Nekovové materiály (FSI-9NKM)

Akademický rok 2019/2020

Garant:	prof. RNDr. Jaroslav Cihlář, CSc.
Garantující pracoviště:	ÚMVI	všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky:	čeština
Cíle předmětu:
Kurz poskytne studentům zejména doktorského studia materiálového a fyzikálního inženýrství pokročilé fyzikálně-chemické poznatky potřebné pro experimentální studium v oblasti struktury a vlastností keramických materiálů a kompozitů.
Výstupy studia a kompetence:
Absolvent kurzu bude schopen aplikovat získané poznatky při dalším doktorském studiu materiálového inženýrství a zejména při řešení disertační práce spojené s výzkumem v oblasti pokročilých konstrukčních, elektrokeramických a biokeramických materiálů.
Prerekvizity:
Znalosti z oblasti materiálových věd a inženýrství na magisterské úrovni.
Obsah předmětu (anotace):
Pokročilý kurz nekovových anorganických materiálů je zaměřený na strukturu keramických materiálů a jejich fyzikální a chemické vlastnosti. Témata kurzu: difize v keramických materiálech, mechanické chování keramických materiálů, vysokoteplotní konstrukční pokročilá keramika, keramické superiontové vodiče, feroelektrická keramika, feromagnetická keramika, polykrystalická polovodičová keramika, vysokoteplotní oxidové supravodiče, biokeramické materiály.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny.
Způsob a kritéria hodnocení:
Zkouška hodnotící teoretické znalosti a jejich praktické aplikace proběhne formou 30 minutové presentace s diskusí na téma pokročilých keramických materiálů blízké cílům disertační práce doktoranda.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Kurz proběhne v závislosti na počtu zájemců formou konzultací nebo přednášek. Na závěr kurzu doktorand vypracuje tématickou prezentaci z oblasti pokročilých keramických materiálů.
Typ (způsob) výuky:
Přednáška	10 × 2 hod.	nepovinná
Osnova:
Přednáška	1. Difuze v keramických materiálech - pravidelná struktura keramiky, defekty v keramikách (značení bodových defektů) - teorie difuze, procesy založené na difuzi a difuze v keramikách 2. Mechanické chování keramických materiálů - elasticita: modul elasticity monokrystalické a polykrystalické keramiky, vliv porozity - lom: lom na atomové úrovni, iniciace propagace lomu, vliv mikrostruktury na lom - plasticita: pokluz na atomové úrovni, dislokační skluz v keramikách, vysokoteplotní plasticita, mechanismus krípu - zhouževnaťující mechanismy v keramikách, klasifikace zhouževnatěných keramik, transformační zhouževnatění, zirkoničitá keramika, zpevňování whiskery 3. Vysokoteplotní konstrukční keramické materiály - materiálové požadavky - oxidová keramika pro vysokoteplotní konstrukční aplikace (oxid hlinitý, oxid zirkoničitý, mulit, kordierit) - neoxidová keramika pro vysokoteplotní konstrukční aplikace (nitrid křemíku, karbid křemíku, sialony) - keramické kompozity 4. Keramické superiontové vodiče - teorie superiontové vodivosti, - techniky studia transportu a kinetických vlastností superiorových vodičů - oxidové iontové vodiče (dopovaný oxid zirkoničitý, ceričitý a vizmutitý, pyrochlory, beta- alumina) - protonové vodiče (dopované zirkoničitany a ceričitany, beta-alumina) - zařízení využívající superiontové vodiče (senzory, elektrochemické reaktory, elektrochemické pumpy, palivové články, separátory kyslíku) 5. Feroelektrické keramické materiály - krystalová struktura a feroelektricita - dielektrika s vysokou permitivitou - pyroelektrická, piezoelektrická a elektrooptická zařízení, termistory 6. Ferimagnetické keramické materiály - krystalová struktura feritů - mikrostruktura a fyzikální chemie hranic zrn 7. Polovodivé polykrystalické keramické materiály - polovodivost a vliv hranic zrn - elektrostatické bariéry a transportní vlastnosti 8. Vysokoteplotní oxidové supravodiče - krystalové struktury (měďnaté a vizmutité perovskity) - vlastnosti kuprátů (supravodivost, teplota přechodu, kritické magnetické pole a kritická proudová hustota) 9. Biokeramické materiály pro lékařské aplikace - fyzikální vlastnosti a fyziologie kosti (mechanismus obnovy kostí, fyzikální vlastnosti kostí a chemické složení kostí) - kompatibilita mezi biokeramikou fyziologickým okolím) - materiály pro chirurgické aplikace: chirurgické slitiny, biolékařské polymery, bioskla, keramiky - oxid hlinitý, zirkoničitý a titaničitý, karbid křemíku, kompozitní hlinitá keramika, sialony, fosdorečnanové keramiky

Literatura - základní:
1. Swain M. (volume editor): Structure and properties of ceramics, vol.11 of Materials Science and Technology, WCH, Weinheim 1994
2. Ravagoli A. and Krajewski: Bioceramics, Chapman and Hall, London 1992