Směry výzkumu na Katedře fyzikální chemie a teorie technologických pochodů FMMI VŠB-TUO 6/09

Vědecko-výzkumná činnost katedry je plně v souladu s Národní politikou výzkumu, vývoje a inovací České republiky, vycházející také z dokumentů Evropské unie. Jako jediné pracoviště v ČR se katedra dlouhodobě zabývá výzkumem fyzikálně-chemických vlastností kovových a anorganických tavenin (krystalizační děje, termodynamika, difúze, viskozita, povrchové napětí), jejich matematickým modelováním a technologickými aplikacemi. V posledním období se vědecko-výzkumná činnost zaměřuje také na aktuální problematiku zneškodňování skleníkových plynů, konkrétně odstraňování N2O z odpadních průmyslových plynů.

Nové poznatky a původní výsledky jsou získávány při řešení projektů fi nancovaných GAČR, MPO ČR, MŠMT ČR i projektů mezinárodních a spadají do oblasti jak základního, tak aplikovaného výzkumu.

Katedra disponuje mimo běžného laboratorního vybavení originálním vysokoteplotním zařízením pro měření povrchového a mezifázového napětí roztavených kovů, laboratorním systémem SETSYS 18TM TG/DTA/TMA a DSC Thermoanalyser (20°C až 1750°C) a originální experimentální jednotkou pro testování katalyzátorů. V současné době se také buduje pracoviště pro vysokoteplotní měření viskozit oxidických a kovových tavenin.

Jako příklad jednoho ze směrů výzkumu, kterým se katedra zabývá, lze uvést studium a modelování vzniku chemické nehomogenity při krystalizaci a tuhnutí vybraných niklových superslitin. Pro toto studium byla vyvinuta originální metodika experimentálního studia chemické nehomogenity a originální matematické modely, umožňující stanovení segregačních a krystalizačních charakteristik ze změřených experimentálních dat.

Výraz „superslitina" byl poprvé použit krátce po 2. světové válce ve snaze popsat skupinu slitin, vyvinutých pro turbokompresory a letecké turbíny, které vyžadovaly materiály se skvělými provozními vlastnostmi i za vysokých teplot. Oblast využití vysoce legovaných slitin se postupně rozšířila i na stacionární plynové turbíny, raketové motory, chemická a ropná zařízení. V současné době představují superslitiny významné, stále se rozvíjející perspektivní materiály.

Jedním z faktorů, který významně ovlivňuje vlastnosti kovů a kovových slitin, je jejich struktura. Tvorba struktury těsně souvisí s technologií výroby, odléváním a krystalizací těchto slitin. Při krystalizaci odměšování jednotlivých prvků způsobuje primární koncentrační nehomogenitu s možností vzniku nerovnovážných fází nebo vměstků. Tyto okolnosti mohou být příčinou zhoršených fyzikálních a mechanických vlastností odlitku.

V současnosti je tato problematika řešena na katedře v rámci dvou projektů. Při řešení projektu MPO ČR s názvem „Výzkum řízení procesu krystalizace vysoce náročných odlitků vyráběných metodou vytavitelného modelu s využitím numerické simulace" katedra spolupracuje s firmou První brněnská strojírna Velká Bíteš, a. s., která je mj. významným producentem odlitků pro leteckou techniku. Projekt řeší problematiku aplikace numerické simulace slévárenských technologických procesů do přípravy výroby odlitků technologií přesného lití do keramických forem, vyrobených metodou vytavitelného modelu. Cílem projektu je řízení průběhu krystalizace odlitků z vysoce legovaných slitin tak, aby se dosáhlo vysoké vnitřní homogenity odlitků a optimální struktury kovu. Řešení v rámci výzkumného záměru MŠMT ČR s názvem „Procesy přípravy a vlastnosti vysoce čistých a strukturně definovaných speciálních materiálů" je zaměřeno na studium a popis difúzních a segregačních dějů při přípravě a exploataci niklových superslitin z fyzikálně-chemického, termodynamického a kinetického hlediska tvorby struktury materiálů, teplotních a tepelných procesů a jejich řízení.

Nové poznatky získané řešením vědecko-výzkumných projektů katedra pravidelně publikuje v recenzovaných odborných časopisech, včetně impaktovaných, a také prezentuje na významných mezinárodních konferencích. Řada poznatků je již v průběhu řešení aplikována v technické praxi. Touto svou odbornou činností katedra přispívá k rozvoji poznání v oborech Chemická metalurgie a Materiálové vědy a inženýrství i v příbuzných oborech.

Jana Dobrovská vedoucí katedry fyzikální chemie a teorie technologických pochodů