Materialografski praktikum

Splošen opis:

Obravnava in spoznavanje neporušnih metod za preiskave materialov. Študent pridobi osnovno znanje o specifičnih fizikalno-kemičnih lastnostih, potrebnih za identifikacijo in opredelitev strukturnih elementov in sestavin v kovinskih in nekovinskih materialih na nano-, mikro- in makronivoju z uporabo neporušnih metod. Spozna metode, primerne za praktično delo pri analizi zgradbe in mikrokemične sestave, ter se navaja na samostojno delo in ustrezno izbiro analiznih metod glede na konkretne naloge analize pri karakterizaciji materialov. Osvoji veščine priprave in analize vzorcev s svetlobno mikroskopijo, elektronsko mikroanalizo in mikroanalizo ter se aktivno seznani z metodami za analizo površine.

Cilji in kompetence:

Cilji: nadgradnja znanja o strukturi ter njenem vplivu na lastnosti kovin in zlitin ter drugih materialov. Spoznanje z osnovnimi pojmi konstitucije zlitin in zakonitosti nastanka določenih zlitinskih sistemov tudi za nekovinske materiale in srečanje z osnovnimi postopki priprave vzorcev. Pridobiti znanje in razumevanje tipičnih metod s področja karakterizacije materialov na splošno.

Kompetence: usposobljenost za branje faznih diagramov, kar omogoča razumevanje in interpretacijo opazovane mikrostrukture oz. konstitucije materialov na splošno. Strokovno poznavanje fizikalnega ozadja uporabljenih raziskovalnih metod. Pri računskih in laboratorijskih vajah se razvije sposobnost kritičnega presojanja obravnavnih pojavov v kovinah in zlitinah, kot tudi drugih materialih, ter samostojno izvajanje laboratorijskega dela. Pridobi se sposobnost izbire primerne preiskovalne metode.

Znanje in razumevanje:

Deklarativno: poznavanje in razumevanje zakonitosti mešanja kovin in nastanek zlitinskega sistema v povezavi s procesom strjevanja kovinskih materialov. Poznavanje osnovnih mikrostrukturnih značilnosti tipičnih predstavnikov tehničnih zlitin, kar je prenosljivo tudi na značilnosti drugih nekovinskih materialov.

Vsebina:

Svetlobna mikroskopija. Preparacija vzorcev in odkrivanje mikrostrukture. Kemijski in fizikalni postopki odkrivanja mikrostrukture in kontrastiranje raziskovane površine. Postopki priprave interferenčnih plasti na vzorcih in njihova uporaba v materialografiji. Ambulantna metalografija. Optični postopki kontrastiranja. Naprave in postopki za upodobitev. Interakcija svetloba-snov. Konstrukcija svetlobnega mikroskopa za opazovanje v odbiti svetlobi. Kvantitativna materialografija in stereologija; elementi in definicije za kvantitativni opis mikrostrukture, osnovni parametri, možnost zajemanja podatkov, priprava vzorcev, postopki vrednotenja.

Elektronska mikroskopija in mikroanaliza. Priprava vzorcev: potenciostatična metoda, ionsko tanjšanje, izdelava prerezov (cross-sectioning), uporaba fokusiranega ionskega curka (FIB), mehanska priprava (tripod). Interakcija elektronov s snovjo: neelastično in elastično sipanje elektronov, emisija rentgenske svetlobe. Spektrometri in detektorji. Konstrukcija in karakteristike analiznih inštrumentov: presevni (TEM in HREM) in vrstični (SEM) elektronski mikroskop, elektronski mikroanalizator (EDXS), tunelski mikroskop. Osnove delovanja sinhrotrona in možnosti raziskav materialov.

Rentgenske kristalografske naprave. Priprava vzorcev. Interpretacija analiznih podatkov RTG. Interpretacija elektronskih in rentgenskih uklonskih podatkov. Osnove teorije uklonskega kontrasta: analiza in interpretacija presevnih elektronsko mikroskopskih slik. Mikroanalize in spektroskopije energijskih izgub elektronov. Primerjava ločljivosti in občutljivosti metod in tipični primeri uporabe.

Metode za analizo površine. Preiskave topografije in fizikalnih lastnosti površin z mikroskopom na atomsko silo (AFM). Fizikalno-kemijske osnove metod za analizo površin: AES, XPS, SIMS, ISS. Interakcija elektronskega in ionskega curka s trdno snovjo. Primerjava metod za analizo površin z elektronsko mikroanalizo. Analizirana debelina, lateralna in globinska ločljivost. Vrste preiskav: točkovna, linijska in profilna analiza ter slike površin napravljene z Augerjevimi elektroni. Profilna analiza z metodami za analizo površin v kombinaciji z ionskim jedkanjem. Optimizacija parametrov ionskega jedkanja. Kvalitativna in kvantitativna analiza AES, XPS in SIMS: faktor občutljivosti, metoda standardov, priročnik standardnih spektrov. Uporaba metod za analizo površin pri oksidaciji, površinski difuziji, segregaciji, reakcijah na faznih mejah in večplastnih strukturah.

Konstitucija in fizikalno-metalurške osnove izbranih zlitinskih sistemov in kovinskih materialov. Železove, bakrove, aluminijeve in posebne zlitine. Fizikalno-metalurški pojavi v zlitinah in raziskovalni praktikum. Opazovanje strukture nekovinskih materialov predvsem keramičnih in materialov s posebnimi lastnostmi, kot magnetni, polprevodni, itd.

Metode poučevanja:

Predavanja, seminarji, raziskovalni seminarji, laboratorijske vaje, simulacije, nastopi.

Način ocenjevanja:

Ustni / pisni izpit: 50 % ocene.

Seminar: 20 % ocene.

Laboratorijsko delo: 30 % ocene.

Možno je tudi kreditno ovrednotenje posameznih (preverljivih) študijskih dosežkov. Predmet se zaključi z izpitom.