|
|
||||||||||||
Fúzní aplikace - Plazma jako „problém“
Při interakci plazmatu s materiály v nich dochází k různým povrchovým i objemovým změnám, které mohou způsobovat obtíže při provozování konstrukčních prvků dlouhodobě vystaveným účinkům plazmatu. Tato problematika je vysoce aktuální v plánovaných fúzních zařízeních s vysokým výkonem - tokamacích. Zvýšení odolnosti první stěny fúzního reaktoru se snažíme řešit například vývojem speciálních tzv. funkčně gradovaných materiálů (FGM), což jsou vrstvené struktury, které kombinují například povrchovou odolnost wolframu s teplotní vodivostí oceli nebo mědi. K testování chování materiálů v prostředí tokamakového plazmatu používáme díky speciálnímu portu pro vkládání vzorků i náš ústavní tokamak COMPASS. Ve spolupráci s domácími (ÚJV Řež a. s., Centrum výzkumu Řež s.r.o., VUT v Brně, ...) i zahraničními partnery (Forschungszentrum Juelich - Německo, Dutch Institute for Fundamental Energy Research - Nizozemsko, ...) provádíme též simulované zatížení, například pomocí laseru nebo elektronového svazku.
Plazmové stříkání – Plazma jako „nástroj“
Vysoké entalpie plazmatu lze naopak i využít, například pro depozici nejrůznějších materiálů metodou tzv. plazmového stříkání. Pomocí plazmového hořáku (plazmatronu) je vygenerován proud termického plazmatu, do něhož je podáván stříkaný materiál (prášek, suspenze nebo roztok). Poté dochází k interakci plazmatu s materiálem, jeho ohřevu a urychlení, případně chemickým změnám. Po dopadu na povrch součásti vzniká takzvaný plazmový nástřik o typické tloušťce řádově 0.1 až 1 mm. Tímto způsobem můžeme zlepšit funkční vlastnosti povrchu součástí, například otěruvzdornost, korozní odolnost, tepelnou a elektrickou vodivost, apod. Specialitou našeho pracoviště je patentovaná příprava tenkostěnných samonosných keramických skořepin. Pro plazmové stříkání využíváme světově unikátní plazmové hořáky s vodní a hybridní stabilizací plazmatu WSP a WSP®H vyvinuté na našem ústavu ve spolupráci s firmou ProjectSoft HK a.s., která má rovněž na starost jejich prodej koncovým zákazníkům.
Slinováním prášků pulzním elektrickým proudem
Pro přípravu objemových materiálů používáme od roku 2012 jako první v ČR metodu označovanou SPS nebo FAST (z anglického „Spark Plasma Sintering“ či „Field Assisted Sintering Technique“). Tato metoda používá pulzní elektrický proud a zvýšený tlak ke slinování kovových i nekovových prášků v grafitových zápustkách, což umožňuje slinování prášků při teplotách až 2400°C při výrazném urychlení slinovacího procesu oproti běžným technikám. Tato metoda je velice vhodná například pro přípravu čistých ultrajemnozrnných materiálů i speciálních kompozitů.
Akademická spolupráce
Experimentální studium v odd. MI je prováděno v široké domácí i mezinárodní spolupráci. V oblasti žárových nástřiků i fúzních materiálů dlouhodobě spolupracujeme s řadou prestižních pracovišť z USA, Německa, Francie, Švédska, Finska, atd., a to jak v oblasti přípravy vzorků a materiálových analýz, tak formou stáží našich odborných pracovníků i studentů.
Významně spolupracujeme také s ústavy AV ČR i domácími univerzitami například v rámci centra excelence "Multidisciplinární výzkumné centrum moderních materiálů” a centra kompetence "Centrum výzkumu povrchových úprav".
Spolupráce s průmyslem
Pro řadu českých firem se na našem pracovišti navrhují a provádějí speciální plazmové nástřiky pro konkrétní aplikace. Provádíme též smluvní materiálové analýzy a konzultace.
Věděli jste, že...
- Od roku 2012 provozujeme detašovanou Laboratoř plazmových technologií (LPT) v Praze – Letňanech.
- Plazma vystupující z plazmového hořáku s vodní stabilizací má teplotu přes 25 000 °C. Díky tomu je možné efektivně nanášet i materiály s vysokou teplotou tání jako wolfram a oxidická keramika.
- Příkon vodou stabilizovaného WSP hořáku a dalších podpůrných zařízení je přes 200 kW, což umožňuje deponovat velké množství materiálů (desítky kilogramů za hodinu) na velké plochy.
- Vodou stabilizovaný plazmový hořák je velmi silným zdrojem UV záření a musí být při provozu umístěn v odhlučněné betonové kobce, protože může generovat hluk přes 120 dB.
- Naše oddělení je vybavené pro zevrubnou charakterizaci veškerých vstupních i připravených materiálů, od fázové analýzy, granulometrie, přes mikrostrukturu, až po mechanické, tepelné a další fyzikální vlastnosti.
- Metody pro charakterizaci našich materiálů si i sami vyvíjíme.Připravujeme nejen vědecké vzorky, ale na zakázku též díly do reálného průmyslového provozu.
- Díky intenzivní spolupráci s partnerskými pracovišti u nás i v zahraničí máme zkušenosti nejen s plazmovým stříkáním , ale prakticky se všemi dalšími běžnými metodami žárového stříkání.
- SPS zařízení používá pro ohřev vzorků proud až 4000 A a řízenou rychlost ohřevu až několik set stupňů za minutu. Maximální teplota slinování prášků je až 2400 °C.
- Za tři roky provozu zařízení SPS jsme připravili již více než 1200 různých vzorků.
- Máme patentovanou řadu technologických postupů, například přípravu nanokrystalické keramiky, keramických skořepin, ...
- Naším cílem není dělat "pouze" základní výzkum, ale také předávat získané poznatky do inženýrské praxe.
