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.
prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.

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. Tepelné zpracování kovových 3D tištěných dílů pro letectví a kosmonautiku

   Tepelné zpracování kovových dílů vyrobených aditivní technologií (3D tiskem) je nedílnou součástí této výroby. Tepelné zpracování těchto dílů je zcela nezbytné pro dosažení vyšší jakosti výsledného produktu, což vede ke zvýšení jeho přidané hodnoty, která je pro praxi klíčová. Student/ka bude mít možnost podílet se na výzkumu procesu tepelného zpracování titanových slitin a NiCr slitiny Inconel, určených pro náročné podmínky a v oblasti letectví a kosmonautiky (space industry).

   Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

2. kolo (podání přihlášek od 16.09.2024 do 27.10.2024)

1. Creep feritických slitin zpevněných oxidickou disperzí při nízkých rychlostech deformace.

   Slitiny zpevněné disperzí oxidů (ODS) vykazují excelentní odolnost vůči vysokoteplotní plastické deformaci. Mikrostrukturní příčinou je existence prahového napětí, pod kterým je pohyb dislokací účinně blokován disperzí nano-oxidických částic [1]. Nicméně, ke kumulaci creepové deformace dochází i při nízkých aplikovaných napětích, a to mechanismem, který dosud není znám. Cílem práce je proto najít souvislost mezi vysokoteplotní mechanickou odezvou ODS slitiny při nízkých úrovních zátěže a souvisejícím vývojem mikrostruktury. Při velmi malých rychlostech deformace lze např. očekávat, že creep je řízen tažením nanooxidů dislokacemi zachycenými na površích částic. Jedním z dílčích cílů proto bude tuto hypotézu potvrdit či vyvrátit, a to i s pomocí vývoje termodynamického modelu, který poskytne predikci základních parametrů creepového chování ODS slitiny. Nová slitina (nanokompozit) FeAlOY s vysokým objemovým podílem nanodisperze Y2O3 [2] bude zkoumána v rozsahu teplot 800 až 1100 °C konvenčními creepovými zkouškami, torzním namáháním a metodou helikoidních vzorků [3]. Jednou z verzí materiálu bude i laserem tištěná (SLM) modifikace FeAlOY. Pro urychlení sběru experimentálních dat bude využita metoda postupného přitěžování/odlehčování vzorků během creepové zkoušky. Získaná experimentální data jako napěťový exponent, aktivační energie creepu nebo závislost rychlosti creepu na velikosti nanodisperze a hustotě dislokací umožní identifikovat řídící mechanismus creepu, a to v korelaci s výsledky studia vývoje mikrostruktury během deformace. Literatura: [1] Wasilkovska, A., Bartsch, M., Messerschmidt, U., Hezog, R., Czyrska-Filemonowicz, A., Creep mechanisms of ferritic oxide dispersion strengthened alloys, J. Mater. Process. Technol. 133 (2003) 218-224. [2] Gamanov, Š., Luptáková, N., Bořil, P., Jarý, M., Mašek, B., Dymáček, P., Svoboda J., Mechanisms of plastic deformation and fracture in coarse grained Fe–10Al–4Cr–4Y2O3 ODS nanocomposite at 20–1300°C, Journal of Materials Research and Technology 24 (2023) 4863-4874. [3] Kloc, L., Mareček, P., Measurement of Very Low Creep Strains: A Review, J. Test. Eval. 37 (2009) 53-58.

   Školitel: Dymáček Petr, Ing., Ph.D.

2. 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.

3. Strojově učené meziatomové potenciály pro studium defektů krystalické mřížky

   Algoritmy strojového učení zažívají v současné době velký rozvoj a nachází své uplatnění i v materiálových vědách. S jejich využitím je možné získat informace o meziatomových interakcích, které lze následně využití k počítačovým simulacím rozlehlých systémů a předpovídat jejich vlastnosti na reálných provozních teplotách bez nutnosti experimentální přípravy. Vlastnosti materiálů jsou silně ovlivněny poruchami krystalové mřížky jako jsou atomy nečistot, hranice zrn nebo hranice dvojčatění. Proto je třeba vyvinout takové postupy pro trénováni strojově učených potenciálů, které budou schopny zahrnout i vliv takovýchto defektů.

   Školitel: Zelený Martin, Ing., Ph.D.

4. Studium vlivu přechodových jevů u piezokeramik z hlediska lomově-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. Únavové vlastnosti materiálů s povrchovými vrstvami nanášenými pomocí studené kinetické depozice

   Studená kinetická depozice (cold spray - CS) je metoda, při níž na rozdíl od jiných aditivních technologií (např. SLM) nedochází při tvorbě vrstev k natavování kovových prášků. Částice materiálu vytvářené vrstvy jsou spojovány díky intenzívní plastické deformaci při jejich dopadu na substrát. Metoda je v současnosti studována jak z hlediska možných aplikací v oblasti řízené tvorby struktury, tak i jako metoda pro opravy poškozených funkčních povrchů. V rámci vypisovaného tématu budou studovány materiály únavové vlastnosti materiálů s vrstvami nanášenými pomocí technologie CS.

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

6. Vliv intersticiálních atomů na creepovou pevnost průmyslových hexagonálních slitin.

   Význam ekologicky šetrných technologií zaměřených na produkci, transport a ukládání energie roste, a to v souvislosti se stále přísnějšími regulativy aplikovanými na produkci skleníkových plynů. Tradiční třídy hexagonálních slitin na bázi Zr, Ti a Mg často tvoří materiálový základ těchto pokročilých technologických celků. Nicméně, uvedené tři skupiny slitin, vystavené účinkům okolního prostředí během namáhání creepem, jsou náchylné ke zkřehnutí v důsledku absorpce intersticiálních plynů, zejména pak vodíku. Intenzivní materiálový výzkum v posledních dekádách významně přispěl k objasnění některých aspektů kumulace porušení. Mnoho otázek na úrovni základního výzkumu však zůstává stále otevřených, a to vzhledem k absenci experimentálních technik, které by umožnily sledovat procesy absorpce in-situ v reálném čase. V uplynulém období skupina Perspektivních vysokoteplotních materiálů ÚFM vyvinula experimentální a teoretické metodiky vedoucí ke získání zcela nového vhledu do zmíněných mechanismů. Zejména se podařilo navrhnout a vyrobit novou elektrolytickou celu, která dovoluje sběr dat synchrotronové difrakce slitin in-situ v průběhu jejich expozice v agresivních prostředích. Tato nová technika umožňuje sledovat časový a prostorový vývoj mikrostruktury během expozice s přesně kontrolovanými procesními parametry. Náš výzkumný program dále zahrnuje metody elektronové mikroskopie, diferenciální skenovací kalorimetrie a termální desorpční spektroskopie. V kombinaci se zmíněnou synchrotronovou difrakcí a výpočty metodou ab-initio jsme proto schopni o studovaném materiálovém systému získat komplexní informace. Cíle práce budou zaměřeny na tři aktuální témata vztahující se k interakcím průmyslových variant slitin na bázi Zr, Ti a Mg s prostředím obsahujícím intersticiální prvky: 1) na časovou a prostorovou distribuci intersticiálních elementů uvnitř exponované slitiny a na související vývoj vnitřního napětí, 2) na souvislost mezi polem vnitřních napětí a zkřehnutím materiálu a 3) na časovou a deformační závislost kumulace creepového porušení v oboru aplikačních teplot. Při výzkumu budou využity metody elektronové mikroskopie, synchrotronové difrakce a numerického modelování na bázi teorie funkcionálu hustoty. Literatura: [1] J. Čadek, Creep in metalic materials, Academia, Prague, 1988. [2] Y. Fukai, Metal-Hydrogen System, Springer-Verlag, Berlin, 2010. [3] V.G. Gavriljuk at al., Hydrogen in Engineering Materials, Springer-Verlag, Berlin, 2023. [4] A. Weiser et al., Hydrogen penetration into the NiTi superelastic alloy investigated in-situ by synchrotron diffraction experiments, Acta Materialia 277 (2024) 120217.

   Školitel: Dlouhý Antonín, prof. RNDr., CSc.

7. Výroba a charakterizace pokročilých geopolymerních kompozitů.

   Geopolymery jsou jedním z perspektivních budoucích konstrukčních materiálů díky svým atraktivním mechanickým vlastnostem, odolnosti a schopnosti vázat CO2. Byly vyvinuty nové metody přípravy geopolymerních kompozitů, které umožňují výrobu a dispergaci výztužného nanoplniva „in-situ“, tedy přímo v kapalném alkalickém aktivátoru. Tento způsob umožňuje dosáhnout optimální disperze plniva a vyššího obsahu plniva při současné lepší kontrole jeho orientace v matrici. Úkolem pozice bude výroba různých geopolymerních kompozitů charakterizovaných rozdílným zatížením přírodních a syntetických vláken a/nebo 2D nanoplniv jako je grafen, nanovrstvy nitridu boru nebo jílové nanovrstvy. Uchazeč se také bude zabývat účinností metod studené konsolidace, např. pomocí izostatického tlaku. Mikro- a nanostrukturní charakterizace vzorků bude provedena technikami elektronové mikroskopie, jako jsou SEM, TEM a AFM. Chemické složení a fázová analýza bude provedena pomocí XRD, FTIR a EDS. Práce bude doplněna o mechanickou charakterizaci vyrobených vzorků tlakovými zkouškami, měřením modulu pružnosti rezonancí, měřením lomové houževnatosti metodou Chevron a nanoindentační metodou, měřením pevnosti v tříbodovém ohybu.

   Školitel: Bertolla Luca, Ing., Ph.D.

8. Vývoj a charakterizace difúzních svarů

   Vývoj a růstu objemu aditivní výroby komponent je také motivací pro vývoj difúzního spojování kovových materiálů. Funkční, rozměrově subtilní, aditivně vyrobenou část komponenty se složitou vnitřní strukturou tak lze konstrukčně spojit s mnohem větší částí vyrobenou konvenčně. Z hlediska materiálového výzkumu představuje metoda difúzní svařování několik výzev, jejichž řešení leží v rovině jak základního, tak i aplikovaného výzkumu. Jako nejvhodnější metodou pro difúzní spojování aditivně vyrobených komponent je nyní rozvíjena metoda izostatického lisování za tepla (HIP). Nejjednodušší případ difúzního spojování představuje chemicky homogenní a rovinné rozhraní povrchů. Dalšími žádoucími směry rozvoje jsou heterogenní spoje a spojení nerovinných rozhraní povrchů. Těžiště téma bude spočívat v definici přípravy povrchů pro difúzní spoje a ve studiu vztahů mezi přípravou a výslednými mikrostrukturními a mechanickými vlastnostmi spojů. Pro řešení téma bude nezbytné osvojení si metalografických a mikroskopických analýz (SEM, EBSD, TEM), mechanických zkoušek (tah, Charpy) a jejich realizace za účelem charakterizace spojovaných povrchů, jejich spojů a základních materiálů. Experimentálními materiály budou slitiny využívané pro aditivní technologie v rámci výzkumných programů na ÚFM (ocel 316, 304, P92, atd.).

   Školitel: Stratil Luděk, 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.