Nabídka předmětů pro doktorské studium na FST ZČU v Plzni
Studijní program: Obor:
P2301 Strojní inženýrství Inženýrství speciálních technologií a materiálů
Garant:
Katedra materiálového inženýrství a strojírenské metalurgie (KMM)
Studium je zaměřené na analýzu a výzkum v oblasti hodnocení fyzikálně-mechanických a strukturálních vlastností, na modifikace a povrchové textury speciálních strojírenských materiálů, na výzkum změny elektrické polarizace a reologických vlastností těchto materiálů, na výzkum a rozvoj vlastností polymerních membrán a na výzkum a rozvoj termomechanických vlastností těchto materiálů. V oblasti speciálních technologií budou předmětem zkoumání zejména laserové technologie a jejich užití ve strojírenství (zejména při zpracování standardních i speciálních strojírenských materiálů) a kvantitativní termografie technologických procesů. Study is focused on analysis and research in area of evaluation of physical, mechanical and structural properties of materials, on modification and surface texture of special engineering materials, on research of electrical polarization changes and rheological properties of these materials, on research and development polymer membranes properties and on research and development thermo-mechanical properties of these materials. In area of special technologies the subject of study will be namely the laser technologies and their utilization in engineering (especially in processing of standard and special engineering materials) and qualitative thermography of technological processes.
Vzdělávací cíle oboru: Absolvent oboru si osvojí nejmodernější poznatky o vybraných speciálních strojírenských technologiích a materiálech. Seznámí se jak s fyzikální a chemickou podstatou těchto materiálů i s nejnovějšími metodami, jak ovlivňovat parametry a vlastnosti těchto materiálů (např. spektroskopické metody, uplatnění znalosti termodynamických procesů, termické analýzy apod.) a získá i detailní přehled o metodách výzkumu a hodnocení fyzikálněmechanických a strukturálních vlastností moderních speciální strojírenských materiálů (vč. skelných a amorfních materiálů) pro potřeby tvůrců, výrobců i provozovatelů strojních zařízení. Studenti se zároveň podrobněji seznámí i s novými technologiemi přípravy těchto materiálů, jako jsou např. laserové technologie. Absolventi získají znalosti z oblasti studia mezních stavů porušování konstrukčních součástí včetně hodnocení stupně degradace vlastností materiálů dlouhodobým provozem s cílem stanovit zbytkovou životnost provozovaných zařízení. Zvláštní pozornost je věnována novým progresivním netradičním materiálům (jako např. skelným a amorfním materiálům) a tvorbě a vlastnostem povrchových vrstev.
The graduate of the field of study will acquire state-of-the-art knowledge about of selected special engineering technologies and materials. The graduate will be familiar with as physical and chemical nature of these materials as with latest methods, how to influence the parameters and properties of the materials (for example spectroscopic methods, use of the know-how of the thermodynamic processes, thermal analysis, etc.) and will obtain detailed knowledge about of research methods and evaluation of physical-mechanical and structural properties of up-to-date special engineering materials (including glassy and amorphous materials) for needs of designers, producers and operators of the engineering materials. At the same time students will more familiar also with start-up-the-art technologies of the materials preparation as for example the laser technologies. The graduates will also get knowledge in area of borderline states of construction components damages, including evaluation of degree of material properties degradation due to the long time operation in order to determine the rest operating life of the apparatus operated. Specific attention is devoted to new progressive unconventional materials (as for example glassy and amorphous materials) and their creation and to surface layers properties.
Předměty vědního základu: 1. NTC/DVKM - Vybrané kapitoly z matematiky
Selected chapters from mathematics Doc. RNDr. Josef Voldřich, CSc. Vektorová a tenzorová algebra (včetně maticového počtu, vlastních čísel a tvarů) a analýza (včetně Greenovy a Stokesovy věty), využití teorie grup ve fyzice a materiálovém inženýrství, teorie lineárních operátorů (včetně spektrální analýzy a Hilbertových prostorů), Fourierova analýza (Fourierovy řady, Fourierova transformace) a speciální funkce (gamma funkce, Besselovy funkce, sférické harmoniky,…). Vector and tensor algebra (including matrix calculus, eigenvalues and eigenvectors) and analysis (including Green’s theorem and Stokes theorem), utilization of group theory in physics and material engineering, theory of linear operators (including spectral analysis and Hilbert spaces), Fourier analysis (Fourier series, Fourier transform) and special functions (the gamma function, Bessel functions, spherical harmonics, …). Odborná literatura: 1. K. Rektorys a kol.: Přehled užité matematiky I a II. Nakladatelství Prometheus Praha 2000, ISBN 80-7196-180-9 (1. díl) 80-7196-181-7 (2. díl) 2. A. Angot: Užitá matematika pro elektrotechnické inženýry (TKI) SNTL Praha 1972 3. V. J. Arsenin: Matematická fyzika – základné rovnice a špeciálne funkcie. Alfa Bratislava 1977 4. J. Holenda: O maticích. Plzeň 2007 (kapitoly 1-5) 5. J. Formánek: Úvod do kvantové teorie, I. část. Academia 1983 (vybrané dodatky) 6. L. Skála: Úvod do kvantové mechaniky. Praha: Academia, 2005 (vybrané části)
Způsob zkoušení: zkouška 2. NTC/DSVM - Struktura a vlastnosti materiálů Structure and properties of materials Doc. RNDr. Pavol Šutta, Ph.D. Strukturní stav materiálů (amorfní, polykrystalický, krystalický), homogenita a nehomogenita materiálů, izotropie a anizotropie materiálů, uspořádání atomů (molekul) na krátkou, střední a velkou vzdálenost, typy krystalových mřížek, těsně uspořádané struktury, typy vazeb v pevných látkách, kovy, dielektrika, polovodiče, rozměrový efekt v pevných látkách, tenké vrstvy, kvantové dráty, kvantové body, závislost fyzikálních vlastností pevných látek na struktuře, skalární, vektorové a tenzorové fyzikální vlastnosti pevných látek, mechanické, elektrické, magnetické a optické vlastnosti pevných látek. Structural state of materials (amorphous, poly-crystalline, single-crystalline), homogeneity and in-homogeneity of materials, isotropy and anisotropy of materials, ordering of atoms (molecules) on a short, medium and long distances, types of crystal lattices, close-packed structures, bonding types in solids, metals, dielectrics, semiconductors, size effect in solids, thin films, quantum wires, quantum dots, dependence of physical properties of solids on structure, scalar, vector and tensor physical properties of solids, mechanical, electrical, magnetic and optical properties of solids. Odborná literatura: 7. CH. Kittel: Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985 8. J. Fiala, V. Mentl, P. Šutta: Struktura a vlastnosti materiálů, Academia Praha 2003, ISBN 80-200-1223-0 9. I. Kraus: Struktura a vlastnosti krystalů, Academia Praha 1993, ISBN 80-200-0372-X 10. L. Eckertová: Physics of Thin Films, (Second Edition) Plenum Press, New York and London, SNTL Publisher of Technical Literature Prague 1986, ISBN 0-306-41798-7 11. Edited by J. Grym: Semiconductor technologies, Published by In-Tech, Vukovar, Croatia 2010, ISBN: 978-953-307-080-3 12. A. Varikhalov: Quantum-size effects in the electronic structure of novel self-organized systems with reduced dimensionality. Dissertation, University of Postdam 2005 Způsob zakončení: zkouška 3. NTC/DSMF - Využití spektroskopických metod ve fyzice pevných látek
Utilization of spectroscopic methods in solid state physics Doc. RNDr. Pavol Šutta, Ph.D. Vznik a fyzikální podstata spekter, základní spektroskopické pojmy, energetické stavy atomů a molekul a jejich kvantování, šířka spektrálních čar a intenzita spektrálních přechodů, základní parametry spektrální čáry, atomová absorpční spektroskopie, molekulová rotační spektroskopie, molekulová vibrační spektroskopie, definice elektrického dipólu a dipólového momentu, vektor polarizace dielektrika, polarizovatelnost, infračervená spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR), Ramanova spektroskopie, integrální intenzita FTIR a Ramanových spektrálních čar, vliv anizotropie na hodnotu integrální intenzity spektrální čáry FTIR a Ramanových spekter.
Generation and physical nature of spectra, basic spectroscopic concepts, energetic states of atoms and molecules and their quantization, width of spectral lines and intensity of spectral transitions, basic parameters of a spectral line, atomic absorption spectroscopy, molecular rotational spectroscopy, molecular vibrational spectroscopy, electric dipole and its dipole moment, dielectric polarization vector per unit volume, polarizability, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, integrated intensity of FTIR and Raman spectral lines, influence of anisotropy on the value of integrated intensity of a spectral line in FTIR and Raman spectra. Odborná literatura: 13. J. Kvasnica: Teorie elektromagnetického pole. Academia Praha 1985 14. A. Beiser: Úvod do moderní fyziky. Academia Praha 1978 15. S. Miertuš a kol.: Atómová a molekulová spektroskopia. Alfa Bratislava 1991, ISBN 8005-00946-1 16. A. Muck: Základy strukturní anorganické chemie. Academia 2006, ISBN 80-200-1326-1 17. C. N. Banwell: Fundamentals of Molecular Spectroscopy. McGraw-Hill Book Company (UK) Limited London 1983 18. P. Larkin: Infrared and Raman spectroscopy: Principles and spectral interpretation. Elsevier Inc., Amsterdam, Boston, Heildelbeg, London, New York, Oxford, Paris, San Diego, San Francisco, Singapore, Sydney, Tokio 2011, ISBN: 978-0-12-386984-5 Způsob zakončení: zkouška 5. NTC/DTM - Teoretická mechanika Theoretical mechanics Prof. Ing. Josef Rosenberg, Dr.Sc. Popis diskrétních mechanických systémů a jejich klasifikace, popis kinematiky bodu, tělesa a jejich systémů, základní principy a teorémy Lagrangeovské mechaniky od principu virtuálních prací až po Lagrangeovy rovnice II. druhu, Hamiltonovská mechanika, podmínky stability rovnovážné polohy Odborná literatura: 1. Kuypers, F. Klassische Mechanik.. Weinheim, SRN VHC Verlagsgesellchaft mbH, 1989. 2. Hlad, Oldřich; Pavlousek, Jaroslav. Přehled astronomie. 2., přeprac. a dopln. vyd. Praha: SNTL, 1990. ISBN 80-03-00160-9. 3. Obetková, Viera; Košinárová, Anna; Mamrillová, Anna. Teoretická mechanika. 1. vyd. Bratislava : Alfa, 1990. ISBN 80-05-00597-0. 4. Brdička, Miroslav; Hladík, Arnošt. Teoretická mechanika : Celost. vysokošk. učebnice pro stud.matematicko-fyz. a pedagog. fakult, stud. oboru učitelství všeobecně vzdělávacích předmětů. 1. vyd. Praha : Academia, 1987. 5. Rosenberg, J.: Teoretická mechanika. Skriptum ZČU, Plzeň 1994 (195 str.) Způsob zakončení: zkouška 6. NTC/DNDS - Nelineární dynamické systémy a chaos
Non-linear dynamic systems and chaos Prof. Ing. Josef Rosenberg, Dr.Sc. Základní pojmy a věty teoretické mechaniky diskrétních dynamických systémů v konfiguračním prostoru (lagrangeovský přístup) a fázový prostor (hamiltonovský přístup), základní pojmy a věty matematické teorie dynamických systémů, příklady dynamických systémů z oblasti dynamiky oscilátorů a biologických systémů, metoda aproximace řešení nelineárních dynamických systémů (metoda vícenásobných škál, metoda redukce na centrální varietu atd.), formy přechodu k deterministickému chaosu, vybrané aplikace a využití dostupných softwarů (MATCONT, XPAUT, AUTO). Odborná literatura:
1. Thompson, J.M.T.,Stewart, H.B.: Nonlinear dynamics and chaos. John Wiley, 1993 2. Drábek, P.: Základy matematické teorie nelineárních dynamických systémů, VŠSE Plzeň, 1990 3. Nayfeh, A.,Balachandran, B.: Applied nonlinear dynamics. John Wiley, 1995 4. Rosenberg, J.: Úvod do nelineární dynamiky. In: Sborník kurzu Modelování a měření v termomechanice, Nečtiny 26.-29.5.2006, VTS Škoda Výzkum str. 9-50, ISBN 80-0201827-3 (dostupná rozšířená elektronická verze) Způsob zakončení: zkouška 7. NTC/DPTA - Přeměny, reakce a termická analýza Transitions, reactions and thermal analysis Ing. Pavel Holba, CSc. Homogenní reakce, stupeň přeměny, rovnovážná konstanta, Guldberg-Waageův zákon, van´t Hoffova izoterma a izobara, exotermická a endotermická reakce, Le Chatelierův princip, reakční rychlost, aktivační energie, krystalochemická rovnováha, rovnovážný obsah krystalových defektů. Plyny, kapaliny a tuhé látky, tání, tuhnutí, var, kondenzace, sublimace, depozice, fázové přeměny enantiotropní a monotropní, ostré přeměny a postupné přeměny, Clapeyronova rovnice a Clausius-Clapeyronova rovnice. Nukleace a krystalizace, kritická velikost nuklea, odmísení, spinodální rozpad, Kelvinova rovnice, fázové přeměny druhého druhu, lambda přechody, Curieův bod, Ehrenfestovy rovnice, skla a skelný přechod. Rovnovážné pozadí procesů vyvolaných ohřevem, Termodynamické (rovnovážné) a kinetické aspekty procesů. Teplotní závislost tepelné kapacity, izochorická a izobarická tepelná kapacita, dilatační příspěvek, Dulong-Petitovo pravidlo, Hermann-Koppovo pravidlo, Einsteinův a Debyeův model tepelné kapacity, vliv homogenní reakce na teplotní závislost tepelné kapacity, tepelná kapacita nestechiometrické fáze. Transportní procesy – gradienty a toky. Newtonův ochlazovací zákon a časová konstanta, Fourierův zákon vedení tepla – tepelná vodivost, teplotní difuzivita, tepelný odpor, Ohmův zákon vedení elektrického proudu a Joulovo teplo, Fickovy zákony - difuzní koeficient a aktivační energie difuze, Onsagerovy relace. Metody termické analýzy: termogravimetrie (TG), diferenční termická analýza (DTA), kompenzační a toková diferenční skenovací kalorimetrie (DSC), dilatometrie, termomechanická analýza (TMA), simultánní termická analýza (STA = TG + DTA). Teplotní a kalorimetrické kalibrace (standardy), rovnice křivky DTA – rychlost ohřevu, tepelná setrvačnost, interpolace základní čáry, teplotní gradient ve vzorku, ohřev s modulací teploty, krokový ohřev, analýza uvolněných plynů (EGA), kalibrace pomocí definovaných tepelných toků (laserový blesk, mikroohřívač).
Homogeneous reaction, degree of conversion, equilibrium constant, mass action law, van´t Hoff´s isotherm and isobar, exothermic and endothermic reactions, Le Chatelier´s principle, reaction rate, activation energy, crystallochemical equilibrium. equilibrium content of crystal defects. Gases, liquids and solids, melting, freezing, boiling (evaporation), condensation (liquefaction), sublimation, deposition, phase transitions – enantiotropic and monotropic, sharp and gradual transitions, Clapeyron´s equation and Clausius-Clapeyron´s equation. Nucleation and crystallization, critical size of nucleus, immiscibility, spinodal decay, Kelvin equation, phase transitions of second order, lambda transitions, Curie points, Ehrenfest´s equations. Equilibrium background of processes iniciated by heating. Thermodynamic (equilibrium) and kinetic aspects of processes. Temperature dependance of heat capacity, isochoric and isobaric heat capacity, dilatation contribution, Dulong-Petit´s rule, HermannKopp´s rule, Einstein´s and Debye models of isochoric heat capacity, influence of homogeneous reactions on temperature dependence of heat capacit, heat capacity of nonstoichiometric phase. Transport processes: Newton´s cooling law and time constant, Fourier´s laws of heat conduction – heat conductivity, temperature diffusivity, heat resistance; Ohm´s law of electric current and evolved Joule´s heat, Fick´s laws of diffusion - difussion coefficient and activation energy of diffusion, Onsager´s relations, Methods of thermal analysis: Thermogravimetry (TG) ,differential thermal analysis (DTA), compensation and heat-flux differential scaning calorimetry (DSC), dilatometry and thermomechanical analysis (TMA) , simultaneous thermal analysis (STA=TG+DTA). Temperature and calorimetric calibrations and standards. Equation of DTA curve – heating rate, heat inertia, reaction /transition rate, baseline interpolation, temperature field (gradient) inside sample, heating with temperature modulation, step-by-step heating, analysis of evolved gases (EGA, FTIR ...), calibrations using defined heat processes (laser flash, microheater). Odborná literatura: 19. L. Rybaříková, V.Šatava, J. Matoušek: Fyzikální chemie silikátů I, VŠCHT SNTL Praha 1986 20. V. Šatava: Úvod do fyzikální chemie silikátů, SNTL Praha 1965 21. J. Šesták: Měření termofyzikálních vlastností pevných látek 22. J. Leitner, P. Voňka: Termodynamika materiálů, VŠCHT Praha 1992; ISBN 8070801670, 9788070801673, 346 stran, http://www.vscht.cz/ipl/termodyn/termmatskr.htm 23. Koller A. (Ed.): Structure and properties of ceramics, Elsevier 1994 24. Hillert M.: Phase equilibria, phase diagrams and phase transformations, Cambridge Univ. Press 1998 25. Paroli R.M., Beaudoin J.J., Delgado A.H: Handbook of Thermal Analysis of Construction Materials, Noyes Data Corporation/Noyes Publications 2002 Způsob zakončení: Zkouška 8. NTC/DTMF - Termodynamika a modely fází Thermodynamics and models of phases Ing. Pavel Holba, CSc. Chemické složení, komponenty (složky) a konstituenty (specie, „struktony“), chemické prvky, fázové (mineralogické) složení, koncentrační veličiny (hmotnostní, molární, objemové, atomární zlomky, molarita, molalita), pákové pravidlo, grafické zobrazení složení, baricentrické souřadnice, počet nezávislých složek, chemické reakce. Teplo, teplota, energie, tepelná kapacita, latentní teplo přeměny, reakční teplo, kalorimetrie a termochemie, Hessův zákon, kalorikum a entropie. Axiomy generalizované termodynamiky, soustava a okolí,
vnitřní energie, entropie, predikční úloha termodynamiky – prediktory a predikanty, extenzivní a intenzivní stavové veličiny, hustoty a potenciálové veličiny, konjugované dvojice veličin, zákonitosti parciálních derivací, Legendrovy transformace, entalpie, Helmholtzova a Gibbsova volná energie, volná entropie, Maxwellovy relace, Gibbs-Helmholtzova rovnice. Chemický potenciál, aktivita a standardní stav složek, podmínky termodynamické rovnováhy, homogenní rovnováha, heterogenní rovnováha, parciální molární veličiny, Eulerova rovnice, Gibbs-Duhemova rovnice, elektrochemie a Nernstova rovnice. Stavová rovnice ideálního plynu, van der Waalsova rovnice, reálný plyn, směsné fáze a konfigurační entropie podle Boltzmannova zákona, ideální roztok a Raoultův zákon, ideálně zředěný roztok a Henryho zákon, regulární roztoky, odmísení, konsoluční bod, binodály aspinodály, tuhé roztoky, krystalové defekty, nestechiometrie, termodynamický model fáze. Fázové diagramy – zobrazování fázových poměrů: unární (jednosložkové) diagramy: trojné body a kritické body; binární diagramy: kongruentní a inkongruentní tání, eutektika, peritektika, monotektika, metatektika, solvus, solidus, liquidus; ternární diagramy: izotermní řez (konody, izoaktivitní linie, průmět plochy liquidus, kotektické linie, pseudobinární řez, kvasibinární průmět, diagramy vícesložkových soustav, Pourbaixovy diagramy E-pH, Schreinemakersovy trsy. Chemical composition, components and constituents (species, structons), chemical elements, phase (mineralogical) composition, concentration quantities (mass/mole/volume/atomic fractions, molarity, molality), graphical representation of composition, baricentric coordinates, number of independent components. Heat, temperature, energiy, heat capacity, latent heat of transition, reaction heat, calorimetry and thermochemistry, Hess´s law, calorique and entropy. Axioms of generalized thermodynamics, internal energy, entropy, predictive task of thermodynamics – predictors and predicants, extensive and extensive quantities, densities and potential quantities, conjugated pairs of quantities, rules for partial differentials, Legendre´s transformations, enthalpy, Gibbs and Helmholtz free energies, free entropies, Maxwell´s relations, Gibbs-Helmholtz equation. Chemical potential, activity and standard state of components, conditions of thermo-dynamic equilibrium, homogeneous equilibrium, heterogeneous equilibrium, partial molar quantities, Euler´s equation, GibbsDuhem´s equation. electrochemistry and Nernst´s equation. Equation of state for ideal (perfect) gas, van der Waals equation, real gas and compressibility factor, Mixtures and configuration entropy using Boltzmann´s law, ideal solution and Raoult´s law, ideally diluted solution and Henry´s law, regular solution, miscibility gap, konsolution point, binodals and spinodals, solid solutions,crystal defects, nonstoichiometry, thermodynamic model of phase Phase diagrams – representation of phase relations: Unary (one-component) diagrams (triple points and critical points), Binary diagrams: congruent and incongruent melting, eutectics, peritectics, monotectics, metatectics, solvus, solidus, liquidus. Ternary diagrams: isotermal cut (conodes, isoactivity lines), projection of liquidus surface (cotectic lines, crystallization path), pseudobinary cut, quasibinary projection. Multicomponent diagrams: Pourbaix diagrams E-pH, Schreinemakers´s bunches Odborná literatura: 26. L. Rybaříková, V.Šatava, J. Matoušek: Fyzikální chemie silikátů I, VŠCHT SNTL Praha 1986 27. V. Šatava: Úvod do fyzikální chemie silikátů, SNTL Praha 1965 28. Kvasnica, J.: Termodynamika, SNTL, Praha, 1965 29. J. Leitner, P. Voňka: Termodynamika materiálů, VŠCHT Praha 1992; ISBN 8070801670, 9788070801673, 346 stran, http://www.vscht.cz/ipl/termodyn/termmatskr.htm 30. M. Rieder, P. Povondra: Fázové rovnováhy v geologii, Karolinum Praha 1997 31. Koller A. (Ed.): Structure and properties of ceramics, Elsevier 1994
32. Hillert M.: Phase equilibria, phase diagrams and phase transformations, Cambridge Univ. Press 1998 33. Stolen S., Grande T.: Chemical Thermodynamics of Materials. Macroscopic and Microscopic Aspects, Wiley, Chichester 2003 (ISBN 0-471-49230-2). Způsob zakončení: Zkouška 9. KMM/DCFR - Chemie a fyzika rozhraní The chemical physics of interfaces Prof. RNDr. Jaroslav Fiala, CSc. Struktura povrchu pevných látek, struktura rozhraní v pevných látkách, kapilarita, adsorpce, epitaxie, horror superficei, únava, deformace a lom kovových materiálů, diagnostika povrchů, napětí v povrchových vrstvách, hloubkové profilování prvkového a fázového složení, inklusivní sloučeniny, vrstvy Langmuira-Blodgettové, dvojrozměrné struktury, tenzidy, emulse a pěny, heterogenní katalýza, inženýrství povrchů a rozhraní. Microscopic picture of solid surfaces, structure of solid-solid interfaces, capillarity, adsorption, epitaxy, horror superficei, fatigue, deformation and fracture in metals, characterization of surfaces, stress in surface layers, depth profiling of the elements and phase composition, intercalation compounds, Langmuir-Blodgett films, cellular structures, surfactants, emulsions and foams, heterogeneous catalysis, surface and interface engineering. Odborná literatura: 1. Kraus, I., Fiala, J.: Povrchy a rozhraní, Vydavatelství ČVUT, Praha 2008 2. Adamson, A.W.: Physical Chemistry of Surfaces, John Wiley and Sons, New York 1976 Způsob zakončení: zkouška Další požadavky na studenta: Písemný referát z vybraných partií odpřednášené látky – před ústní zkouškou. 10. NTC/DTTP - Kvantitativní termografie technologických procesů Quantitative thermography of technological processes Doc. Ing. Milan Honner, Ph.D. Přenos tepla zářením - charakteristika, matematický popis. Infradetektory - tepelné, kvantové. Termovizní kamery. Optické vlastnosti materiálů a metody měření - emisivita, pohltivost, odrazivost, propustnost - spektrální, teplotní, úhlové závislosti. Aplikace pasivní termografie ve výzkumu technologických procesů - zářivé procesy, zdroje chyb, možnosti řešení emisivity. Aktivní termografie a nedestruktivní testování materiálů - lock-in termografie, pulse/transient termografie, ultrazvuková termografie, TSA termografie. Radiative heat transfer - characteristics, mathematical description. Infradetectors - thermal, photon. Infrared cameras. Optical properties of materials and measurement methods emissivity, absorptivity, reflectivity, transmissivity - wavelength, temperature and angle dependences. Applications of passive thermography in research of technological processes radiation processes, sources of errors, options to solve emissivity problems. Active
thermography and non-destructive testing of materials - lock-in thermography, pulse/transient thermography, ultrasound thermography, TSA thermography. Odborná literatura: 1. Honner M.: Infračervená kvantitativní termografie ve výzkumu fyzikálních technologií. Habilitační práce, ZČU, Plzeň, 2004, 165 s. 2. Williams T.: Thermal Imaging Cameras: Characteristics and Performance, Taylor & Francis, 2009, 238 s. 3. Busse G., Van Hemelrijck D., Solodov I., Anastasopoulos A.: Emerging Technologies in NDT, CRC Press, 2008, 375 s. 4. Maldague X., Theory and Practice of Infrared Technology for Non Destructive Testing, John-Wiley &Sons, 2001, 684 s. 5. Minkina W., Dudzik S., Infrared Thermography: Errors and Uncertainties, John Wiley & Sons, 2009, 212 s. Způsob zakončení: Písemné
Předměty odborného zaměření: 1. NTC/DATK - Aplikace termodynamiky kontinua v materiálovém inženýrství a biomechanice Application of thermodynamics of continuum in materials engineering and biomechanics Prof. Ing. František Maršík, DrSc Základní termodynamické pojmy, jejich fenomenologická a mikroskopická interpretace. Zákony bilance více-komponentních systémů, tj. bilance hmotnosti - popis chemicky reagujících směsí, bilance hybnosti, vnitřní energie (I. zákon termodynamiky), bilance elektrického a magnetického indukčního toku (Maxwellovy rovnice reálného prostředí) a bilance entropie (II. zákon termodynamiky). Důsledky termodynamických podmínek stability a principu minimální produkce entropie pro formulaci materiálových vztahů neživých i biologických materiálů. Lineární nevratná termodynamika a základy chemické kinetiky. Jako aplikace jsou uvedeny: konstitutivní vztahy pro směsi termo-visko-elastických pevných látek a tekutin, termodynamika membránového transportu v palivových článcích, remodelace živých tkání (kostí, chrupavky, cévní stěny). Basic thermodynamic notions and definitions, their phenomenological and microscopical interpretation. Balance law of multi-component systems (materials), i.e., balance of massformulation of chemically reacting mixtures, balance of momentum and balance of internal energy (I. Law of thermodynamics), balance of electric induction flux and balance of magnetic induction flux (Maxwell equations for real materials) and entropy balance (II. Law of thermodynamics). Formulation of material relations (constitutive equations) for non-living and biological systems resulting from the thermodynamic conditions of stability and from the principle of the minimum entropy. Chemical kinetics fundamentals and linear irreversible thermodynamics. The applications of the above theory is aiming to the description of the
mixtures of thermo-visco-elastic solids and fluids, thermodynamics of fuel cells and tissue remodeling (e.g. bone, cartilage, blood vessels) Odborná literatura: 1. de Groot S.R. and Mazur P.: Non-Equilibrium Thermodynamics. North-Holland, Amsterdam, 1962. 2. Jou David, Casas-Vázquez José, Lebon Georgy: Extended Irreversible Thermodynamics, 3. Forth edition, Springer, N.Y, 2010 4. Atkins P., de Paula J.: Physical Chemistry, Eight Edition, Oxford, University Press, 2006 5. Landau L. D.,Lifshitz E. M.: Statistical Physics, Pergamon Press Ltd., Oxford, 1980 6. Maršík F.: Termodynamika kontinua, Academia Praha, 1999 7. Maršík F., Dvořák I.: Biotermodynamika, Academia Praha, 1998 8. Humprey Jay D., Delange Sherry L.: An Introduction to Biomechanics, Springer, N.Y. 2004 9. Barbir F.: PEM Fuel Cells: Theory and Practice, Elsevier Academic Press, Amsterdam, 2005 Způsob zkoušení: zkouška
2. NTC/DLTS - Laserová technika pro strojírenství Laser Machines for Engineering Doc. Ing. Milan Honner, Ph.D. Laserové zdroje - princip laseru, kontinuální v. pulzní mód, CO2 lasery, vláknové lasery, diskové lasery, diodové lasery. Laserový paprsek - vlastnosti, tvarování a vedení, fokusování, změna frekvence a polarizace. Systémy pro měření a analýzu laserového svazku. Optické komponenty - zrcadla, vlákna, čočky, děliče svazku, přepínače - vlastnosti, materiály. Technologická hlava - řezání, svařování, povlakování. Skenovací hlava - 2D, 3D. Automatizace procesu - portál v. robot. Bezpečnost laserové technologie - průzory, zástěny vlastnosti, materiály. Laser sources - principle of the laser, cw v. pulsed mode, CO2 lasers, fiber lasers, disc lasers, diode lasers. Laser beam - properties, shaping and guiding, focusing, changing of polarization and frequency. Systems for laser beam measurement and analyses. Optical components mirrors, fibers, lenses, beam splitters, beam switches - properties, materials. Technological heads - cutting, welding, cladding. Scanning head - 2D, 3D. Process automation - gantry v. robot. Safety - windows, curtains - properties, materials. Odborná literatura: 1. Buchfink G., The Laser as a Tool, Vogel Buchferlag, Wurzburg, 2007, 280 s. Lan Xinju, Laser Technology, CRC Press, 2010, 431 s. 2. Ion J. C., Laser processing of engineering materials: Principles, Procedure and Industrial Application, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, 2005 3. Ready J. F. et all, LIA Handbook of Laser Materials Processing, Laser Institut of America, 2001
Způsob zakončení: Písemné 3. NTC/DLTM - Laserové technologie zpracování materiálů Laser technologies of material processing Doc. Ing. Milan Honner, Ph.D. Interakce laserového parsku s povrchem materiálu. Procesní parametry. Technologie (tepelné zpracování, svařování, řezání, vrtání, obrábění, značení, povlakování, formování) - optické procesy, tepelné procesy, mechanické procesy, fázové a strukturní změny materiálu. Vliv procesních parametrů. Zpracování s technologickou hlavou v. remote zpracování se skenovací hlavou. Interaction of laser beam with material surface. Process parameters. Technologies (heat treatment, welding, cutting, drilling, marking, cladding, forming) - optical processes, thermal processes, mechanical processes, phase and structure changes of material. Influence of processing parameters. Processing with technological head v. remote processing with scanning head. Odborná literatura: 1. Schaeffer R., Fundamentals of Laser Micromachining, Taylor & Francis, 2012 2. von Almen M., Laser-beam interactions with materials, Springer series in materials science, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1987 3. Ion J. C., Laser processing of engineering materials: Principles, Procedure and Industrial Application, Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, 2005 4. Ready J. F. et all, LIA Handbook of Laser Materials Processing, Laser Institut of America, 2001 Způsob zkoušení: Písemné 4. NTC/DTA - Teorie a praxe termické analýzy Theorie and Praxis of Termical Analysis Prof. Ing. Jaroslav Šesták, Dr.Sc., dr.h.c. Termická analýza je specifikována jako metoda studující tepelné změny určitých fyzikálních vlastností materiálů (teplo, hmota, objem, magnetické a elektrické vlastnosti, atd.). pro polis jednotlivých metod jsou použity standardní termodynamické zákonitosti. Je ukázán vývoj experimentální metodiky od původního měření křivek ohřevu a chladnutí, přes vývoj DTA (diferenční termická analýza) až po specifickou kalorimetrii (skanovací metody). Praktické aplikace jsou zaměřeny do široké oblasti materiálů od anorganických až po polymery a biologické příklady. Odborná literatura: 1. J. Šesták, P. Šimon, editors, book: “Thermal Analysis of Micro, Nano- and NonCrystalline Materials” Springer, Berlin 2013, ISBN 978-90-481-3149-5
2. J. Šesták, “Science of Heat and Thermophysical Studies: a generalized approach to thermal analysis” Elsevier, Amsterdam 2005. 3. J. Šesták, M. Holeček, J. Málek, editors, book: “Some thermodynamic, structural and behaviors aspects of materials accentuating noncrystalline states” by OPS, West Bohemian University in Pilsen 2009, and Pilsen 2011, ISBN 978-80-87269-20-6 4. Boerio-Goates, J., Callen, JE. „Differential Thermal Methods“. in book: „Determination of Thermodynamic Properties“. (Rossiter, B.W., Beatzold, R.C. eds.), pp. 621-718. Wiley, New York 1992 5. Šesták J. „Heat, Thermal Analysis and Society“. Nucleus, Hradec Kralove 2004 6. Wendlandt WW. „Thermal methods of analysis“ New York, Wiley 2000. 7. Chvoj Z, Šesták J, Tříska A, (eds): „Kinetic Phase Diagrams: non-equilibrium phase transitions“, Elsevier, Amsterdam 1991. 8. Šesták J, Strnad Z, Tříska A, (eds): „Speciální technologie a materiály“, Academia, Praha 1993 9. Šesták J: „Termofyzikální vlastnosti pevných látek“, Akademia, Praha 1984 a ruský překlad: „Těoretičeskij těrmičeskij analyz“, Mir, Moscow 1988; 10. B. Wunderlich “Thermal Analysis of Polymeric Materials” Springer, Berlin 2005 Způsob zakončení: Zkouška 5. NTC/DSAM - Skelné a amorfní materiály Glassy and amorphous materials Prof. Ing. Jaroslav Šesták, Dr.Sc., dr.h.c. Nekrystalický stav je analyzován z hlediska termodynamiky (nerovnováha) a dále je specifikován v mezích skelný a amorfní. Základní termíny jako skelná transformace, rychlost chlazeni, nekrystalická a nanokrystalická struktura jsou charakterizovány stejně jako nejrůznější termodynamické modely. Z technologického hlediska jsou rozlišeny dva základní způsoby přípravy jako chlazením tavenin anebo chemickými reakcemi (jako sol-gel). Z historického pohledu je ukázán vývoj a aplikace užitkových skel stejně jako specifika speciálních skel (kovová, chalkogenní, atd.).
Odborná literatura: 1. J. Šesták, J.J. Mareš, P. Hubík, editors, book: “Glassy, Amorphous and Nano-Crystalline Materials” Springer, Berlin 2010, ISBN 978-90-481-2881-5 2. J. Šesták, book “Science of Heat and Thermophysical Studies: a generalized approach to thermal analysis” Elsevier, Amsterdam 2005. 3. Šatava V: “Úvod do fyzikální chemie silikátů”, SNTL, Praha 1960 4. Šesták J. book „Heat, Thermal Analysis and Society. Nucleus“, Hradec Kralove 2004 5. Chvoj Z, Šesták J, Tříska A, (eds) book: „Kinetic Phase Diagrams: non-equilibrium phase transitions“, Elsevier, Amsterdam 1991.
6. Šesták J, Strnad Z, Tříska A, (eds) book: „Speciální technologie a materiály“, Academia, Praha 1993 7. Šesták J., book: „Termofyzikální vlastnosti pevných látek“, Akademia, Praha 1984 a ruský překlad: „Těoretičeskij těrmičeskij analyz“, Mir, Moscow 1988; 8. W. Höland, G. Beall, “Glass-ceramic Technology”, Amer. Cer.Society 2002 and 2012 9. Z. Strnad “Glass-ceramic Materials: liquid separation, nucleation and crystallization” Elsevier, Amsterdam 1986 (česká verze SNTL 1984) 10. M.B. Volf „Chemical Approach to Glass“, Elsevier. Amsterdam 1984 and „Technical Approach to Glass” Elsevier, Amsterdam 1990 (česká verze SNTL 1982 and 1988) Způsob zakončení: zkouška
6. KMM/DMZ - Mechanické zkoušení Advanced Mechanical Testing Prof. Ing. Václav Mentl, CSc. Problematika křehkého lomu. Instrumentované zkoušky Charpy. Lineární lomová mechanika, Griffithova teorie křehkého porušení, podmínka stability trhliny. Irwin-Orowanova koncepce, napjatost v oblasti vrcholu trhliny, tři základní případy napjatosti. Tvar plastické oblasti u vrcholu trhliny. Lomová houževnatost a její určování. Elasto-plastická lomová mechanika, kriterium rozevření trhliny. Riceův J-integrál, experimentální určování kritické hodnoty Jintegrálu. Dvouparametrická lomová mechanika. Únava materiálu a její hodnocení. Vlastnosti materiálů za vysokých teplot. Creep a dlouhodobá pevnost při tečení. Larson-Millerův parametr. Hodnocení zbytkové životnosti konstrukcí. Brittle fracture phenomenon. Instrumented Charpy tests. Linear elastic fracture mechanics. Griffith theory of brittle fracture, crack stability condition. Irwin-Orowan conception, stress state at crack tip, three basic stress modes. Plastic zone shape at the crack tip. Fracture toughness and its evaluation. Elatic-plastic fracture mechanics, crack opening displacement concept. J-integral, critical J-integral evaluation. Stress energy release rate. Two parameters fracture mechanics. Fatigue and its evaluation. Material properties at elevated temperatures. Creep and creep strength. Parameter Larson-Miller. Evaluation of residual lifetime of components and structures. Odborná literatura: 1. L.P.Pook: Linear elastic fracture mechanics for engineers. Theory and applications, WIT Press 2000 2. Fracture mechanics: Applications and challenges, ESIS publication 26, Elsevier 2000 3. R.Hill: The Mathematical Theory of Plasticity, Oxford University Press, 2003 4. Aktuální publikace. Způsob zakončení: zkouška
7. KMM/DDPZ Degradační procesy a predikce životnosti
Degradation processes and lifetime prediction Prof. Ing. Václav Mentl, CSc. Degradace a mezní stavy vyvolané působením prostředí. Degradační procesy a mezní stavy vyvolané působením jednorázového mechanického namáhání (elastická, plastická deformace, tvárné a křehké porušení, creep). Degradace opakovaným zatěžováním, mezní stav únavového porušení, fyzikálně strukturní podstata a průběh, vnější a vnitřní vlivy. Metody predikce zbytkové životnosti. Praktické příklady. Degradation and limit states caused by service conditions. Degradation and limit states caused by single mechanical loading (elastic, plastic deformation, brittle fracture, creep). Degradation by cyclic loading, fatigue fracture, physical basis and course, outer and inner influence. Methods of lifetime prediction. Case studies. Odborná literatura: 1. Dusan Krajcinovic: Damage Mechanics, Elsevier 1996 2. K.L.Reifsnider, S.W.Case: Damage tolerance and durability of material systems, Wiley 2002 Způsob zakončení: zkouška
8. NTC/DFZM - Fyzikálně chemické základy metalurgie Physical chemistry for metallurgists Prof. RNDr. Jaroslav Fiala, CSc. Vlastnosti plynů, první princip termodynamiky, druhý princip termodynamiky, Helmhotzův a Gibbsův termodynamický potenciál, třetí princip termodynamiky, Clausova-Clapeyronova rovnice, termodynamika a chemická rovnováha, termodynamika roztoků, vliv teploty a tlaku na rovnováhy v metalurgických procesech, využití termodynamiky v rovnovážných stavových diagramech, chemická kinetika, elektrochemie: vedení proudu elektrolyty, rovnováhy v elektrolytech, metody určování termodynamických funkcí. The properties of gases, the first law of thermodynamics, the second law of thermodynamics, the Helmholtz and Gibbs free energies, the third law of thermodynamics, Clausius-Clapeyron equation, thermodynamics and chemical equilibrium, thermodynamics of solutions, the effect of temperature and pressure on equilibria in metallurgic processes, application of thermodynamics to equilibrium phase diagrams, chemical kinetics, electrochemistry: conduction by electrolytes, equilibria in electrolytes, methods for determining thermodynamic functions. Odborná literatura: 1. Píšek, F., Jeníček, L.:Nauka o materiálu III, NČAV, Praha 1962 2. Myslivec, T.: Fyzikálně chemické základy ocelářství, SNTL, Praha 1971 Způsob zakončení: zkouška Další požadavky na studenta: Písemný referát z vybraných partií odpřednášené látky – před ústní zkouškou.
9. NTC/DPOU - Povrchy a jejich úpravy Surfaces and their treatment Doc. Ing. Olga Bláhová, PhD. Základy povrchového inženýrství. Vlastnosti povrchu, jejich interakce a porušování prostředím. Základy ochrany výrobků (úprava prostředí, volba materiálu, konstrukční řešení, elektrochemické a dočasné ochrany). Koroze, opotřebení a porušování povlaků. Předběžné úpravy povrchu (mechanické, odmaštění, moření). Anorganické povlaky (konverzní vrstvy, žárové stříkání, chemické povlaky, smalty). Kovové povlaky a vrstvy (chemické, tepelné, galvanické). Organické povlaky (nátěry, plasty). Technologie povrchových úprav, ochrana životního prostředí. Zkoušení jakosti povrchů a povrchových úprav. Fundamentals of surface engineering. Surface properties, their interactions and deterioration caused by environment. Principles of product protection (treatment environment, option material, structural design, electrochemical and temporary protections). Corrosion, wear and failure of coating. Preliminary surface treatments (mechanical, grease removal, pickling). Inorganic coating (converse coatings, thermal sputtering, chemical coatings, enamelling). Metal coatings and layers (chemical, thermal, galvanic). Organic coating (paintings, plastics). Technology of surface treatment, environment protection. Testing of quality of surfaces and surface treatment. Odborná literatura: 1. Kraus, V.: Povrchy a jejich úpravy. ZČU Plzeň 2000. ISBN 80-7082-668-1 2. Mattox, D. M.: Handbook of physical vapor deposition processing. Oxford 2010. ISBN 978-0-81-552037-5. 3. Bunshah, R. F.: Handbook of hard coatings: Deposition technologies, properties and applications; BunshahPark Ridge 2001. ISBN 0-8155-1438-7. 4. Pawlowski, L.: The science and engineering of thermal spray coatings. Chichester 2008. ISBN 978-0-471-49049-4. Způsob zakončení: zkouška 10. KMM/DKPO - Koroze a protikorozní ochrana (KPO) Corrosion and anticorrosive protection Doc. Ing. Olga Bláhová, PhD. Faktory ovlivňující korozní proces. Projevy poškozování materiálu (kovů, plastických hmot a keramiky). Koroze v plynech a kapalinách. Souvislost chemických a fyzikálních činitelů ovlivňujících korozi. Způsoby ochrany povrchů. Druhy povlaků, jejich předběžná úprava a způsoby ochrany. Problematika koroze v průmyslu. Korozní inženýrství. Formy koroze a korozní charakteristiky konstrukčních materiálů. Oxidace a vysokoteplotní reakce. Základy antikorozní ochrany. Zkoušení koroze. Factors influencing corrosive process. Manifestation damage material (metals, plastics and ceramics). Corrosion in gases and liquids. Relationship chemical and physical factor influencing corrosion. Manners protections surface. Sorts coating, their pre-treatment and
manners protections. Corrosion problems in industry. Corrosion engineering. Corrosion types and corrosion characteristics of constructional materials. Oxidation and high temperature reactions. Principles of anticorrosive protection. Corrosion testing. Odborná literatura: 1. Kraus, V.: Povrchy a jejich úpravy. ZČU Plzeň 2000. ISBN 80-7082-668-1 2. Knotková, D., Kreislová, K.: Korozní chování kovů a kovových povlaků v atmosférickém prostředí, Praha, SVÚOM 2010. ISBN 978-80-87444-01-6 3. Davis, J. R.: Surface engineering for corrosion and wear resistence, Materials Park 2001. ISBN 0-87170-700-4. 4. Cramer, S. D., Covino, B. S.: ASM handbook: Corrosion: fundamentals, testing and protection, Materials Park 2003. ISBN 0-87170-705-5. Způsob zakončení: zkouška
