Struktura a teplotní stabilita ultrajemnozrných kovových materiálů připravených silnou plastickou deformací

• Název práce v češtině: Struktura a teplotní stabilita ultrajemnozrných kovových materiálů ; připravených silnou plastickou deformací
• Název v anglickém jazyce: Structure and temperature stability of ultra fine grained metals ; prepared by severe plastic deformation
• Klíčová slova: ultra jemnozrnné kovové materiály, silná plastická deformace, defekty, anihilace pozitronů
• Klíčová slova anglicky: ultra fine grained metals, severe plastic deformation, defects, positron annihilation
• Akademický rok vypsání: 2018/2019
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Vedoucí / školitel: prof. Mgr. Jakub Čížek, Ph.D.
• Konzultanti: prof. RNDr. Radomír Kužel, CSc.

Zásady pro vypracování

1. Prostudování odborné literatury o defektech v ultra jemnozrnných kovových materiálech

2. Charakterizace mikrostruktury ultra jemnozrnných kovových materiálů připravených dvěma metodami silné plastické deformace:
(a) torzí za vysokého tlaku a (b) protlačování kanály stejného průřezu

3. Studium defektů vytvořených silnou plastickou deformací pomocí pozitronové anihilační spektroskopie

4. Vyhodnocení výsledků a určení koncentrace defektů pomocí vhodného pozitronového záchytového modelu

5. Výzkum teplotní stability ultra jemnozrnné struktury a zotavení defektů

6. Sepsání disertační práce

Seznam odborné literatury

1. P.Hautojärvi: Positrons in Solids, Topics in Current Physics, Springer-Verlag (1979).
2. A. Dupasquier, A.P. Mills, Jr. (eds.): Positron Spectroscopy of Solids, IOS Press, Amsterdam (1995).
3. R.Z. Valiev, R.K. Islamgaliev, I.V. Alexandrov, Prog. Mat. Sci. 45, 103 (2000).

Předběžná náplň práce

Ultra jemnozrnné kovové materiály se střední velikostí zrn okolo 100 nm vykazují velmi zajímavé fyzikální vlastnosti podstatně odlišné od klasických polykrystalických materiálů. Tyto specifické vlastnosti jsou způsobeny tím, že významná část objemu ultra jemnozrnného materiálu (až desítky procent) je tvořena rozhraními mezi jednotlivými zrny. V klasických polykrystalech je naproti tomu objemová frakce hranic zrn zcela zanedbatelná. Struktura hranic zrn ultra jemnozrnných materiálů se vyznačuje vysokou hustotou mřížových defektů a není dosud dostatečně prozkoumaná.
V rámci této doktorské práce bude studována struktura a vlastnosti a ultra jemnozrných kovových materiálů připravených silnou plastickou deformací. Cílem práce je:
1. Získat informace o struktuře těchto materiálů, především o struktuře rozhraní mezi jednotlivými zrny a o defektech přítomných na těchto rozhraních.
2. Studium evoluce této vysoce nerovnovážné struktury s rostoucí teplotou a zotavení přítomných defektů.
Mřížové defekty ve zkoumaných materiálech budou studovány pomocí pozitronové anihilační spektroskopie, která se vyznačuje vysokou citlivostí k defektům spojeným s volným objemem jako vakance, vakanční shluky nebo dislokace. Spektrometr dob života pozitronů na KFNT MFF UK vykazuje vysoké časové rozlišení a umožňuje určení typu defektů i jejich koncentrace i v případě velmi složitých systémů. Pozitronová anihilační spektroskopie bude podle potřeby doplněna dalšími klasickými metodami jako je difrakce rtg. záření nebo transmisní elektronová mikroskopie.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Ultra fine grained metals with mean grain size around 100 nm exhibit outstanding physical properties which differ substantially from those of common polycrystalline materials. The extraordinary properties are due to a significant volume fraction of grain boundaries. Grain interfaces can constitute up to several tens percent of volume of a ultra fine grained material, while in conventional polycrystals it is negligible. Grain interfaces in ultra fine grained materials exhibit a high density of lattice defects and the knowledge about their structure is still limited.
The structure and the properties of ultra fine grained metals prepared by severe plastic deformation will be investigated in this PhD work. The aim of these investigations is
(i) microstructure characterizations of ultra fine grained materials, in particular identification of defects in the grain interfaces and a detailed characterization of structure of grain boundaries,
(ii) investigation of the development of ultra fine grained structure with temperature and the recovery of defects.
Defect studies will be performed by positron annihilation spectroscopy, which exhibits very high sensitivity to open volume defects like vacancies, vacancy clusters, dislocations, etc. Positron annihilation studies will be performed on positron lifetime spectrometer at The Department of Low-Temperature Physics, Charles University in Prague. The spectrometer exhibits superior timing resolution, which enables to determine type of defects and defect concentration even in very complex systems. Positron annihilation will be combined with other techniques like X-ray diffraction and transmission electron microscopy.