C6750 Materiálová chemie kovů

Přírodovědecká fakulta
jaro 2025
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučováno kontaktně
Vyučující
doc. RNDr. Pavel Brož, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D. (přednášející)
Garance
doc. RNDr. Pavel Brož, Ph.D.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Fyzikální chemie I. a II., Chemická struktura (C3140, C4020, C5020)
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 6 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Cílem předmětu je získání znalostí o struktuře kovů a jejich slitin, jejich fyzikálních a chemických vlastnostech, přípravě, metodách jejich studia a použití v chemické a materiálové oblasti.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování předmětu schopen:
- orientovat se v oblasti struktury kovů, slitin a intermetalických sloučenin, jejich fyzikálních a chemických vlastnostech, přípravě, metodách jejich studia a použití v chemické a materiálové oblasti
- mít přehled o speciálních materiálech, jejich přípravě a vlastnostech
- vhodně volit metody zkoušení kovových materiálů a jejich přípravy
- využít těchto znalostí pro návrh nových materiálů
Osnova
  • 1. Úvod - materiálové vědy, materiálové inženýrství, hutnictví, materiálová chemie.Vztah struktury a vlastností kovů, jejich charakterizace.
  • 2. Základní typy struktury kovů (sc, bcc, fcc, hcp), poruchy ve struktuře kovů.
  • 3. Intermetalické sloučeniny - základní typy struktury, termodynamický popis, vlastnosti, příklady.
  • 4. Struktura a vlastnosti kovů I - vlastnosti fyzikální (teplota tání, měrný objem, hustota, délková teplotní roztažnost, objemová stlačitelnost) - vlastnosti mechanické (elastická a plastická deformace, význam dislokací, pracovní diagram) - vlastnosti elektrické (odpor a vodivost, kovová vazba, pásová struktura, vodič, polovodič, izolant, supravodiče) - vlastnosti magnetické (magnetické vlastnosti atomů, dia-, para-, fero-, antifero- a ferimagnetismus, hysterezní křivka, magnetismus a teplota)
  • 5. Struktura a vlastnosti kovů II - vlastnosti optické (elektromagnetické záření, odrazivost, pohltivost, prostupnost, klasifikace materiálů, elektronová polarizace, elektronové přechody, barva, lom a odraz světla, luminiscence, fotokonduktivita, solární články, optická vlákna) - vlastnosti tepelné (tepelná kapacita, fonony, Einsteinův a Debyeův vztah, tepelná vodivost) - vlastnosti korozní (poločlánek, článek, oxidace, redukce, standardní elektrodový potenciál, napětí článku, rychlost koroze, proudová hustota, polarizace, přepětí, korozní potenciál, korozní proudová hustota, pasivace, druhy koroze, ochrana proti korozi)
  • 6. Metody zkoušení kovů - fyzikální (křivky chladnutí, termická analýza (termogravimetrie, diferenční termická analýza, diferenční skenovací kalorimetrie, dilatometrie, …)) - strukturní, korozní - mechanické (zkoušky tvrdosti, statická zkouška tahem (pracovní diagram, houževnatý a křehký lom, koncentrátory napětí), dynamické zkoušky (rázové - Charpyho kladivo, únavové (cyklické) - Wöhlerova křivka)) zkoušky za vysokých teplot (tečení (creep)) - technologické, zkoušky nedestruktivní
  • 7. Krystalizace kovů a difúze - definice fáze, typy fází, Gibbsova energie a fázové rovnováhy, základní typy fázových diagramů, invariantní body, výpočty fázových rovnovah, rovnováha kapalina - tuhá látka (rovnovážné a nerovnovážné ochlazování, vývoj mikrostruktury v eutektických slitinách, nukleace a růst, spinodální rozpad), difúze
  • 8. Krystalizace kovů - definice fáze, typy fází, Gibbsova energie a fázové rovnováhy, základní typy fázových diagramů, univariantní přeměny, výpočty fázových rovnovah, rovnováha kapalina - tuhá látka (rovnovážné a nerovnovážné ochlazování, vývoj mikrostruktury v eutektických slitinách, nukleace a růst, spinodální rozpad), difúze.
  • 9. Elektrochemická příprava kovů a jejich slitin.
  • 10. Tenké kovové filmy, jejich příprava a vlastnosti, transportní procesy v přípravě kovů metody CVD, PVD, MBE, plazmatické nástřiky.
  • 11. Speciální materiály příprava a vlastnosti. - Kovové kompozity, porézní kovy - Nanokrystalické kovové materiály - Nekrystalické kovové materiály (kovová skla).
  • 12. Základní typy železných slitin - Fe-C fázový diagram, perlitická, bainitická a martenzitická přeměna, TTT a CCT diagramy, izotermický a anizotermický rozpad austenitu - ovlivňování struktury oceli - tepelné zpracování (žíhání, kalení, popouštění, precipitační vytvrzování, cementace, nitridace) - ocel, třídy ocelí, legované oceli, litina
  • 13. Základní typy neželezných slitin - slitiny lehkých kovů (Al, Mg, Ti, precipitační rozpad, dural) - slitiny s nízkou teplotou tání (Sn, Pb, Zn, Sb, pájky, …) - slitiny se střední teplotou tání (Cu, Ni, bronz, mosaz) - slitiny s vysokou teplotou tání (Cr, V, Nb, Mo, Ta, W) - intermetalické fáze (např. slitiny s tvarovou pamětí, Lavesovy fáze, …)
  • 14. Speciální metody a materiály - monokrystaly (příprava, vlastnosti, použití), nanostrukturované materiály (silná plastická deformace (equal channel angular processing, ECAP), vysokotlaká torze (high-pressure torsion, HPT)), whiskery a jejich pevnost, slinuté kovy a prášková metalurgie
Literatura
  • CALLISTER, William D. Fundamentals of materials science and engineering : an interactive e.text. 5th ed. New York: John Wiley & Sons, 2001, xxi, 524 s. ISBN 0-471-39551-X. info
  • BARRETT, C. S. Struktura kovů : krystalografické metody, principy a údaje. 1. vyd. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1959, 658 s. URL info
  • PÍŠEK, František. Nauka o materiálu. Edited by Přemysl Ryš - Mojmír Cenek. 1. vyd. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1957, 754 s. info
  • PÍŠEK, František. Nauka o materiálu. 1. vyd. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1959, 658 s. URL info
  • PÍŠEK, František a Ladislav JENÍČEK. Nauka o materiálu. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1962, 455 s. URL info
  • 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. info
Výukové metody
Teoretická příprava formou přednášek s použitím mnoha příkladů z praxe.
Metody hodnocení
Výuka probíhá týdně a ukončení je ústní zkouškou.
Informace učitele
K úspěšnému ukončení předmětu se požaduje znalost výše uvedené látky. Hlavní okruhy otázek: Struktura kovů, poruchy ve struktuře. Intermetalické sloučeniny. Struktura a vlastnosti kovů. Metody zkoušení kovů. Metody výroby kovů. Speciální materiály. Základní typy železných a neželezných kovů a slitin. Znalosti a praktické dovednosti, které by měl student nabýt absolvováním předmětu: Student bude schopen se orientovat v problémech chemie kovových materiálů, jejich struktury, přípravy a vlastností.
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2000, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024.