Akademie věd ČR - Akademie věd ČR


Vedoucí

Ing. Tomáš Chráska, Ph.D.
Tel.: (+420) 266 053 517
E-mail: tchraska@ipp.cas.cz

 

Zástupce vedoucího

Ing. Radek Mušálek, Ph.D.
Tel.: (+420) 266 053 077
E-mail: musalek@ipp.cas.cz

 

Hlavní pracoviště
Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i.
Oddělení materiálového inženýrství
Za Slovankou 1782/3
182 00 Praha 8
 
Detašované pracoviště
Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i.
Hala č. 6, Areál VZLÚ, a.s.
Beranových 130
199 00 Praha 9
Tel.: (+420) 225 115 244
 
Předmět výzkumu

Oddělení MI ÚFP se věnuje především speciální oblasti materiálového inženýrství – interakci plazmatu s pevnou a kapalnou fází. Jsme jedním z mála pracovišť na světě, které se zabývá jak studiem interakcí materiálů s vysokoteplotním plazmatem (například v tokamacích), tak i využitím plazmových technologií k přípravě nových materiálů pomocí nízkoteplotního (termického) plazmatu.
 


Budova UFP
Umístění: Za Slovankou 1782/3  Mapa


Pracovníci oddělení

Vědečtí pracovníci

V. Brožek

Š. Csáki
P. Ctibor

J. Čížek

R. Génois
T. Chráska

K. Illková

F. Lukáč
J. Matějíček

J. Medřický
R. Mušálek

A. Rednyk
M. Vilémová
Doktorandi

B. Nevrlá*
M. Nižňanský

J. Petrášek*

T. Tesař

J. Veverka

Studenti VŠ

M. Adami*
L. Babka*
J. Dudík*
M. La*
V. Lukeš*
D. Svobodová*

F. Štefaník*
J. Vála*

Technici
Z. Dlabáček
M. Husák
M. Janata

J. Klečka

Z. Kutílek

S. Lambert

K. Neufuss

L. Sedláček

* Studenti bez pracovního úvazku

 

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.