C6730 Fázové rovnováhy (Phase Equilibria) J. Sopoušek Kancelář: UKB, A12, M231 Tel: 549497138, E-mail: sopousekOa)mail.muni.cz Osnova ^ Info z informačního systému MU s Práce s interaktivní osnovou ^ Sylabus přednášky viz IS * Studijní materiály ^ Časový plán přednášek s... & Diskuse Studijní materiály & Učebnice Atkins' physical chemistry / Peter Atkins, Julio de Paula.. -- 8th ed.. -- Oxford : Oxford University Press, 2006.. -- xxx, 1064 s. http://ebooks.bfwpub.com/pchemoup.php (user: knihovna, heslo: uživateli) & Komentář k fázovým rovnováhám & Literatura (knihy, časopisy, konference, programy, komentář k HP, internet) Zahraniční literatura - PORTER, David A. Phase Transfformations in Metal and Alloys. New York: Van Nostrand Reinhol, 1981. 445 s. ISBN 0-442-30439-0. mfo - SAUNDERS, Nigel a Peter A. MIODOWNIK. Calphad .'calculation of phase diagrams : a comprehensive guide. Oxford: Pergamon, 1998. xvi, 479 s. ISBN 0-08-042129-6. mfo - Atlasy fázových diagramů (knihy a www) - Mats Hillert: Phase Equilibria, Phase Diagrams and Phase Transformations (Their Thermodynamic Basis), 2nd Edition, ISBN: 9780521853514 Phase Transformations in Metals and Alloys THIRD EDITION DAVID A. PORTER, KENNETH E. EASTERLING, and MOHAMED Y. SHER1F • <::<••(';• •••ooo o«o««« /w^CRC Press Závěrečné hodnocení Prerekvizita pro zkoušku: - presentace cca 10min (použití FD pro výzkum materiálů) Vlastní zkouška: - čtení fázových diagramů (z odborných článků) - odpovědi na vylosované otázky (témata viz sylabus). Čtení fázových diagramů Eutectic point for CaO, Al203, Si02 (degrees are in Celsius) t>>f>, This side is a line blend ol calcia and alumina. The lop diagram is a birds-eye view ol the three-dimensional model aOoue. Each side represent a line blend ol the components at the comers, with the corners being 100% ol that component and Wo ol the others. The entire diagram, therefore, is similar to a triatrial blend. The white circles mitt, the lowest-melting point lor calcia, alumina and silica. FD nanocastic Size and Shape of magnetic nanoparticles influence their phase diagram (Co-Pt) https://www.mpq.univ-paris-diderot.fr/Size- and-Shape-of-magnetic-nanoparticles- influence-their-phase-diagram?lang=en Získání dovednosti používat fázové diagramy (Např. : odhad vlastností materiálu z fázového diagramu) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Fázový diagram Fe-Cr-Ni (design nerezové oceli) Fe-C phase diagram GEsFraM - Grupo de Estudos sobre F ratu ra de Materials Willy Ank de Morals - willyank@uol.com.br NOTAS I) - Rede» Atomica» Temptralura ambicAte DIAGRAMA FERRO CARBONO Vybrané projekty na UCh Nanostrukturovaná termoelektrika Heat source Refrigeration Active cooling P 9 Heat sink: External power input Heat sink 2017-2019, GA17-12844S: Thermal and phase stability of advanced thermoelectric materials (Investigator: P. Brož). Focused also on nanostructured thermoelectric materials. WW Power generation http://thermoelectrics.matsci.northwestern.edu/ther moelectrics/nanomaterials .html Exhaust Inlet 550 °C Half-Hesuler TEG Module 1 W/cm2 \ o Exhaust Outlet 465 °C , Solid State , Robust v Scalable Studium vlastností nanočástic v závislosti na jejich velikosti (Pinkas) a 2017-2019, GA17-15405S: Advanced experimental and theoretical approaches to phase diagrams of nanoalloys including the influence of particle size (Investigator: J. Pinkas). 1800 1 Ü00 1200- B00- BQ0 AuHi BuA AuNi N«nofiBrtK*vr; Ban J2iHm Sliy 20nm Size iflnm Sizd l3nm 300 o Au 0.4 0.6 x(Ni) i Ni Melt (liquid) uasi-mollen Surface roughening i—1—r S 10 15 20 25 Nanoparticle diameter (nm) 30 Initial reduction rate (M s ') http://www.scielo.br/scielo.php ?pid=S0001 37652018000200719&script=sci_arttext Synteza a vlastnosti nanocastic a nanostrukturovanych materialu (Sopousek) Batch and continual synthesis Upřesněný plán přednášek PS 2019 Týden Program (det. viz anotace) Týden Program 1. Úvod (exkurse po UKB, nebo VUT) 7. Reálné rovnováhy (destilace, extrakce, oceli, pájky bez olova, ...) 2. Základy Termodynamiky, opakování fyzikální chemie 8. Výpočty fázových diagramů (Metoda CALPHAD, ThermoCalc) 3. Fáze a materiál, základní pravidla. Popis rovnovážných stavů, podmínka fázové rovnováhy 9. Fázové transformace (poruchy krystalové mříže, nukleace, kinetika) 4. Fázové diagramy, výpočty, konstrukce použití. 10. Mechanismy difúze, mobilita, TD+Kin faktor 5. Experimentální metody sledování FR. 11. Kinetika reálných soustav technické materiály, svary ocelí 6. Exkurse (na AVČR UFM) 12. Souvislosti mezi fáz. a fyz.-mech vlastnostmi reál. soust. Související přednášky Bc, Studium: C6335 Nanočástice (PS, Sopoušek) Mgr. Studium (materiálová orientace): C6750 Materiálová chemie kovů (Brož, jaro 2020) C5303 Pokročilé modelování pevných látek (podzim 2019) C8888 Nanochemistry (JS, Pinkas) C8870 Syntéza a analýza nových materiálů (JS, Pinkas, Brož) Doktorské studium: C8965 Rovnovážné stavy a fázové transformace materiálů (Sopoušek) C9135 Pokročilé fyzikálně-chemické metody studia materiálů (jaro 2020) Oblasti praktického využití výsledku studia fázových rovnováh Vymezující podmínky: dosažení termodynamické rovnováhy, vhodný model popisu termodynamických vlastností fáze, dostupnost termodynamických dat k popisu soustavy, dostupnost experimentálních fázových dat, PC Výpočty fázových rovnováh Metalurgie (optimalizace tepelného zpracování, stabilita materiálu při dlouhodobé tepelné expozici, svařování slitin,...) Povrchové úpravy materiálu (nauhliěování, nadusiěování,...) Geologie a Mineralogie (p0edpovídání procesů,...) Organická chemie (optimalizace chemických výrob, extrakce, separace plastu,...) Chemie oxidu (supravodiěe, chemie silikátu,...) Predikce fázových vlastností materiálu (pevnost, tvrdost, odolnost proti křehkému lomu,...) Plánování experimentu Výpočty chemických rovnováh Nízkoteplotní plasma, posuzování možných produktu chemických reakcí,.... □ Diskuze Using the phase diagram of liquid water to search for life 100 0.01 0.1 1 10-100 103- 104- 10s-10*- 107- 108- 109-10'° 10 10 11 12 Tilon 200 300 Temperature [K] 600 1000 2000 3000 6000 10000 —I-1-1-!-1—I I I I : i I i I I r Fig; Martian surface H20 portfoJ pressures Earth surfoce H20 portiol pressures -Mo 10 10 10 LIQUID VAPOUR Vnfius Europe _L J_I_!_L ' I i i I I -L I I I Phase diagram of pure liquid water showing the range of unstable and metastable conditions for liquid water on Earth and Mars. Pressures are P part unless indicated otherwise. A^triple point, also boiling point at zero elevation on Mars (P sat); B^sea-level Earth (P tot ); C^boiling point at sea-level Earth (P sat); D^typical indoor environment; EVidry Antarctic conditions; FVitypical frost point on Mars; GVizero elevation on Mars (P tot). Pure liquid water is never stable on the martian surface as the partial pressures (red hatched) are less 10~3 than the triple point pressure of pure 10" 0.1 41 10 10z - 103 104 10s ^106 107 -100 200 500 1000 2000 Temperoture [C] 5000 10000 o water. Despite the large range in 1—'terrestrial surface partial pressures (green 2 hatched) less than the triple point partial g pressure, only extremely cold and £ extremely dry environments will have P part less than the vapour curve. The shape of the hatched regions are bounded on the left by the vapour and sublimation curves. The remainder of the hatched regions correspond to the range of P part of water vapour at the temperatures encountered on the surface of Mars and Earth. This figure is a modified version of figure 2 of Jones & Lineweaver (2010). https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/08120099.2011.591430