C6730 Fázové rovnováhy

Přírodovědecká fakulta
podzim 2010 - akreditace
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
prof. RNDr. Jiří Sopoušek, CSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Jiří Sopoušek, CSc.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Jiří Sopoušek, CSc.
Předpoklady
Doporučena znalost fyzikální chemie a matematiky (například v rozsahu studia na Přírodovědecké fakultě MU nebo VUT).
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 22 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Přednáška je určena zejména pro posluchače chemie a materiálového inženýrství. Obsahem jsou zejména následující témata: termodynamika vícesložkových neideálních soustav, podmínky nutné pro koexistencí fází, fázové diagramy, fázové transformace, kinetika vzniku a zániku fází, difúze v tuhé fázi, termická analýza a její aplikace, metody výpočtů a predikcí fázových diagramů a možnosti kinetických simulací. Témata jsou doplněna o praktické příklady (nap. rektifikace, extrakce, tepelné zpracování materiálů, separace, mikrostruktura materiálů, nukleační mechanismy, optimalizace mechanických vlastnosti a materiálový design, materiálová životnost, ). Získané znalosti umožují posluchačům správně porozumět a kvalifikovaně řešit výraznou skupinu praktických problémů, které se objevují v chemické laboratoři, technologické praxi i při přípravě nových materiálů.
Osnova
  • 1. Základní pojmy. Termodynamické stavové funkce čisté látky a vícesložkové směsi. Standardní stavy. Fázová terminologie. Gibbsova-Duhemova rovnice. Gibbsova energie reálné soustavy, dodatkové funkce. 2. Uspořádání fází a jejich krystalová mřížka. Mížkové defekty. Termodynamika stechiometrických a nestechiometrických fází a chemických sloučenin. Zákony zachování hmoty, náboje a stechiometrie v termodynamických soustavách. Fázové pravidlo a stabilita fází. 3. Gigsova energie soustavy, chemický potenciál a aktivita. Diferenciální podmínka fázové rovnováhy, integrální podmínka fázové rovnováhy. Vznik fázové rovnováhy. 4. Matematické řešení problému fázové rovnováhy. Výpočty a predikce fázových diagramů. Metody, programy a databáze pro výpočty fázových rovnováh. Metoda CALPHAD. 5. Fázové diagramy. Základní typy fázových diagramů, znázornění fázových diagramů, možné průběhy fázových hranic. Řezy fázovými diagramy. Použití fázových diagramů. 6. Metody experimentálního studia fázových rovnováh: Získávání fázových dat, získávání termodynamických dat, měřitelné termodynamické veličiny. Termická analýza (křivky chladnutí, DTA, DSC, ...). Zdroje dat a jejich přesnost. 7. Reálné fázové rovnováhy: jednosložkové soustavy, binární soustavy (koexistence kapalné, plynné a tuhé fáze, směsi těkavých kapalin, destilace, sublimace, roztoky, ). Fázové diagramy vícesložkových soustav (koexistence tuhých fází, extrakce, odstraňování nečistot, chemické sloučeniny ve fázových diagramech, intermetalika, ). 8. Příklady výpotů fázových rovnováh a fázových diagramů v reálných soustavách. Souvislosti mezi fázovými, fyzikálními a mechanickými vlastnostmi. 9. Fázové transformace. Stabilní a metastabilní fázové rovnováhy, bezdifúzní fázové přeměny, role difúze a nukleace při ustavování rovnovážných stavů. 10. Difúze: Základní pojmy. Atomární mechanismy difúze. Fickovy zákony. Okrajové podmínky. Analytické a numerické řešení difúzních rovnic. 11. Difúze v reálných soustavách. Atomární mobilita, látkové toky, kinetický a termodynamický faktor difúze. 12. Difúzně řízené fázové transformace. Heterogenní reálné soustavy. Difúze a rovnováha za vysokých a nízkých teplot. Simulační výpočetní programy (DICTRA). 13. Fázové rovnováhy a difúzí řízené děje v chemické laboratoři a technologické praxi: Hrubnutí a rozpouštění fází, optimalizace technologického zpracování materiálů, homogenizace, nitridace, stabilita svarů, ochranné vrstvy, transformaních diagramy,...
Literatura
  • PORTER, David A. Phase Transfformations in Metal and Alloys. New York: Van Nostrand Reinhol, 1981, 445 s. ISBN 0-442-30439-0. 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
Přednášky.
Metody hodnocení
Ústní zkouška
Informace učitele
Přednáška je určena pro posluchače Přírodovědecké fakulty MU. Je však navštěvována i posluchači materiálových oborů VUT.
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, jaro 2000, jaro 2002, podzim 2004, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.