Laboratoře čistých kovů a speciálních materiálů Prof. Ing. Jaromír Drápala, CSc.

1. Laboratoře čistých kovů a speciálních materiálů Prof. Ing. Jaromír Drápala, CSc. Katedra neželezných kovů, rafinace a recyklace FMMI

2. Výzkumný projekt: “Vývoj a optimalizace nových technologií přípravy vysoce čistých materiálů, speciálních kovových slitin a intermetalických sloučenin s definovanou strukturou a fyzikálními vlastnostmi pro aplikace v elektronice, medicíně, strojírenském a chemickém průmyslu“ • Garanti: Prof. Ing. Miroslav Kursa, CSc., • Prof. Ing. Jaromír Drápala, CSc.

3. Laboratorní vybavení: Vysokoteplotní indukční vakuová pec se studeným kelímkem Laboratorní zařízení pro přípravu monokrystalů Czochralského metodou Elektronová pec pro rafinaci kovů a přípravu monokrystalů Zařízení na usměrněné tuhnutí kovů a slitin Zařízení na indukční vakuové tavení a rozstřikování práškových kovů Plazmová pec s vertikálním krystalizátorem

4. Laboratorní vybavení: Zařízení na indukční odstředivé lití Ti, TiAl, NiAl, NiTi "Super Vac" Laboratorní zařízení pro rychlé kalení vzorků Vysokoteplotní vakuová pec pro žíhání vzorků do teploty 2200°C Zařízení na dělení a úpravu vzorků, elektrojiskrová drátová řezačka Analyzátor vodíku

5. Electron beamzone melting in high vacuum floating method

6. Plasma metallurgy

7. Czochralski method (CZ) 1 - držák zárodku, 2 - zárodek, 3 - místo natavení, 4 - "krček", 5 - rozšíření krystalu, 6 - krystal, 7 - kelímek, 8 - tavenina

8. Induction centrifugal casting unit Titanium, Titaniumaluminides, Gold, Platinum, Superalloys, (max. casting weight 2 kg Ti)

9. Chamber Furnaces, Retort & Vacuum Furnaces. More than Heat 30 to 3000°C. Effective volumes from 5 to 600 liters Tmax up to 3000 °C Compact Support Frame (HTK 8 with rollers) Double-wall water-cooled vacuum chamber Insulation and heating elements of graphite, ceramic or molybdenum/tungsten materials Water-cooling system, including flow display, flow and temperature monitoring device

10. Hydrogen Determinator Max. 2500 wt. ppm H2

11. Základní směry projektu Start-up 2010-2012: - Vybudování komplexu moderních metalurgických zařízení pro přípravu vysoce čistých kovových krystalických, speciálních slitin a progresivních materiálů - Vývoj a optimalizace technologie zonálního tavení (metoda Floating zone) pro přípravu monokrystalů vysokotavitelných kovů a jejich nízkolegovaných slitin - Vývoj a optimalizace technologie směrové krystalizace niklových a titanových slitin. - Vývoj, příprava a optimalizace slitin a intermetalických sloučenin na bázi Ni-Al, Ti-Al a Ti-Ni. legovaných dalšími prvky modifikující užitné vlastnosti - Vývoj a příprava nekonvenčních slitin procesem plazmového tavení ve vertikálním krystalizátoru. - Příprava kovových materiálů s definovanými fyzikálními a strukturními parametry a studium jejich charakteristik z hlediska aplikačního výstupu. Technologické zpracování těchto materiálů tvářecími postupy. - Příprava materiálů s novými užitnými vlastnostmi a zvýšenou životností v extrémních podmínkách. - Optimalizace krystalizačních procesů za účelem strukturní a chemické homogenity krystalických vysokoteplotních a magnetických materiálů. - Vývoj nových typů bezolovnatých pájek (HISOLD) pro elektroniku, výměníky tepla, automobilový průmysl apod. - Rozpracování nových a zdokonalení stávajících technologií přípravy vysoce čistých krystalů s cílem získat mnohé kovy s čistotou 5N .

12. Cíle programu aplikovaného výzkumu na období 2013-2018: 1. Studium procesů rafinace kovů metalurgickými cestami s cílem dosažení maximálně možné čistoty a definované struktury včetně chemické mikro- i makrohomogenity 2. Příprava kovových monokrystalů čistých kovů a nízkolegovaných slitin, volba tavicích agregátů, optimalizace technologických parametrů, příprava orientovaných zárodků, studium základních charakteristik monokrystalů 3. Studium fyzikálně–chemických vlastností vysoce čistých látek a zákonitostí změn jejich vlastností v závislosti na chemickém složení, koncentraci příměsí, krystalických defektech a strukturních parametrech. 4. Výzkum nových typů biokompatibilních materiálů pro medicínské aplikace 5. Výzkum nový typů intermetalických kovových sloučenin pro energetický, letecký a strojírenský průmysl 6. Výzkum interakce prvků ve funkčně gradientních materiálech za vysokých teplot 7. Výzkum interakce vodíku v progresivních typech materiálů

13. Výzkum kovových materiálů s ultrajemnozrnnou strukturou (nanostrukturou) a vývoj procesů jejich přípravy

14. Základní a aplikovaný výzkum • Ultrajemnozrnné a nanostrukturní materiály mají mimořádné elektrické, magnetické, mechanické a optické vlastnosti. • Mechanické vlastnosti kovových materiálů s ultrajemnou strukturou vyhovují H-P vztahu : MV = so + k d-1/2

16. Cíl projektu: • příprava progresivních materiálů • Ultra-jemnozrnných materiálů • Nanostrukturních materiálů. • Studium vývoje struktury a vlastností ultra- jemnozrnných materiálů a nanostrukturních materiálů. • Výzkum vlastností a výroba nanostrukturního titanu pro bio aplikace. • Fyzikální a matematická simulace struktury a vlastností kovových materiálů.

17. Klíčové investice • a) příprava nanokrystalických materiálů – HPT • nanokrystalické materiály; vz = 10-100 nm Rm= E Parametry : F = 3 MN, MK = 20kNm, v = 0,5 – 3 ms-1

18. b) příprava ultra-jemnozrnných materiálů – ECAP • Ultra-jemnozrnné materiály; vz =150 – 300 nm ECAP Hydraulický lis F =3 MN F = 90 – 105°

19. c) Fyzikální a matematická simulace výroby progresivních kovových materiálů : • studium vývoje struktury a vlastností kovových materiálů, • vývoj technologie výroby dílů pro JE, • predikce vlastností kovových materiálů tvářených za polotepla, • vývoj technologie tixotropního tváření, • studium deformačního chování nových materiálů.

20. Tvar výkovků ze slitin : hliníku - hořčíku • Směr výzkumu a spolupráce • Kovolit, a.s. (vývoj technologie kování) • ForSteel, s.r.o. (tváření oceli za polotepla) • VÍTKOVICE HM (výkovky pro JE) • Timplant, s.r.o. (nanotitan)

21. Stěžejní výstupy • Příprava patentu - (PCT) „ Způsob výroby nanostrukturního titanového polotovaru pro implantáty“. • Publikace v impaktovaných časopisech. • Průmyslový vzor „ Nástroj pro hluboké tažení vysokotavitelných kovů a slitin“. • Příprava projektů : GAČR, TAČR, TIP • Spolupráce s podniky.