Správné pochopení termodynamické stability jednotlivých fází je základním předpokladem pro výzkum a design nových pokročilých materiálů. To zvláště platí v případě, kdy je požadovaných vlastností materiálu dosahováno vytvořením vhodné kombinace více fází ve slitině najednou. Pracovníci Odboru strukturní a fázové analýzy se zabývají studiem fázové stability jak s pomocí experimentálních metod, tak i s využitím počítačového modelovaní.

Jsou např. studovány slitiny v systému Al-Mg-Ge-Sn. Slitiny na bázi hliníku zvláště v kombinaci s křemíkem a mědí jsou intenzivně zkoumány, protože vykazují kombinaci vhodných materiálových vlastností jako dobrá slévatelnost, nízká hustota, vysoká měrná pevnost a houževnatost a také velice dobrá korozní odolnost. Dalšího zlepšení vlastností je možné dosáhnout přidáním dalších legujících prvků, jako jsou právě Mg, Ge a Sn. Dopující prvky mohou ovlivnit precipitační proces v Al-Si-(Cu) slitinách a hrají tak zásadní roli pro ovlivnění mikrostruktury materiálu. Cílem našeho výzkumu je určení struktury a chemického složení vznikajících intermetalických fází v dílčích binárních a ternárních systémech, a to v závislosti na teplotě. Získaná data budou následně použita pro vytvoření termodynamické databáze nové generace pro metodu CALPHAD, která slouží pro simulace fázových diagramů vícesložkových systémů. Výzkum probíhá ve spolupráci s Ústavem fyziky materiálů Akademie věd ČR v Brně.

Jiným příkladem našeho výzkumu jsou nanostrukturované slitiny pro biomedicínské aplikace na bázi nemísitelných systémů. U těchto materiálů založených na dvou vzájemně nemísitelných prvcích je požadovaných vlastností dosaženo precipitací nanočástic, která je zajištěna vhodným tepelným zpracováním nebo pokročilými technologiemi přípravy jako je například prášková metalurgie.

Z teoretických přístupů jsou pro počítačové modelování mimo již zmíněné metody CALPHAD využívány kvantově-mechanické výpočty založené na teorii funkcionálu hustoty, které jsou schopné předpovědět termodynamickou stabilitu jednotlivých fází bez použití experimentálních dat. V kombinaci se strojovým učením nebo metodou Monte Carlo je pak možné přesně simulovat i poměrné složité systémy.

Kontaktní osoba:
Ing. Martin Zelený, Ph.D.