab initio výpočty fázové stability vícesložkových slitin

   Vzájemná stabilita fází různých slitin může být studována pomocí tzv. výpočty z prvních principů či ab initio výpočtů. Podstatou těchto metod je, že vychází pouze ze základních postulátů kvantové mechaniky a nepotřebují žádná vstupní experimentální data. Získané výsledky pak mohou sloužit jako vstupní data pro pokročilé termodynamické modelování. Cílem práce je stanovení rovnovážných strukturních parametrů a tvorného tepla různých slitin a jejich vzájemné stability pomocí ab initio výpočtů. K těmto výpočtům bude použita metoda PAW implementovaná v programu VASP. K získání teplotní závislosti fázové stability budou využity výpočty fononových spekter.

   Školitel: Zelený Martin, Ing., Ph.D.

2. Cyklická plasticita materiálů vyrobených technologií SLM

   V současné době se v oblasti zpracovávání materiálů stále více uplatňují aditivní technologie (AM) umožňující rychlejší produkci dílců, kdy využití konvenčních technologií je nevhodné, případně daný dílec jimi nelze vyrobit vůbec. Jednou ze stále více využívaných metod pro výrobu dílců o vysoké kvalitě s nízkými výrobními náklady současně při zajištění dobré reprodukovatelnosti výroby je metoda SLM (selective laser melting). Pro širší uplatnění slitin zpracovávaných metodou SLM je nezbytné znát vztah mezi procesními parametry, mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi. To však nejen v oblasti statického zatěžování, ale také dynamického a teplotního (v kombinaci s mechanickým). Cílem disertační práce bude nejprve optimalizace procesních parametrů výroby bulk materiálu s důrazem na minimální porozitu a výskyt defektů. V další fázi bude u studovaného materiálu zkoumáno cyklické plastické chování a únavová odolnost se zaměřením na mikrostrukturní, resp. substrukturní změny v reakci na cyklické zatěžování.

   Školitel: Pantělejev Libor, doc. Ing., Ph.D.

3. Kompozitní materiály vytvořené kinetickou depozicí heterogenních směsí prášků

   Studená kinetická depozice (cold spray - CS) je metoda, při níž na rozdíl od jiných nástřikových) nedochází při tvorbě vrstev k natavování kovových prášků. Částice materiálu vytvářené vrstvy jsou spojovány díky intenzívní plastické deformaci při jejich dopadu na substrát. Metoda je vhodná pro tvorbu masivních vrstev materiálu například při opravách, modifikaci povrchu nebo při additive manufacturing aplikacích. Díky nízkým teplotám procesu je možné nanášet směsi různých prášků a vytvářet tak jak gradientní materiály, tak i strukturované k opozitní materiály. Experimentální část práce bude zaměřena na přípravu takovýchto kompozitních a gradientních materiálů s cílem dosáhnout technicky upotřebitelných mechanických nebo jiných (například magnetických) vlastností.

   Školitel: Jan Vít, doc. Ing., Ph.D.

4. Mechanické vlastnosti a zpevňující mechanismy v komplexních slitinách

   Komplexní slitiny obsahující prvky v ekvimolárních poměrech představují perspektivní skupinu pokročilých materiálů s mimořádně dobrou kombinací pevnosti a tažnosti, s potenciálem pro zvýšenou korozní odolnost a další užitné vlastnosti. Excelentní mechanické vlastnosti jsou výsledkem kombinace zpevňujících a zhouževnaťujících mikromechanismů, zejména dvojčatení a deformačně indukovaných fázových transformací. Dizertační práce bude zaměřena na design těchto slitin na základě teoretických poznatků, doplněných o semi-empirické poznatky z podobných systémů. Vybrané kompozice budou experimentálně připraveny odléváním a práškovou metalurgií. Následně bude studován vztah mezi mikrostrukturou, technologii výroby a výslednými mechanickými vlastnostmi. Speciální pozornost bude věnována zejména charakterizaci a kvantifikaci deformačních mechanizmů a fázového složení pokročilými metodami elektronové mikroskopie. Výsledkem práce by měla být série nových komplexních slitin s odladěnou technologii pro jejich přípravu a známou odezvou na mechanická zatěžování a klíčovými užitnými vlastnostmi.

   Školitel: Dlouhý Ivo, prof. Ing., CSc.

5. Mikrostrukturní stabilita materiálů připravovaných metodami AM

   V současné době se v oblasti zpracovávání materiálů stále více uplatňují aditivní technologie (AM) umožňující rychlejší produkci dílců, kdy využití konvenčních technologií je nevhodné, případně daný dílec jimi nelze vyrobit vůbec. Jednou ze stále více využívaných metod pro výrobu dílců o vysoké kvalitě s nízkými výrobními náklady současně při zajištění dobré reprodukovatelnosti výroby je metoda SLM (selective laser melting). Pro širší uplatnění slitin zpracovávaných metodou SLM je nezbytné znát vztah mezi procesními parametry, mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi. To však nejen v oblasti statického zatěžování, ale také dynamického a teplotního (v kombinaci s mechanickým). Cílem disertační práce bude nejprve optimalizace procesních parametrů výroby bulk materiálu s důrazem na minimální porozitu a výskyt defektů. V další fázi budou u studovaného materiálu zkoumány mikrostrukturní a substrukturní změny v reakci na mechanické a teplotní zatížení.

   Školitel: Pantělejev Libor, doc. Ing., Ph.D.

6. Vlastnosti materiálů s povrchovými vrstvami nanášenými kinetickou depozicí

   Studená kinetická depozice (cold spray - CS) je metoda, při níž na rozdíl od jiných aditivních technologií (např. SLM) nedochází při tvorbě vrstev k natavování kovových prášků. Částice materiálu vytvářené vrstvy jsou spojovány díky intenzívní plastické deformaci při jejich dopadu na substrát. Metoda je v současnosti studována jak z hlediska možných aplikací v oblasti řízené tvorby struktury, tak i jako metoda pro opravy poškozených funkčních povrchů. V rámci vypisovaného tématu budou studovány materiály používané pro značně namáhané vysokoteplotní aplikace s nanášenými vrstvami pomocí technologie CS. Hlavním cílem práce bude popis vlastnosti rozhraní vrstva/substrát při kombinovaném namáhání (mechanické zatížení/teplotní expozice).

   Školitel: Pantělejev Libor, doc. Ing., Ph.D.

7. Vliv stavu povrchu na únavovou životnost součástí vyrobených technologií SLM

   Výroba součástí s konečným funkčním tvarem trechnikami additive manufacturing představuje mohutně se rozvíjející obor, který naráží na mnoho problémů. Na první pohled neobyčejne efektivní a flexibilní výroboa pomocí lokálního slinování prášků laserem sebou z podstaty technologie nese některé problematické charalterstiky vytvořených součástí. Povrch takto vyrobených součástí je velmi drsný, a to jej činí velmi náchylným na vznik únavových trhlin při cyklickím zatěžování. Práce se zaměří na popis stavu povrchu a náseldného únavového chování fraktografickými a mikroskopickými technikami a v experimentální části zejména na technlogické možnosti úpravy volného povrchu vytisknutých součástí tak, aby se omezil vznik trhlin. V úvahu by měly být vzaty jak postupy využívjící úběr materiálu, tak také postupy využívající depozici specifických vrstev na povrch materiálu. Technikuy by mely být aplikovatelné nikoli poze na vnější povrchy ale i na vnitřní povrchy v případech sepeciálně možných díky technologii SLM, kdy je například součást prakticky dutá a vyztužená pouze trámcovou strukturou.

   Školitel: Jan Vít, doc. Ing., Ph.D.

8. Zpracování polykomponentních slitin v čátečně tekutém stavu

   Je všeobecně známým faktem, že slitiny kovů typicky krystalizují v rozmezí teplot (likvidus -solidus), kdy je materiál ve stavu více nebo méně husté kaše tvořené již vytvořenými krystaly a ještě neztuhnutou taveninou. Viskozitu této směsi lze řídit primárně teplotou, výdrží na teplotách a dále také mechanickým mícháním. Materiály v tomto stavu se zpracovávajíé například lisováním, práce bude zaměřena na volné extrudování takových materiálů v mikroměřítku. Experimentální část práce bude zahrnovat teoretický rozbor vhodnosti jednotlivých druhů slitin, ověření jejich technlogických parametrů a experimentální studium vlastností materiálů připravených extruzí v polotekutéím stavu.

   Školitel: Jan Vít, doc. Ing., Ph.D.