Detail předmětu
Electrotechnical Materials and Production Processes
FEKT-CEMVAk. rok: 2017/2018
Materiály v elektrotechnice - složení, struktura, výroba a použití. Plasty, sklo, keramika a sklokeramika - druhy, vlastnosti, zpracovatelské technologie. Kompozity. Kovy - klasifikace a vlastnosti. Zpracování kovů, výroba vodičů a fólií. Polovodičové materiály; klasifikace, vlastnosti, aplikační oblasti. Příprava polovodičových materiálů a základních polovodičových struktur. Povrchové úpravy, laky a spojování materiálů. Speciální procesy, elektronové, iontové, rentgenové, jaderné, radiační, laserové, ultraakustické, elektroerozivní a další významné výrobní procesy.
Jazyk výuky
angličtina
Počet kreditů
8
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Student po absolvování předmětu:
umí vysvětlit význam pojmů z fyzikálních základů vlastností dielektrických, vodivých, odporových, magnetických a polovodičových materiálů,
umí zvolit vhodný elektrotechnický materiál pro vybranou aplikaci,
zná klasifikaci, strukturu, složení a vlastnosti polovodičových materiálů,
je schopen měřit základní vlastnosti elektrotechnických materiálů a obsluhovat vhodné měřicí přístroje a zařízení,
umí popsat základní výrobní procesy v oblasti dielektrických materiálů, plastů, zpracování kovových materiálů, přípravy polovodičových materiálů, výroby základních polovodičových struktur a povrchových úprav,
umí vysvětlit základní principy činnosti systémů využívající elektronové svazky, iontové svazky, rentgenové záření, jaderné transmutace, lasery, ultrazvuk a elektroerozi, jejich přednosti a omezení z hlediska výrobních procesů,
je schopen vysvětlit základní principy činnosti zdrojů elektronových svazků, iontových svazků, laserů a ultrazvukových měničů,
umí vysvětlit význam pojmů z fyzikálních základů vlastností dielektrických, vodivých, odporových, magnetických a polovodičových materiálů,
umí zvolit vhodný elektrotechnický materiál pro vybranou aplikaci,
zná klasifikaci, strukturu, složení a vlastnosti polovodičových materiálů,
je schopen měřit základní vlastnosti elektrotechnických materiálů a obsluhovat vhodné měřicí přístroje a zařízení,
umí popsat základní výrobní procesy v oblasti dielektrických materiálů, plastů, zpracování kovových materiálů, přípravy polovodičových materiálů, výroby základních polovodičových struktur a povrchových úprav,
umí vysvětlit základní principy činnosti systémů využívající elektronové svazky, iontové svazky, rentgenové záření, jaderné transmutace, lasery, ultrazvuk a elektroerozi, jejich přednosti a omezení z hlediska výrobních procesů,
je schopen vysvětlit základní principy činnosti zdrojů elektronových svazků, iontových svazků, laserů a ultrazvukových měničů,
Prerekvizity
Předpokládají se znalosti z předmětu BMTD - Materiály a technická dokumentace.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Přednášky jsou vedeny s použitím PowerPointové prezentace, krátkých videoklipů a filmů a diskuzí se studenty. Cvičení jsou rozdělena na laboratorní cvičení a výpočtová cvičení. Předmět je doplněn exkurzemi do vybraných podniků.
Způsob a kritéria hodnocení
Účast na cvičeních je povinná. Podmínkou udělení zápočtu je účast studenta na cvičeních a absolvování a zpracování laboratorních úloh. Za soubor pěti zpracovaných laboratorních úloh lze získat maximálně 10 bodů.
Závěrečná zkouška.
Semestrální zkouška je rozdělena na dvě dílčí části, a to „Materiály v elektrotechnice“ a „Výrobní procesy“.
Dílčí část semestrální zkoušky „Materiály v elektrotechnice“ se uskuteční formou písemného testu. Test je hodnocen maximálně 40 body. Test je nutné absolvovat nejpozději do konce výukové části semestru.
Dílčí část semestrální zkoušky „Výrobní procesy“ se uskuteční v řádném zkouškovém období. Za tuto dílčí část zkoušky lze získat maximálně 50 bodů. Zkouška je písemná a skládá se z 10 otázek po 5 bodech. Výsledná známka z předmětu je dána součtem bodů ze cvičení a dílčích částí semestrální zkoušky.
Závěrečná zkouška.
Semestrální zkouška je rozdělena na dvě dílčí části, a to „Materiály v elektrotechnice“ a „Výrobní procesy“.
Dílčí část semestrální zkoušky „Materiály v elektrotechnice“ se uskuteční formou písemného testu. Test je hodnocen maximálně 40 body. Test je nutné absolvovat nejpozději do konce výukové části semestru.
Dílčí část semestrální zkoušky „Výrobní procesy“ se uskuteční v řádném zkouškovém období. Za tuto dílčí část zkoušky lze získat maximálně 50 bodů. Zkouška je písemná a skládá se z 10 otázek po 5 bodech. Výsledná známka z předmětu je dána součtem bodů ze cvičení a dílčích částí semestrální zkoušky.
Osnovy výuky
Materiály v elektrotechnice - složení, struktura, klasifikace, použití. Řízení vlastností materiálů. Kompozity.
Organické a anorganické izolanty, dielektrika.
Plasty, elastomery, slídové výrobky, sklo, keramika (silikátová, oxidová, bezkyslíkatá), sklokeramika, tvrdé materiály.
Plastikářské technologie. Výroba a opracování anorganických nekovových materiálů.
Kovové materiály. Klasifikace, vlastnosti, použití. Materiály s fero- a ferimagnetickými vlastnostmi. Slinuté materiály.
Zpracování kovů. Výroba drátů a fólií, kabelů a vodičů.
Výroba materiálů pro plošné spoje.
Polovodičové materiály - klasifikace, struktura, složení, vlastnosti.
Polovodičové materiály - aplikační možnosti. Příprava polovodičových materiálů.
Výroba základních polovodičových struktur.
Povrchové úpravy, laky, spojování materiálů.
Elektronové procesy, zdroje a účinky elektronového svazku a jeho využití.
Iontové procesy, zdroje iontů, účinky a možnosti využití.
Rentgenové procesy. Radiační technologie.
Jaderné procesy a jejich aplikace, transmutace polovodičových materiálů.
Laserové procesy, rozdělení laserů, vlastnosti a některé aplikace laserů.
Ultraakustické procesy, zdroje ultrazvuku, využití účinků ultrazvuku.
Elektroerozivní procesy a jejich využití.
Organické a anorganické izolanty, dielektrika.
Plasty, elastomery, slídové výrobky, sklo, keramika (silikátová, oxidová, bezkyslíkatá), sklokeramika, tvrdé materiály.
Plastikářské technologie. Výroba a opracování anorganických nekovových materiálů.
Kovové materiály. Klasifikace, vlastnosti, použití. Materiály s fero- a ferimagnetickými vlastnostmi. Slinuté materiály.
Zpracování kovů. Výroba drátů a fólií, kabelů a vodičů.
Výroba materiálů pro plošné spoje.
Polovodičové materiály - klasifikace, struktura, složení, vlastnosti.
Polovodičové materiály - aplikační možnosti. Příprava polovodičových materiálů.
Výroba základních polovodičových struktur.
Povrchové úpravy, laky, spojování materiálů.
Elektronové procesy, zdroje a účinky elektronového svazku a jeho využití.
Iontové procesy, zdroje iontů, účinky a možnosti využití.
Rentgenové procesy. Radiační technologie.
Jaderné procesy a jejich aplikace, transmutace polovodičových materiálů.
Laserové procesy, rozdělení laserů, vlastnosti a některé aplikace laserů.
Ultraakustické procesy, zdroje ultrazvuku, využití účinků ultrazvuku.
Elektroerozivní procesy a jejich využití.
Učební cíle
Cílem předmětu je seznámit studenty konkrétněji se strukturou a vlastnostmi vybraných elektrotechnických materiálů a způsoby jejich výroby, seznámit studenty se speciálními moderními technologickými postupy s vazbou na klasické technologie.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Povinná účast ve výuce.
Základní literatura
Bouda, V., Hampl. J., Lipták,J.: Materials for electrotechnics. Vydavatelství ČVUT, Praha, 2000, 207 s. ISBN 80-01-02233-1. (EN)
Jirák J., Rozsívalová Z.: Elektrotechnické materiály a výrobní procesy - laboratorní cvičení. Elektronická skripta 2003 (CS)
Kazelle J. a kol.: Elektrotechnické materiály a výrobní procesy. Elektronická skripta 2003 (CS)
Jirák J., Rozsívalová Z.: Elektrotechnické materiály a výrobní procesy - laboratorní cvičení. Elektronická skripta 2003 (CS)
Kazelle J. a kol.: Elektrotechnické materiály a výrobní procesy. Elektronická skripta 2003 (CS)
Doporučená literatura
HWANG, J., S.: Environment-Friendly Electronics: Lead Free Technology, Electrochemical Publications Limited, 2001, ISBN 0 901150 401 (EN)
SZE, S., M., KWOK, K.: Physics of Semiconductor Devices. Wiley - Interscience, A John Wiley & sons, Inc. Publication, ISBN-13: 978-0-471-14323-9 (EN)
SZE, S., M., KWOK, K.: Physics of Semiconductor Devices. Wiley - Interscience, A John Wiley & sons, Inc. Publication, ISBN-13: 978-0-471-14323-9 (EN)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
52 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Dielektrika a izolanty. Polarizace a permitivita. Elektrická vodivost a konduktivita. Dielektrické ztráty a ztrátový činitel. Komplexní permitivita. Dielektrika v silných elektrických polích.
2. Anorganická dielektrika. Azbest, slída a slídové výrobky. Sklo v elektrotechnice. Výroba a zpracování skla. Elektrotechnická keramika. Výroba a zpracování keramiky. Oxidová a bezkyslíkatá keramika.
3. Plasty pro elektrotechniku. Termoplasty. Reaktoplasty. Plasty se zvýšenou tepelnou odolností. Úpravy plastů a plastikářské technologie.
4. Vodivé, odporové a magnetické materiály.
5. Polovodičové materiály - klasifikace, struktura, složení, vlastnosti.
6. Polovodičové materiály - aplikační možnosti. Příprava polovodičových materiálů.
7. Výroba základních polovodičových struktur.
8. Zpracování kovů a kovových polotovarů pro konstrukční díly elektrických a elektronických zařízení. Výroba drátů. Svařování a pájení kovových dílů.
9. Povrchové úpravy, laky, kompletace mechanických dílů.
10. Elektronové procesy, získávání elektronů, účinky elektronového svazku a jeho využití.
Iontové procesy, získávání iontových svazků, jejich účinky a využití.
11. Rentgenové procesy, vznik a vlastnosti rentgenového záření. Radiační technologie.
Jaderné procesy, základní pojmy, transmutace polovodičových materiálů.
12. Laserové procesy, základy činnosti laserů, rozdělení laserů, vlastnosti a některé aplikace laserů.
Ultraakustické procesy, fyzikální základy ultraakustiky.
13. Ultraakustické procesy, zdroje ultrazvuku, využití účinků ultrazvuku.
Elektroerozivní procesy a jejich použití.
2. Anorganická dielektrika. Azbest, slída a slídové výrobky. Sklo v elektrotechnice. Výroba a zpracování skla. Elektrotechnická keramika. Výroba a zpracování keramiky. Oxidová a bezkyslíkatá keramika.
3. Plasty pro elektrotechniku. Termoplasty. Reaktoplasty. Plasty se zvýšenou tepelnou odolností. Úpravy plastů a plastikářské technologie.
4. Vodivé, odporové a magnetické materiály.
5. Polovodičové materiály - klasifikace, struktura, složení, vlastnosti.
6. Polovodičové materiály - aplikační možnosti. Příprava polovodičových materiálů.
7. Výroba základních polovodičových struktur.
8. Zpracování kovů a kovových polotovarů pro konstrukční díly elektrických a elektronických zařízení. Výroba drátů. Svařování a pájení kovových dílů.
9. Povrchové úpravy, laky, kompletace mechanických dílů.
10. Elektronové procesy, získávání elektronů, účinky elektronového svazku a jeho využití.
Iontové procesy, získávání iontových svazků, jejich účinky a využití.
11. Rentgenové procesy, vznik a vlastnosti rentgenového záření. Radiační technologie.
Jaderné procesy, základní pojmy, transmutace polovodičových materiálů.
12. Laserové procesy, základy činnosti laserů, rozdělení laserů, vlastnosti a některé aplikace laserů.
Ultraakustické procesy, fyzikální základy ultraakustiky.
13. Ultraakustické procesy, zdroje ultrazvuku, využití účinků ultrazvuku.
Elektroerozivní procesy a jejich použití.
Cvičení odborného základu
12 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Výpočty z oblasti elektronových procesů a iontových procesů.
2. Výpočty z oblasti aplikací rentgenového záření a jaderných transmutací.
3. Výpočty z oblasti laserové techniky.
4. Výpočty z oblasti ultraakustiky.
2. Výpočty z oblasti aplikací rentgenového záření a jaderných transmutací.
3. Výpočty z oblasti laserové techniky.
4. Výpočty z oblasti ultraakustiky.
Laboratorní cvičení
21 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Modelování složek komplexní permitivity
2. Havriliakův - Negamiho diagram
3. a) Měření dielektrických vlastností keramického titaničitanu barnatého
b) Určení součinitele nelinearity keramického titaničitanu barnatého
4. Měření teplotní závislosti rezistivity polovodičového materiálu
5. Měření driftové pohyblivosti minoritních nosičů proudu impulsní metodou
6. Počítačové vytváření pásových modelů polovodičových materiálů
2. Havriliakův - Negamiho diagram
3. a) Měření dielektrických vlastností keramického titaničitanu barnatého
b) Určení součinitele nelinearity keramického titaničitanu barnatého
4. Měření teplotní závislosti rezistivity polovodičového materiálu
5. Měření driftové pohyblivosti minoritních nosičů proudu impulsní metodou
6. Počítačové vytváření pásových modelů polovodičových materiálů