Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc.

Předseda :
prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc.
Člen interní :
prof. RNDr. Karel Maca, Dr.
prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc.
Člen externí :
prof. RNDr. Antonín Dlouhý, CSc. (Ústav fyziky materiálů AV ČR, v.v.i. )
prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc. (Ústav fyziky materiálů AV ČR, v.v.i. )

Cílem doktorského studia je:
• Zabezpečit výchovu graduovaných tvůrčích pracovníků v oblasti fyziky materiálů a materiálových věd pro jejich působení v akademické sféře, ústavech základního a aplikovaného výzkumu a odborech výzkumu a vývoje průmyslových společností.
• Umožnit doktorandovi rozvoj talentu k tvůrčím aktivitám a další rozvoj vědecké či inženýrské osobnosti. Zajistit rozvoj jeho schopností zpracovávat vědecké poznatky ve studovaném oboru a oborech souvisejících, a to jak literární, tak vlastní získané teoretickou nebo experimentální prací.
• Vytvořit návyky potřebné pro tvůrčí činnost v oblasti materiálových věd a příbuzných oborů a pro komunikaci s vědeckou obcí.
• Doktorské studium je primárně zaměřeno na základní výzkum souvislostí mezi strukturou, chováním a vlastnostmi materiálů ve vazbě na parametry jejich přípravy se zaměřením na materiály na bázi kovů, polymerů, a keramiky a jejich kompozitů.
• Smyslem výzkumu realizovaného doktorandy je rovněž vývoj nových materiálů, optimalizace užitných vlastností materiálů a predikce jejich provozní životnosti na základě teoretických a výpočetních metod podložených experimenty.

• Pojetí a obsah studia odpovídá stanoveným cílům a umožňuje dosažení profilu absolventa, vychází ze soudobého stavu vědeckého poznání a tvůrčí činnosti v oblasti fyziky materiálů a materiálových věd.
• Absolventem studia je vyzrálá osobnost, tvůrčím způsobem myslící, schopná formulovat a realizovat výzkumné projekty teoretické a experimentální povahy, příp. rozvíjet a aplikovat poznatky těchto projektů ve výrobní praxi.
• Doktorand získá široké teoretické a experimentální znalosti v oblasti moderních materiálů a metod jejich vývoje, přípravy, studia jejich chování při mechanickém, tepelném či korozním namáhání a vlastností ve vazbě na strukturu.
• Absolventem bude odborník schopný exaktních popisů zpracovatelských procesů, návrhů velmi složitých výrobků z kovů, keramik a polymerů i kompozitů s těmito matricemi, nástrojů pro jejich výrobu, matematických simulací zpracovatelských procesů, modelování mechanického chování materiálů či predikcí jeho vlastností a životnosti.
• Absolventi budou vybaveni širokými znalostmi o vlastnostech a chování konstrukčních keramik, polymerů, kovových materiálů a kompozitů a procesech při zpracování na finální výrobky a nástroje a to na úrovni teoretické, ale i praktické.
• U absolventů se předpokládá uplatnitelnost na vedoucích pozicích spojených s technickou a technologickou přípravou výroby, kde budou na základě studiem získaných znalostí schopni rozvíjet výrobní procesy a jejich navrhování.
• Absolventi se též uplatní jako výzkumní a vývojoví pracovníci v centrech aplikovaného výzkumu, a po navazující vědecko-pedagogické a zahraniční praxi i jako akademičtí pracovníci univerzit a akademických pracovišť.

• Doktorský program „Materiálové vědy“ je postaven tak, aby absolvent byl samostatně jednající materiálový specialista uplatnitelný v řadě oblastí, schopný formulovat a realizovat výzkumné, rozvojové a aplikační projekty.
• S ohledem na úlohu materiálů ve všech konstrukčních aplikacích a technologiích tvůrčí pracovníci v oblasti materiálových věd a inženýrství najdou vždy odpovídající uplatnění doma i v zahraničí mj. v následujících oblastech.
- V rámci postdoktorských projektů na řadě zahraničních pracovišť pro absolventy s ambicí aktivně působit v oblastech vědeckého výzkumu.
- V podobě přímého zapojení do výzkumných týmů akademických pracovišť a pracovišť aplikovaného výzkumu.
- V odborech výzkumu a vývoje průmyslových podniků, resp. interdisciplinární týmech těchto pracovišť.
• Ve všech uvedených případech lze přitom předpokládat plnohodnotné zapojení nejen v ČR, ale i na zahraničních pracovištích.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Doktorský studijní program navazuje na bakalářské a magisterské vzdělání ve specializaci Materiálové inženýrství (B-MTI) a magisterského programu Materiálové inženýrství (M-MTI). V jeho průběhu je studentům poskytován vyvážený základ teoretických a inženýrských disciplín doplněných o laboratorní výuku s maximálně možným využitím nejmodernější přístrojové a výpočtové techniky.
U adeptů jiných se vzděláním dosaženým na jiných universitách musí být absolvované magisterské vzdělání obsahově prostupné s obory Materiálové vědy a inženýrství, Fyzika materiálů, Fyzika pevné fáze, Chemie materiálů apod.
Doktorský program „Materiálové vědy“ nahrazuje stávající doktorský studijní program „Fyzikální a materiálové inženýrství“. Oba programy jsou koncepčně shodné a po přidělení souhlasného stanoviska s akreditací programu „Materiálové vědy“ dokončí doktorandi svá studia v rámci aktuálně akreditovaného programu.

1. Mikroskopické procesy na špici únavové trhliny

   Šíření únavových trhlin je proces, který je popsán makroskopicky pomocí veličin jako je rozkmit faktoru intenzity napětí, J-integrálu nebo plastické části J-integrálu. Existuje mnoho modelů šíření trhlin na mikroskopické úrovni, které uvažují plastickou deformaci v okolí špice trhliny, ale které se liší v detailech. Pokrok v experimentálních metodách umožňuje přesnější a detailnější experimentální studium těchto procesů a následně jejich přesnější popis i modelování pomocí pokročilých metod molekulární statiky a dynamiky. Cílem práce bude shromáždit co nejvíce detailů o dějích na špici únavové trhliny během jejího růstu moderními metodami: digital image correlation (HR DIC) s vysokým rozlišením, electron chanelling contrast imaging (ECCI), electron backscatter diffraction s vysokým rozlišením (HR EBSD) a pozorováním lamel připravených s využitím techniky focused ion beam v transmisním elektronovém mikroskopu. Pozorování budou doplněna simulací mikroskopických dějů pomocí molekulární dynamiky nebo diskrétní dislokační dynamiky. Metody měření budou nejprve ověřeny na oceli 316L a poté aplikovány na materiály zpevněné oxidickou disperzí (ODS) a připravené pomocí aditivních technologií.

   Školitel: Kuběna Ivo, Ing., Ph.D.

2. Průhledná a průsvitná keramika s gradientně dopovanými aktivními ionty

   Popis tématu v CZ: Rozvoj keramické technologie umožnil připravit polykrystalickou keramiku s optickými vlastnostmi, které se vyrovnají tradičním materiálům jako jsou monokrystaly nebo sklo. Polykrystalická keramika navíc přináší řadu výhod, zejména pokud jde o tvarování a prostorové řízení distribuce aktivních iontů. Cílem tohoto Ph.D. tématu bude příprava jemnozrnné keramiky s gradientní strukturou dopantů, která poskytne optimální optické a další potřebné vlastnosti pro zvolené aplikace (laserová media, ostatní luminiscentní aplikace, optoelektronika, dentální keramika, …). Pro přípravu keramik budou použity pokročilé tvarovací a slinovací technologie založené na koloidním tvarování a slinovaní za zvýšeného tlaku. Keramiky budou hodnoceny z hlediska efektivnosti a využitelnosti v zamýšlených aplikacích.

   Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.

3. Studium vlivu přechodových jevů u piezokeramik z hlediska mechanické odezvy

   Hlavním cílem doktorské práce bude studovat mechanické a lomové chování piezokeramiky (například BTO, BTZC apod.) při jejím přechodu z jednoho stavu do druhého a to zejména v oblasti Curieho teploty. Náhlá změna elektrických vlastností v oblasti přechodových jevů je dobře prostudovaná, ale ovlivnění mechanických charakteristik není dobře zdokumentováno. Práce bude cílit na bezolovnatou piezokeramiku, popřípadě na kompozitní systémy obsahující takovou piezokeramiku. V práci bude využíváno nedestruktivních i destruktivních metod charakterizace elastických, mechanických i lomových charakteristik v závislosti na teplotě. Z hlediska studia mikrostruktury bude využíváno všech dostupných zobrazovacích metod (SEM, TEM, AFM apod.) Analýza mikrostrukturních i strukturálních změn při průchodu tranzitní oblastí bude nedílnou součástí studia. Vzhledem ke komplikované mikrostruktuře a jejím změnám bude vhodné podpořit experimentální výsledky modelováním.

   Školitel: Chlup Zdeněk, Ing., Ph.D.

4. Studium vlivu přechodových jevů u piezokeramik z hlediska mechanické odezvy

   Hlavním cílem doktorské práce bude studovat mechanické a lomové chování piezokeramiky (například BTO, BTZC apod.) při jejím přechodu z jednoho stavu do druhého a to zejména v oblasti Curieho teploty. Náhlá změna elektrických vlastností v oblasti přechodových jevů je dobře prostudovaná, ale ovlivnění mechanických charakteristik není dobře zdokumentováno. Práce bude cílit na bezolovnatou piezokeramiku, popřípadě na kompozitní systémy obsahující takovou piezokeramiku. V práci bude využíváno nedestruktivních i destruktivních metod charakterizace elastických, mechanických i lomových charakteristik v závislosti na teplotě. Z hlediska studia mikrostruktury bude využíváno všech dostupných zobrazovacích metod (SEM, TEM, AFM apod.) Analýza mikrostrukturních i strukturálních změn při průchodu tranzitní oblastí bude nedílnou součástí studia. Vzhledem ke komplikované mikrostruktuře a jejím změnám bude vhodné podpořit experimentální výsledky modelováním.

   Školitel: Chlup Zdeněk, Ing., Ph.D.

5. Synergie vysokoteplotních degradačních mechanismů u niklových superslitin

   Očekává se, že součásti vysokoteplotní sekce moderních turbínových motorů budou pracovat při vyšších teplotách a po delší doby než je tomu dnes a to především s cílem zvýšit účinnost, snížit emise a snížit náklady na výměnu. V těchto horkých podmínkách jsou však pokročilé superslitiny používané pro lopatky turbín náchylné k současným časově závislým degradačním mechanismům, jako je oxidace, koroze pod napětím a creep a to v kombinaci s cyklickým namáháním. Synergická interakce těchto mechanismů často ovlivňuje iniciaci a růstu únavových trhlin. Podrobné pochopení jednotlivých mechanismů poškození a jejich synergických účinků je klíčové pro bezpečný provoz moderních pohonných a energetických jednotek. Doktorská práce bude mít za cíl lepší pochopení časově závislých mechanismů plastické deformace a jejich synergie na životnost pokročilých precipitačně zpevněných vysokoteplotních materiálů. Důraz bude kladem na životnost, lokalizaci plastické deformace a iniciaci a šíření únavových trhlin v různých režimech zatěžování. Řešení problému zahrnuje osvojení si počítačem řízených hydraulických zkušebních strojů, vyhodnocení získaných experimentálních dat a použití moderních metod pro studium struktury materiálu – SEM, EBSD, TEM, XRD, CPEM. Navrhované téma je zajištěno jak po materiálové stránce v rámci spolupráce ÚFM s firmou SIEMENS, tak po stránce experimentální, kde ÚFM disponuje veškerým potřebným vybavením pro úspěšné zvládnutí naplánovaných experimentů. Předpokládá se zapojení doktoranda do probíhajících výzkumných projektů (FW03010504, FW03010190, CZ.01.1.02/0.0/0.0/19_262/0020138) a několika měsíční zahraniční stáž na prestižním pracovišti (Karlsruhe Institute of Technology, Aachen University či University of Oxford).

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

6. Vliv defektů na únavovou životnost niklových superslitin

   Tématem práce bude charakterizovat vliv licích defektů a konstrukčních vrubů představujících koncentrátory napětí na únavovou životnost součástí z niklových superslitin. Bude se sledovat zejména souvislost mezi mikrostrukturou superslitiny a její tolerancí k defektům při cyklickém zatěžování za vysokých teplot. Únavové testy budou provedeny na tělesech bez i s konstrukčními vruby. Na základě analýz testovaných vzorků pomocí skenovací a transmisní elektronové mikroskopie bude kvantifikován vliv defektů na iniciaci únavových trhlin a jejich další šíření. Výsledky práce rozšíří poznatky o vlivu defektů na únavovou životnost součástí z niklových superslitin a pomohou predikovat jejich únavovou životnost.

   Školitel: Fintová Stanislava, doc. Ing., Ph.D.

7. Vliv frekvence zatěžování na mechanismus únavového poškození

   Dizertační práce bude zaměřena na identifikaci mechanismů únavového poškození kovových materiálů v závislosti na rychlosti zatěžování. Bude se zaměřovat zejména na únavové zkoušky při různých frekvencích zatěžování, s důrazem na vysokofrekvenční testy a jejich interpretaci. Pomocí rastrovací a transmisní elektronové mikroskopie budou studovány mechanismy únavového poškození kovových materiálů při různé frekvenci (rychlosti) zatěžování a z výsledků bude možné odvodit vztah mezi tradičními únavovými testy a testy vysokofrekvenčními. Výsledky práce pomohou k hlubšímu pochopení vlivu rychlosti zatěžování na mechanismus únavového poškození kovových materiálů a přispějí k predikci únavové životnosti na základě vysokofrekvenčních zkoušek.

   Školitel: Fintová Stanislava, doc. Ing., Ph.D.

8. Využití in-situ mechanických zkoušek prováděných v rastrovacím elektronovém mikroskopu k analýze deformačních mechanismů

   Disertační práce je zaměřena na osvojení a využití pokročilých metod pro podrobnou charakterizaci deformačních mechanismů během in situ mechanických zkoušek provedených v rastrovacím elektronovém mikroskopu (REM). K tomuto účelu bude využita kombinace metody digitální korelace obrazu (DIC), sloužící k vysoce přesnému zmapování povrchových projevů plastické deformace, a difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD), schopná získat krystalografickou orientaci zrn a identifikaci přítomných fází. Tento soubor dat umožní komplexní popsání charakteru deformačních mechanismů a jejich vliv na mechanické vlastnosti studovaného materiálu, konkrétně válcované a 3D tisknuté austenitické nerezavějící oceli. In situ REM tahové zkoušky budou důležitým nástrojem pro rychlé a komplexní analýzy chování různých variant studovaného materiálu, například při optimalizaci procesu 3D tisku.

   Školitel: Šmíd Miroslav, Ing., Ph.D.

9. Vývoj hybridních kompozitů kompenzující pyrolýzní smrštění

   Hlavním cílem doktorské práce bude návrh a charakterizace hybridních kompozitů využívajících například plniva k potlačení/řízení smrštění matrice při částečné pyrolýze. Práce se bude skládat z analýz mikrostrukturních změn hybridních materiálů na bázi polysiloxanových pryskyřic, optimalizace přípravy kompozitů a jejich charakterizace. Dále ze stanovení vlivu způsobu kompenzace smrštění při pyrolýze na výsledné vlastnosti matrice. Také bude studováno použití takto připravených prekurzorů matrice na přípravu vlákny vyztužených kompozitů. Zde bude studován vliv kompenzace smrštění na mikromechanismy porušení a dalších vlastností připravených hybridních kompozitních materiálů. Vzhledem ke komplikované mikrostruktuře a množství rozhraní bude nezbytné vyvinout postup umožňující získání lokálních vlastností popisujících rozhraní pro účely numerických simulací, tak aby mohlo být predikováno rozložení napětí vytvořených při přípravě. V rámci práce bude nezbytné zvládnout problematiku vztahující se k ovlivnění okolní matrice přítomností plniv, tj. lokálními změnami mikrostruktury, stavu napjatosti a podobně, a vliv těchto změn na globální charakteristiky. Zapojení pokročilých technik elektronové mikroskopie, mikroskopie atomárních sil, akustické emise, nanoindentace apod. bude nezbytné pro dosažení stanovených cílů.

   Školitel: Chlup Zdeněk, Ing., Ph.D.

1. kolo (podání přihlášek od 18.04.2022 do 27.05.2022)

1. 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.