Facebook Instagram Twitter RSS Feed Back to top

Témy doktorandského štúdia

Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV

Názov témy
Koncept diboridových supermriežok so zlepšenou lomovou húževnatosťou
Program DŠ
Progresívne materiály a materiálový dizajn
Meno školiteľa/-ky
doc. Ing. Marián Mikula, PhD.
Kontakt:
Prijímajúca škola
Materiálovotechnologická fakulta STU v Trnave
Stručná anotácia
Dizertačná práca sa zaoberá zlepšovaním lomovej húževnatosti v inherentne tvrdých a krehkých diboridových vrstvách pripravených PVD technikami. Tieto keramické vrstvy na báze diboridov tranzitívnych kovov (TMB2), najmä TiB2, ZrB2 a TaB2, sú všeobecne charakteristické nanokompozitným charakterom, kde TMB2 nanofilamenty sú obklopené tenkou, amorfnou bórovou fázou. Takáto nanoštruktúra vedie k excelentným mechanickým vlastnostiam, najmä extrémne vysokej tvrdosti H > 40 GPa. Žiaľ, diboridy sú charakteristické aj nízkou lomovou húževnatosťou, ktorá je definovaná ako schopnosť materiálu odolávať inicializácii trhlín, ktoré sa ďalej šíria a spôsobujú lom. Veľmi sľubným konceptom zlepšovania lomovej húževnatosti sa zdá byť formovanie supermriežok počas rastu vrstiev, čo sa osvedčilo vo vrstvách na báze nitridov prechodových kovov (TMNs). Super mriežky sú tvorené veľmi tenkými diboridovými vrstvami, (napr. TiB2-TaB2) s hrúbkou niekoľkých nanometrov, ktoré na sebe periodicky rastú. Rozdielne mriežkové parametre a moduly pružnosti v šmyku spôsobujú zoslabnutie šírenia trhlín a ich vychýlenie na rozhraní medzi vrstvičkami, čo sa prejaví zvýšenou lomovou odolnosťou.
Na prípravu vybraných tvrdých vrstiev budú v práci použité moderné prístupy vo fyzikálnej depozícii z pár, najmä magnetrónové naprašovanie. Okrem merania mechanických vlastností vrstiev nanoindentačnými technikami budú skúmané ich ďalšie dôležité vlastnosti súvisiace s mechanickým správaním sa tvrdých diboridových vrstiev použitím viacerých analytických metód: teplotná stabilita vytvorených nanoštruktúr, ich dekompozičné mechanizmy, formovanie metastabilných a stabilných fáz, oxidačná odolnosť pomocou skenovacieho elektrónového mikroskopu (SEM), energeticko-disperzívnej röntgenovej spektroskopie (EDS), vlnovo-disperzívnej röntgenovej spektroskopie (WDS), ultrafialovej fotoelektrónovej spektroskopie (UPS), röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie (XPS), röntgenovej difrakčnej analýzy (XRD), transmisnej elektrónovej mikroskopie (TEM) a ďalších. Vyhodnocovanie lomovej húževnatosti sa bude uskutočňovať pomocou pikoindentoru v SEM na votknutých nosníkoch pripravených fokusovaným iónovým zväzkom (FIB).
V dizertačnej práci budú tiež použité ab initio kalkulácie na predikciu a lepšie pochopenie mechanického správania sa vrstiev a interpretáciu dosiahnutých výsledkov.

Literatúra
1. M. Mikula, S. Uzon, T. Hudec, B. Grančič, M. Truchlý, T. Roch, P. Švec jr. , L. Satrapinskyy, M. Čaplovičová, G. Greczynski, I. Petrov, M. Odén , P. Kúš, D. G. Sangiovanni: Thermally induced structural evolution and age-hardening of polycrystalline V1-xMoxN (x~0.4) thin films, Surface and Coatings Technology, 405, 126723 (2021)
2. N. Koutná, A. Brenner, D. Holec, P. H. Mayrhofer: High-throughput first-principles search for ceramic superlattices with improved ductility and fracture resistance, Acta Materialia 206, 116615, (2021)
3. V. Šroba, T. Fiantok, M. Truchlý, T. Roch, M. Zahoran, B. Grančič, P. Švec jr., Š. Nagy, V. Izai, P. Kúš, M. Mikula: Structure evolution and mechanical properties of hard tantalum diboride films, Journal of Vacuum Science and Technology A, A38 033408 (2020)
4. M. Mikula, B. Grančič, P. Švec jr., T. Roch, M. Truchlý, O. Kohuľák, L. Satrapinskyy, T. Fiantok, V. Izai, M. Haršáni, Ľ. Orovčík, P. Kúš: Thermally-induced structure evolution in ternary Ti1-xYxB2+Δ films, Scripta Materialia (2019) 91-95