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.

2. kolo (podání přihlášek od 18.09.2023 do 31.10.2023)

1. Degradační mechanismy působící v aditivně vyráběných materiálech pro biomedicínské aplikace

   Disertační práce bude mít za cíl charakterizovat degradační mechanismy působící při cyklickém namáhání v materiálech připraveních pomocí aditivních technologií. Budou zvoleny materiály používané pro biomedicínské aplikace, přičemž bude zohledněna jejich mikrostruktura, stav povrchu po výrobě a jelikož mají biomedicínské aplikace svoje specifikace s hlediska stavu povrchu, i vliv vybraných povrchových úprav. Působící degradační mechanismy budou studovány pomocí mikroskopických metod s využitím zejména rastrovací a transmisní elektronové mikroskopie. Výsledky práce rozšíří poznatky mikrostruktuře, textuře a stavu povrchu u aditivně vyráběných materiálů s jejich korelací na únavové vlastnosti těchto materiálů. Na jejich základě bude možné vyslovit doporučení pro stav povrchu a dosažené výsledky budou sloužit pro další výzkum v dané oblasti, zahrnující in vitro zkoušky.

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

2. Chemická nehomogenita u tvářených austenitických Cr–Ni korozivzdorných ocelí: Její původ a vliv na mikrostrukturní stabilitu

   Tvářené Cr–Ni austenitické korozivzdorné oceli (AISI 300) si díky svým mimořádným korozním, mechanickým a technologickým vlastnostem dosud udržují privilegovanou pozici v rámci pěti známých základních typů korozivzdorných ocelí. Paramagnetická austenitická struktura s f.c.c. mřížkou je u většiny těchto materiálů metastabilní, tj. může během ochlazování či plastické deformace částečně transformovat na feromagnetický '-martenzit s b.c.c. mřížkou. V absolutní většině dosavadních studií zabývajících se strukturní stabilitou tvářených austenitických korozivzdorných ocelí jsou tyto materiály s ohledem na intenzivní protváření během výroby považovány za chemicky homogenní. Na přítomnost lokálních fluktuací chemického složení ve formě chemické pásovitosti u různých typů polotovarů tvářených austenitických ocelí (tyče vs. plechy) a její nezanedbatelnou roli při destabilizaci struktury a rovněž tak jejich vodíkovém zkřehnutí bylo poukázáno zcela nedávno. Navrhovaná komplexní studie bude zahrnovat tři následující hlavní cíle. (i) Podrobné studium vzniku chemické pásovitosti u austenitických Cr–Ni ocelí v jednotlivých technologických krocích jejich průmyslové produkce – od kontinuálně lité bramy přes tlustý plech válcovaný za tepla až po finální tenký plech válcovaný za studena. (ii) Systematické monitorování chemické homogenity u austenitických nerezavějících ocelí typu AISI 300 (AISI 304, 316, 321) ve formě různých průmyslově vyráběných polotovarů (válcové tyče, tlusté a tenké plechy) a jejího dopadu na tvorbu '-martenzitu při monotónním a cyklickém zatěžování za různých externích podmínek. (iii) Vyjasnění vlivu '-martenzitu na vodíkové zkřehnutí a lomové chování austenitických ocelí během tahového zatěžování v podmínkách externího a interního vodíku s ohledem na tvar polotovarů použitých pro výrobu zkušeních vzorků a na lokální chemické složení. Pro zviditelnění chemické heterogenity napříč celým průřezem různých polotovarů tvářených ocelí a dendritické struktury kontinuálně lité bramy bude využito techniky barevné metalografie; pro kvantitativní charakterizaci techniky EDS popř. WDS. Pro ohodnocení objemového podílu DIM napříč tloušťkou deformovaného plechu bude využito techniky rentgenové difrakce (X-ray) a výsledky budou konfrontovány s feritoskopickými měřeními. Mikrostruktura deformovaných ocelí vč. distribuce DIM bude na makroskopické úrovni zviditelněna pomocí barevné metalografie (Beraha II); pro detailní charakterizaci na mikroskopické úrovni budou využity moderní techniky s vysokým rozlišením (SEM–FEG, ECCI, EBSD a TEM).

   Školitel: Man Jiří, Ing., Ph.D.

3. 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.

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. Vliv rychlosti 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.

6. 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.

7. Vývoj metodiky aditivní výroby pomocí Cold Spray depozice

   Cold Spray (CS) patří do rodiny termálních nástřiků, díky svým vlastnostem však umožňuje i vytváření masivní vrstvy, a je tak možné tuto technologii využít coby nástroj pro aditivní výrobu. Problematika aditivní výroby s využitím technologie CS zahrnuje velké množství parametrů depozice, které je pro dosažení optimálního výsledku třeba odladit, kdy tyto ovlivňují geometrii a vlastnosti nanášené vrstvy. Výsledný profil vrstvy je výrazně závislý na rychlosti přejezdu, množství podávaného prášku, teplotě, tlaku plynu, a zejména úhlu mezi tryskou a substrátem. Z tohoto důvodu je technologie Cold Spray zatím využívána pouze pro tvorbu geometricky jednoduchých součástí, a to zejména rotačních. Problematika aditivní výroby složitějších dílců není zatím dostatečně popsána a vyžaduje rozsáhlý základní výzkum zaměřený na studium vlivu parametrů nástřiku na geometrický profil vytvořený průchodem trysky nad substrátem a matematickou charakterizaci profilu. Na základě analýzy vlivu procesních parametrů, při lokálním a kontinuálním vytváření nástřiku, na geometrii nanesené vrstvy a na výsledné materiálové charakteristiky, bude navržena metodika tvorby jednotlivých přejezdů (vč. jejich profilu) s pomocí real-time měření skutečné geometrie vrstvy. Bude navržena metodika pro úpravy procesních parametrů CS technologie vč. trajektorie dalších přejezdů tak, aby bylo docíleno požadovaného tvaru základních geometrií (kolmá stěna, válec, rampa apod.) s optimálními materiálovými vlastnostmi, a to i s ohledem na minimalizaci následného obrábění.

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

1. kolo (podání přihlášek od 17.04.2023 do 28.05.2023)

1. Nízkocyklová únava austenitické korozivzdorné oceli AISI 316L připravené technologií selektivního laserového tavení (SLM)

   Cyklická plasticita a nízkocyklové únavové chování budou podrobně studovány u korozivzdorné oceli 316L připravené nejčastěji používanou aditivní technologií – selektivním laserovým tavením (SLM). Válcové zkušební vzorky vyrobené s téměř finální geometrií z nepoužitého a použitého prášku budou po následné aplikaci dodatečného tepelného zpracování (žíhání na odstranění vnitřního pnutí, rozpouštěcímu žíhání) podrobeny za pokojové teploty únavovému zatěžování s konstantními amplitudami celkové deformace. Změny mikrostruktury v objemu materiálu a mechanismy iniciace a růstu krátkých únavových trhlin budou u oceli s unikátní ale nerovnovážnou hierarchickou solidifikační SLM strukturou podrobně charakterizovány pomocí mikroskopických technik s vysokým rozlišením (SEM–FEG, TEM, AFM, FIB, EBSD). Výsledky experimentálního studia budou porovnány s údaji relevantními pro tvářený materiál vyrobený tradičním postupem.

   Školitel: Man Jiří, Ing., Ph.D.