Projekti / Programi
Tehnologije metastabilnih materialov s kovinsko osnovo
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.10.00 |
Tehnika |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
|
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
Raziskovalci (18)
Organizacije (1)
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave na področjih izdelave, karakterizacije in lastnosti metastabilnih materialov so pomembne tako za področje tehničnih kot tudi naravoslovnih znanosti (materiali, fizika, kemija). Programska skupina je z rezultati raziskovalnega dela v okviru tega programa že dala odgovore na nekatera odprta znanstvena vprašanja in pojasnila mehanizme določenih procesov in pojavov ter nakazala pot k razvoju novih tehnologij in materialov. Med še vedno odprta vprašanja pa spada mehanizem plastične deformacije v nanostrukturnih materiali. Poznano je namreč, da dislokacijska teorija, ki velja za kristalne kovine in zlitine, v primeru metastabilnih nanostrukturnih materialov ni uporabna. Zato bodo raziskave mehanizmov plastične deformacije v nanostrukturnih in drugih metastabilnih materialih tudi v prihodnjosti zelo aktualne in pomembne za razvoj znanosti na tem področju. Za znanost so pomembne tudi raziskave in nova spoznanja o vplivu defektov v kristalni strukturi metastabilnih materialov na potek kemijskih reakcij in faznih transformacij v trdnem. Dosedanje raziskave so pokazale, da potečejo v metastabilni mikrostrukturah čistih kovin s povečano koncentracijo mrežnih defektov kemijske reakcije, ki jih v termodinamsko ravnotežnih mikrostrukturah ni pričakovati. Pri žarjenju hitro strjenega bakra v atmosferi, ki ni bila oksidativna za baker smo zasledili tvorbo finih oksidnih delcev nanometrske velikosti po volumnu. Ta pojav predstavlja svojevrsten paradoks, saj se čista kovina zaradi močno povečane koncentracije defektov v kristalni mreži oksidira po volumnu kristalnih zrn, čeprav termodinamski pogoji za to kemijsko reakcijo niso izpolnjeni. Pri metastabilnih fazah je zelo pomembno vprašanje stabilnost oziroma kinetika razpada. O stabilnosti kvazikristalov obstaja sicer več modelov (npr. Pettiforjev model), ki pa vselej ne pojasnijo oziroma napovejo možnosti nastanka kvazikristalov v večkomponentnih sistemih. Predvsem je to očitno pri pojavu metastabilnih kvazikristalov. Pri teh je pogosto poleg termodinamske stabilnosti pomemben tudi odmik od termodinamskega ravnotežja ter tudi kinetika procesov na fazni meji trdno - tekoče. Zato potekajo številne intenzivne raziskave v zvezi z zgradbo taline nad in pod temperaturo tališča ter mehanizmi homogene in heterogene nukleacije ter rasti iz tekoče faze. Procesi še niso v celoti pojasnjeni niti v binarnih sistemih, dodaten izziv pa predstavlja vpliv tretjega in četrtega zlitinskega elementa. Naše dosedanje raziskave so pokazale, da Be močno olajša nastanek kvazikristalne faze v sistemu Al-Mn. Do sedaj pa še ni bilo zadovoljivo pojasnjeno, ali vgraditev Be v kvazikristal zmanjša prosto energijo (in s tem poveča stabilnost) zaradi zmanjšanja entalpije mešanja ali pa zaradi povečanje entropije mešanja. V okviru dosedanjih raziskoav smo že ugotavljali vpliv dodatka četrtega elementa, o katerih v svetovni literaturi še ni nobenih podatkov. Z raziskovanjem na tem področju bomo nadaljevali tudi v okviru novega programa. Pri tem bomo poskusili z eksperimenti ter analizo rezultatov ugotoviti, ali obstaja ravnotežna topnost elementov v kvazikristalu, katera mesta v kvazikristalu zasedejo dodani atomi, ali se pri njihovi vgraditvi v kvazikristal spremeni koncentracija valenčnih elektronov (e/a – število valenčnih elektronov na atom – Hume-Rotheryjevo pravilo) ali pa se sestava prilagovi tako, da se koncentracija valenčnih elektronov ne spremeni. Prav tako bomo poskušali odgovoriti na vprašanje ali se z vgrajevanjem spremeni velikost osnovne kvazicelice.
Pomen za razvoj Slovenije
V svetu poteka veliko število raziskav, ki se ukvarjajo z razvojem tehnologij in materialov, ki so v metastabilnem stanju. Ne samo to, vedno več je aplikativnih projektov ter primerov ustanavljanja tako spin-off kakor tudi drugih podjetij, ki se ukvarjajo s proizvodnjo takšnih materialov. Ker gre za visokotehnološke proizvode, je dodana vrednost zelo velika. Trenutno je v Sloveniji veliko relativno uspešnih podjetij, ki se ukvarjajo s proizvodnjo in predelavo aluminija, bakra in žlahtnih kovin ter s področji livarstva in preoblikovanja. Ta podjetja obvladujejo tehnologijo uveljavljenih zlitin, vendar mnoga dosegajo sorazmerno majhno dodano vrednost. Če bodo hotela ostati konkurenčna tudi v bodočnosti, se bodo morala usposobiti tudi za izdelavo tehnološko zahtevnejših materialov in izdelkov. Pogosto se morajo podjetja zaradi maloštevilnega inženirskega kadra ter omejenih sredstev ukvarjati s tekočimi in kratkoročnimi problemi, ki se morajo rešiti v nekaj dneh, zaradi česar so dolgoročnejše raziskave, ki bi bile nujne za nadaljnji razvoj podjetja, pogosto zapostavljene. S tega stališča predstavlja poglabljanje teoretičnega znanja o materialih in tehnologijah ter razvoj in obvladovanje sodobnih tehnologij materialov, znanstveno bazo slovenski kovinski industriji, ki se bo - verjetno že v naslednjem srednjeročnem obdobju - prisiljena soočati z uvajanjem novih tehnologij in materialov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
