V této sekci je zobrazen aktuální přehled dostupných rámcových témat záverečných prací s kontakty na školitele. Obecně lze témata přizpůsobit přáním studenta, proto jsou zde především obecné informace o tématu.
Nebojte se jednotlivé školitele kontaktovat a domluvit si schůzku. Bude vám vysvětleno, co téma obnáší.
[BP - téma bakalářské práce, DP - téma diplomové práce, BP/DP - téma lze rozsahem uzpůsobit pro libovolný typ záverečné práce a po BP je možné v tématu pokračovat na DP]
Téma 1/2024: MKP simulace indentační zkoušky (BP/DP)
vedoucí: doc. Ing. Aleš Materna, Ph.D. (KMAT)
Metoda konečných prvků (MKP) je nejpoužívanější numerickou metodou pro simulování deformační odezvy materiálů. Instrumentovaná indentační zkouška slouží k stanovení lokálních mechanických vlastností materiálů. Cílem práce bude vytvořit MKP model a aplikovat jej na konkrétní případ tenké vrstvy materiálu tak, aby získané poznatky doplnily experimentálně získaná data.
Téma 2/2024: Chování materiálů s tvarovou pamětí při mikromechanických zkouškách (BP/DP)
vedoucí: Ing. Jaroslav Čech, Ph.D. (KMAT)
Jev tvarové paměti je založen na vratné změně krystalické struktury při určité teplotě. Pro jev tvarové paměti je typická značná vratná deformace (až desítky procent), která výrazně přesahuje elastickou deformaci běžných kovů (jednotky procent). Nejvýznamnějším představitelem kovů s tvarovou pamětí je slitina niklu a titanu NiTi (Nitinol). Jeho využití najdeme v lékařství, letectví, kosmonautice a dalších oblastech techniky. S rozvojem a miniaturizací techniky a zároveň s potřebou popisu vlastností stále menších objektů nebo oblastí materiálů je potřeba zkoumat deformační procesy v mikroobjemu. K tomu slouží mikromechanické zkoušky, zejména nanoindentace a specializované in-situ zkoušky. Cílem práce je využití tohoto typu zkoušek k popisu a porozumění dějů odehrávajících se v slitinách s tvarovou pamětí na mikroskopické úrovni.
Téma 3/2024: Nízkolegované Mg slitiny pro vstřebatelné implantáty (BP/DP)
vedoucí: Ing. Karel Tesař, Ph.D. (KMAT / FZU AV ČR)
Mg slitiny jsou perspektivní pro implantáty, které se v těle rozpustí poté, co splní svou funkci. S využitím všech dostupných legujících prvků je poměrně jednoduché vyrobit implantáty z Mg, které náročné požadavky medicínského průmyslu na mechanické a korozní vlastnosti splní. Nicméně, pokud se máme omezit na prvky, které jsou pro tělo jednoznačně nezávadné (Ca, Zn, …), dosáhnout zmíněných požadavků je složitější. Je nutné aktivně využít možností inženýrství hranic zrn, pokročilých metod výroby, funkčních povrchových úprav, matematických přistupů k vývoji nových slitin a dalších nástrojů pro zlepšení výsledného materiálu. Toto rámcové téma zastupuje širokou škálu témat, věnujících se vývoji Mg-Zn slitin pro implantáty na FJFI, a může poskytnout realizaci studentům různých programů a specializací.
Téma 4/2024: Studium mikrostruktury aditivně vyrobených materiálů (BP/DP)
vedoucí: Ing. Ondřej Kovářík, Ph.D. (KMAT)
Na KMAT studujeme mechanické a lomové vlastnosti nově vyvíjených a aditivně vyrobených materiálů. K vysvětlení získaných hodnot mechanických a lomových parametrů materiálů je potřeba zkoumat jejich mikrostrukturu a mikromorfologii rozhraní jednotlivých stavebních bloků. To není možné bez dokonalé přípravy povrchu metalografických vzorků.
Téma 5/2024: In-situ studium deformačních procesů v mikroměřítku (BP/DP)
vedoucí: Ing. Jaroslav Čech, Ph.D. (KMAT)
S rozvojem a miniaturizací techniky a zároveň s potřebou popisu vlastností stále menších objektů nebo oblastí materiálů vzrůstá význam mikromechanických zkoušek, jako je například nanoindentace, stlačování mikropilířů či ohyb mikronosníků. Speciální skupinou zkoušek jsou in-situ metody, kdy test probíhá v mikroskopu (nejčastěji řádkovacím elektronovém) a procesy odehrávající se v materiálu lze sledovat přímo během zkoušek. To umožňuje přesnou detekci resp. studium jevů, jako je například aktivace skluzových pásů, tvorba dvojčat, vznik jevu pile-up či mikrotrhlin v materiálu. Studium těchto procesů odehrávajících se na mikro- až nano-metrické úrovni je nezbytné pro porozumění lokální deformační odezvy materiálů a správnou interpretaci získaných dat.
Téma 6/2024: Počítačové simulace v mechanice a elastodynamice feroelastických slitin (BP/DP)
vedoucí: prof. Ing. Hanuš Seiner, Ph.D., DSc. (ÚT AVČR)
Oddělení ultrazvukových metod Ústavu termomechaniky AV ČR hledá studenty bakalářských, magisterských a doktorských programů pro práci na tématech řešených v rámci projektu FerrMion (více zde https://www.it.cas.cz/s-prof-seinerem-o-projektu-ferrmion-s-pulmiliardovym-rozpoctem/). Nabídka prací zahrnuje témata s oblasti teoretické mechaniky kontinua a počítačových simulací, po dohodě lze teoretickou/modelovací práci rozšířit o účast na experimentech - oddělení disponuje světově unikátními aparaturami bezkontaktní rezonanční ultrazvukové spektroskopie (RUS) a spektroskopie s přechodovou mřížkou (TGS), v následujících letech zde bude vybudováno rovněž pracoviště tomografie s atomární sondou (3D APT).
Téma 7/2024: Elektroerozivní drátové řezání jako způsob úpravy povrchu implantátů (BP/DP)
vedoucí: Ing. Karel Tesař, Ph.D. (KMAT / FZU AV ČR)
Elektroerozivní (elektrojiskrové) obrábění se využívá zejména při výrobě dílů s velmi přesnými rozměry nebo dílů z především vodivých materiálů, které je obtížné obrábět jinak. Jedním z negativních projevů tohoto typu bezkontaktního obrábění je implantace materiálu elektrody do povrchu vzorku. Především se jedná o Cu a Zn, které jsou nejčastější složkou elektrod (mosaz). Z hlediska implantátů je Zn neškodným prvkem, který je v těle typicky zastoupený. Cu ovšem růst buněk, tedy i hojení, může negativně ovlivňovat. Co ovšem Cu ovlivňuje výrazně více, je omezení tvorby bakteriálních biofilmů, díky její vysoké toxicitě pro bakterie a kvasinky. Vyvstává tedy otázka, zda lze najít takové parametry elektroerozivního obrábění a následné úpravy povrchů implantátů, které nebudou škodit buňkám, ale budou účinně omezovat případné bakteriální a kvasinkové infekce.
Téma 8/2024: Univerzální rezonanční stroj pro únavové zkoušky malých těles (BP/DP)
vedoucí: Ing. Ondřej Kovářík, Ph.D. (KMAT)
Na KMAT velmi efektivní vlastní metodikou studujeme lomové vlastnosti nově vyvíjených a aditivně vyrobených materiálů. Testujeme materiály připravené pestrou paletou výrobních technologií pro aplikace v letectví a kosmonautice, energetice i medicíně, stejně jako materiály nově vyvíjené jako multiferoika čí lehké slitiny zpevněné kvazikrystaly. Rozsáhlé získané lomově mechanické vlastnosti nejsou úplné bez znalosti meze únavy těchto materiálů. Koncept navrhované metodiky spočívá v rezonančním testování jednoduchých rotačně symetrických těles připravených metodou elektrojiskrového řezání v režimu tah-tlak, ohyb a ohyb za rotace.
Téma 9/2024: Laserově-ultrazvuková charakterizace 3D tištěných vrstevnatých materiálů (BP/DP)
vedoucí: Ing. Martin Koller, Ph.D. (UT AV ČR)
Díky současnému rozvoji v oblasti 3D tisku, aditivní výroby a metod přímé depozice lze nyní snadno vytvářet vícefázové materiály z kovových prášků. Kromě výroby komponent s gradovanými vlastnostmi je také možné vyvíjet nové typy slitin, které jsou dostupné pouze v malém množství. V jednom připraveném vzorku lze metodami aditivní výroby připravit několik homogenních vrstev, které se mezi sebou liší poměrem legujících prvků. Pro studium takovýchto materiálů se úspěšně využívají laserově-ultrazvukové metody, zjišťující elastické vlastnosti materiálů na velikostech v řádech desetin až jednotek milimetrů. Bakalářská práce se zaměří na studium nově připravených materiálů na bázi slitin titanu připravených 3D tiskem, nebo nástřiků připravených metodou studené kinetizace. Na základě experimentálních dat student ověří, zda zkoumané vzorky neobsahují vnitřní nehomogenity, a zhodnotí elasto-akustické vlastnosti takto připravených materiálů.
Téma 10/2024: Termomechanické zpracování Mg slitin s obsahem kvazikrystalické fáze (BP/DP)
vedoucí: Ing. Karel Tesař, Ph.D. (KMAT / FZU AV ČR)
Kvazikrystaly jsou látky, které jsou uspořádané, nicméně jejich krystalová mřížka postrádá translační symetrii, mají tzv. zakázané symetrie. Správným termomechanickým zpracováním lze ve slitinách Mg (např. Mg-Zn-Al, Mg-Zn-Y) dosáhnout takových podmínek, kdy se ve slitině vytvoří kvazikrystalická ikosahedrální fáze. Slitiny s touto fází vykazují znatelně lepší vlastnosti a mohou být dalším krokem ke zvýšení využití Mg slitin v průmyslu. Student se zapojí do existující spolupráce mezi FJFI a japonským NIMS (National Institute for Materials Science). V rámci bakalářské práce se student seznámí s popisem a vlastnostmi Mg slitin a kvazikrystalů a provede základní charakterizaci vzorků (žíhání, jednoosá zkouška tahem a tlakem, testování mikrotvrdosti, zobrazení mikrostruktury, korozní odolnost). Tyto výsledky bude následně diskutovat s dostupnou literaturou.
Téma 11/2024: Vliv sterilizace na vlastnosti biodegradabliních polymerů (BP/DP)
vedoucí: Ing. Karel Tesař, Ph.D. (KMAT / FZU AV ČR)
Biodegradabilní polymery se v medicíně uplatňují jak samostatně (vstřebatelné stehy), tak jako ochranné či funkční vrstvy kovových či kompozitních implantátů. Oproti kovovým a keramickým materiálům jsou polymery poměrně náchylné na změnu prostředí (teplota, vlhkost). Přesto je nutné je pro využití ve zdravotnických prostředcích sterilizovat. Pro většinu polymerů je značná část sterilizačních technik pro zdravotnické prostředky zcela nevhodná (formaldehydová a parní sterilizace). Dále existují metody, které jsou efektivní, ale mohou být problematické (ethylenoxid). Z hlediska pokryvů by bylo vhodné uvažovat metody, které jsou do určité míry sterilizovat objemově, nikoli jen povrchově. Do této skupiny se řadí radiační sterilizace, především pomocí gama záření a elektronů. Efekty radiační sterilizace na mechanické, strukturní a degradační vlastnosti polymerů ovšem nejsou dostatečně prozkoumány.