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

   Slitiny zpevněné disperzí oxidů (ODS) jsou creepově velmi odolné, protože dislokace jsou pod prahovým napětím blokovány disperzí nanooxidů [1]. Cílem práce je potvrdit či vyvrátit hypotézu, že creep při velmi malých rychlostech deformace je řízen tažením nanooxidů dislokacemi nalepenými na jejich povrchy. Pro tuto hypotézu bude aplikován termodynamický model vyvinutý Dr. Jiřím Svobodou, který poskytne predikci základních parametrů creepového chování ODS slitiny. Nová slitina (nanokompozit) FeAlOY [2] s vysokým objemovým podílem nanodisperze Y2O3 vyvinutá na ÚFM bude zkoumána v rozsahu teplot 800 až 1100 °C konvenčními creepovými zkouškami, torzním namáháním a metodou helikoidních vzorků [3]. Jelikož jsou experimenty časově náročné, bude pro urychlení získání výsledků využita i metoda postupného přitěžování/odlehčování. Parametry creepových zkoušek jako napěťový exponent a aktivační energie creepu, či závislost rychlosti creepu na velikosti nanodisperze a hustotě dislokací umožní potvrdit/vyvrátit hypotézu. V případě dostupnosti v rámci dlouhodobé spolupráce s partnery z MCL Leoben v Rakousku bude zkoumána i laserem (SLM) tištěná verze slitiny FeAlOY z hlediska mikrostruktury a creepového chování. Práce na tématu bude probíhat zejména na Ústavu fyziky materiálů AV ČR, v.v.i., kde je k dispozici všechno potřebné vybavení. 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. Cyklická plasticita slitiny Al-Cu zpracované technologií SLM

   Slitiny na bázi Al-Cu jsou hojně využívány zejména v automobilním průmyslu. Mimo využití standardních technologií přípravy (odlévání či tváření) dochází k širšímu zapojování technologií aditivních zejména technologie SLM (Selective Laser Melting). Materiály na bázi Al-Cu jsou technologií SLM obtížně zpracovatelné, nicméně modifikací slitiny lze docílit snížení náchylnosti k tvorbě trhlin za horka, a dosažení homogenní struktury ekviaxiálních zrn. Hlavní náplní disertační práce bude studium cyklického plastického chování a procesu iniciace únavových trhlin takto připravené slitiny.

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

3. Charakterizace šíření únavových trhlin v austenitických ocelích s gradientní strukturou vytvořených s pomocí metod aditivní výroby

   Disertační práce se bude zabývat popisem šíření dlouhých únavových trhlin v metastabilních austenitických ocelích se specifickou strukturou. Tyto materiály budou připraveny s použitím metod aditivní výroby, kde variace procesních parametrů umožní lokální modifikaci struktury a vytvoření gradientních/vrstvených struktur s cílem zlepšit odolnost materiálů vůči šíření únavových trhlin. V rámci řešení disertační práce si PhD student osvojí metody měření a vyhodnocování odolnosti materiálů vůči šíření únavových trhlin, charakterizaci mikrostruktury a popis deformačních mechanismů na čele trhlin s využitím skenovací a transmisní elektronové mikroskopie.

   Školitel: Jambor Michal, Ing., Ph.D.

4. 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.

5. Perspektivní materiálů na bázi Ti pro skladování vodíku

   Tato disertační práce je zaměřena na optimalizaci klíčových vlastností slitin pro ukládání vodíku (HS) na bázi Ti pro technologicky i ekonomicky přijatelné tlaky a teploty. Tyto HSM umožňují dlouhodobé uložení H2 za podmínek vhodných pro praktické aplikace při dosažení vysoké teoretické objemové hustoty energie. Toto ukládání H2 bez využití kompresoru umožní snížit provozní náklady, zvýšit bezpečnost a celkově zjednodušit vodíkové technologie.

   Školitel: Král Lubomír, Ing., Ph.D.

6. Postupy ovládání charakteru mikrostruktury eutektických vysoce entropických slitin, jejich fázová stabilita a mechanismy poškozování.

   Doktorské téma se zabývá vývojem a optimalizací eutektických vysoce entropických slitin (EHEA) s ultra jemnou mikrostrukturou prostřednictvím pokročilých metalurgických nebo dalších technik tepelného zpracování, přetavování a podobně. Studie bude systematicky zkoumat vliv zvolaných postupů na charakter a tepelnou stabilitu mikrostruktury a vývoj fázového složení. Klade se důraz na stanovení vztahů mezi parametry zpracování, fázovou stabilitou a mechanickými vlastnostmi. Druhým směrem studie bude objasnění mechanismů poškození, které ovlivňují odolnost materiálu při provozních podmínkách. Kombinací experimentální ho vývoje, charakterizačních technik a modelování si tato práce klade za cíl prohloubit základní porozumění HEA a přispět k vývoji materiálů nové generace pro vysokovýkonné inženýrské aplikace.

   Školitel: Jan Vít, doc. Ing., Ph.D.

7. Slitiny na základě nerozpustných kovových systémů s využitím medium-entropy přístupu.

   Přirozená nemísitelnost v tuhém nebo i v tekutém stavu u systémů jako jsou Fe-Cu , případně dalších dvojic kovů jako Cu-Cu nebo Mg-Ti lze vyžít k vytvoření nových mikrostruktur s lepšími mechanickými a tepelnými vlastnostmi, což rozšiřuje možnosti v oblasti designu slitin. Návrh a charakterizace středně entropických slitin na bázi nemísitelného systému s přídavkem prvků jako Mn, Al a dalších představuje důležitý směr výzkumu v materiálové vědě. Syntézou těchto komplexních slitin a analýzou jejich fázového složení zkoumáme vztahy mezi strukturou a vlastnostmi, které určují jejich chování. Výzkum kombinuje moderní výrobní techniky, metody charakterizace a mechanické testování s cílem získat poznatky využitelné v letectví, automobilovém průmyslu a energetice. Téma nabízí spojení základního výzkumu a praktických inovací, má za cíl připojit se progresivnímu směru ve vývoji nových generací slitin.

   Školitel: Jan Vít, doc. Ing., Ph.D.

8. 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.