Prezenční studium

4 roky

prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc.

Předseda :
prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc.
Člen interní :
prof. RNDr. Karel Maca, Dr.
prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc.
Člen externí :
prof. RNDr. Antonín Dlouhý, CSc.
prof. Mgr. Tomáš Kruml, CSc.

Cílem doktorského studia je:
• Zabezpečit výchovu graduovaných tvůrčích pracovníků v oblasti fyziky materiálů a materiálových věd pro jejich působení v akademické sféře, ústavech základního a aplikovaného výzkumu a odborech výzkumu a vývoje průmyslových společností.
• Umožnit doktorandovi rozvoj talentu k tvůrčím aktivitám a další rozvoj vědecké či inženýrské osobnosti. Zajistit rozvoj jeho schopností zpracovávat vědecké poznatky ve studovaném oboru a oborech souvisejících, a to jak literární, tak vlastní získané teoretickou nebo experimentální prací.
• Vytvořit návyky potřebné pro tvůrčí činnost v oblasti materiálových věd a příbuzných oborů a pro komunikaci s vědeckou obcí.
• Doktorské studium je primárně zaměřeno na základní výzkum souvislostí mezi strukturou, chováním a vlastnostmi materiálů ve vazbě na parametry jejich přípravy se zaměřením na materiály na bázi kovů, polymerů, a keramiky a jejich kompozitů.
• Smyslem výzkumu realizovaného doktorandy je rovněž vývoj nových materiálů, optimalizace užitných vlastností materiálů a predikce jejich provozní životnosti na základě teoretických a výpočetních metod podložených experimenty.

• Pojetí a obsah studia odpovídá stanoveným cílům a umožňuje dosažení profilu absolventa, vychází ze soudobého stavu vědeckého poznání a tvůrčí činnosti v oblasti fyziky materiálů a materiálových věd.
• Absolventem studia je vyzrálá osobnost, tvůrčím způsobem myslící, schopná formulovat a realizovat výzkumné projekty teoretické a experimentální povahy, příp. rozvíjet a aplikovat poznatky těchto projektů ve výrobní praxi.
• Doktorand získá široké teoretické a experimentální znalosti v oblasti moderních materiálů a metod jejich vývoje, přípravy, studia jejich chování při mechanickém, tepelném či korozním namáhání a vlastností ve vazbě na strukturu.
• Absolventem bude odborník schopný exaktních popisů zpracovatelských procesů, návrhů velmi složitých výrobků z kovů, keramik a polymerů i kompozitů s těmito matricemi, nástrojů pro jejich výrobu, matematických simulací zpracovatelských procesů, modelování mechanického chování materiálů či predikcí jeho vlastností a životnosti.
• Absolventi budou vybaveni širokými znalostmi o vlastnostech a chování konstrukčních keramik, polymerů, kovových materiálů a kompozitů a procesech při zpracování na finální výrobky a nástroje a to na úrovni teoretické, ale i praktické.
• U absolventů se předpokládá uplatnitelnost na vedoucích pozicích spojených s technickou a technologickou přípravou výroby, kde budou na základě studiem získaných znalostí schopni rozvíjet výrobní procesy a jejich navrhování.
• Absolventi se též uplatní jako výzkumní a vývojoví pracovníci v centrech aplikovaného výzkumu, a po navazující vědecko-pedagogické a zahraniční praxi i jako akademičtí pracovníci univerzit a akademických pracovišť.

• Doktorský program „Materiálové vědy“ je postaven tak, aby absolvent byl samostatně jednající materiálový specialista uplatnitelný v řadě oblastí, schopný formulovat a realizovat výzkumné, rozvojové a aplikační projekty.
• S ohledem na úlohu materiálů ve všech konstrukčních aplikacích a technologiích tvůrčí pracovníci v oblasti materiálových věd a inženýrství najdou vždy odpovídající uplatnění doma i v zahraničí mj. v následujících oblastech.
- V rámci postdoktorských projektů na řadě zahraničních pracovišť pro absolventy s ambicí aktivně působit v oblastech vědeckého výzkumu.
- V podobě přímého zapojení do výzkumných týmů akademických pracovišť a pracovišť aplikovaného výzkumu.
- V odborech výzkumu a vývoje průmyslových podniků, resp. interdisciplinární týmech těchto pracovišť.
• Ve všech uvedených případech lze přitom předpokládat plnohodnotné zapojení nejen v ČR, ale i na zahraničních pracovištích.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Doktorský studijní program navazuje na bakalářské a magisterské vzdělání ve specializaci Materiálové inženýrství (B-MTI) a magisterského programu Materiálové inženýrství (M-MTI). V jeho průběhu je studentům poskytován vyvážený základ teoretických a inženýrských disciplín doplněných o laboratorní výuku s maximálně možným využitím nejmodernější přístrojové a výpočtové techniky.
U adeptů jiných se vzděláním dosaženým na jiných universitách musí být absolvované magisterské vzdělání obsahově prostupné s obory Materiálové vědy a inženýrství, Fyzika materiálů, Fyzika pevné fáze, Chemie materiálů apod.
Doktorský program „Materiálové vědy“ nahrazuje stávající doktorský studijní program „Fyzikální a materiálové inženýrství“. Oba programy jsou koncepčně shodné a po přidělení souhlasného stanoviska s akreditací programu „Materiálové vědy“ dokončí doktorandi svá studia v rámci aktuálně akreditovaného programu.

1. kolo (podání přihlášek od 01.04.2026 do 31.05.2026)

1. Creep feritických slitin zpevněných oxidickou disperzí při velmi nízkých rychlostech deformace

   Slitiny zpevněné disperzí oxidů (ODS) jsou creepově velmi odolné, protože dislokace jsou pod prahovým napětím blokovány disperzí nanooxidů [1]. Cílem práce je potvrdit či vyvrátit hypotézu, že creep při velmi malých rychlostech deformace je řízen tažením nanooxidů dislokacemi nalepenými na jejich povrchy a případně tepelně aktivovanému odtrhávání dislokací od částic. Pro tuto hypotézu bude aplikován termodynamický model vyvinutý Dr. Jiřím Svobodou, který poskytne predikci základních parametrů creepového chování ODS slitiny [2]. Nová slitina (nanokompozit) FeAlOY s vysokým objemovým podílem nanodisperze Y2O3 vyvinutá na ÚFM [3] bude zkoumána v rozsahu teplot 800 až 1100 °C konvenčními creepovými zkouškami v tahu a zkouškami v krutu [4]. Jelikož jsou experimenty časově náročné, bude pro urychlení získání výsledků využita i metoda postupného přitěžování/odlehčování. Parametry creepových zkoušek jako napěťový exponent a aktivační energie creepu, či závislost rychlosti creepu na velikosti nanodisperze a hustotě dislokací umožní potvrdit/vyvrátit hypotézu. V případě dostupnosti v rámci dlouhodobé spolupráce s partnery z MCL Leoben v Rakousku bude zkoumána i laserem (SLM) tištěná verze slitiny FeAlOY z hlediska mikrostruktury a creepového chování. Práce na tématu bude spočívat především v elektronové mikroskopii, provádění a vyhodnocování experimentů a bude probíhat zejména na Ústavu fyziky materiálů AV ČR, v.v.i., kde je k dispozici všechno potřebné vybavení. Lze domluvit i stáže v MCL Leoben.

    

   Literatura:

   [1] Wasilkovska, A., Bartsch, M., Messerschmidt, U., Hezog, R., Czyrska-Filemonowicz, A., Creep mechanisms of ferritic oxide dispersion strengthened alloys, J. Mater. Process. Technol. 133, 2003, 218-224.

   [2] Svoboda, J., Zickler, G.A., Dymáček, P., Ressel, G., Thermo-kinetic model of creep controlled by thermally activated detachment of dislocations from nano-oxides revisited, Computational Materials Science 262, 2026, 114379.

   [3] Gamanov, Š., Luptáková, N., Bořil, P., Jarý, M., Mašek, B., Dymáček, P., Svoboda J., Mechanisms of plastic deformation and fracture in coarse grained Fe–10Al–4Cr–4Y2O3 ODS nanocomposite at 20–1300°C, Journal of Materials Research and Technology 24, 2023, 4863-4874.

   [4] Kloc, L., Mareček, P., Measurement of Very Low Creep Strains: A Review, J. Test. Eval. 37, 2009, 53-58

   Školitel: Dymáček Petr, Ing., Ph.D.

2. Inovativní metody laserového čistění pro odstranění vysokoteplotních oxidů v průmyslových aplikacích

   Disertační práce se zaměří na vývoj a implementaci pokročilých technik laserového čištění pro efektivní odstranění vysokoteplotních oxidů z kovových povrchů v průmyslovém prostředí. Výzkum bude zahrnovat studium interakce laserového paprsku s oxidovanými vrstvami, vývoj optimalizovaných procesních parametrů. Cílem je prokázat možnost nasazení této technologie, minimalizovat energetickou náročnost a zlepšit kvalitu povrchů a porovnat tuto technologii se stávajícími procesy. Cíle disertační práce: - Analyzovat současné technologie laserového čištění a identifikovat jejich omezení v odstraňování vysokoteplotních oxidů. - Vyvinout nové metodiky a postupy pro zlepšení účinnosti laserového čištění v průmyslových podmínkách. - Navrhnout a otestovat prototypy laserových systémů přizpůsobených specifickým aplikacím. - Vyhodnotit ekonomické a ekologické dopady implementace navržených technologií v průmyslu.

   Školitel: Kotrbáček Petr, doc. Ing., Ph.D.

3. Modifikace Al slitin náchylných na tvorbu trhlin za horka

   Použití 3D tisku nebo obecněji aditivní výroby (AM) namísto klasických technologií představuje zcela odlišný způsob výroby, kdy dochází k redukci potřebných výrobních kroků a obvykle
   i k minimalizaci odpadu z procesu výroby. Pro vytvoření žádaného dílce daného konstrukčního uspořádání je nutné vzít v úvahu multidisciplinaritu aditivní výroby, kdy je nutné kombinovat znalosti z různých oblastí vč. materiálového inženýrství tak, aby vyráběná konstrukce byla vyrobitelná s požadovanými materiálovými vlastnostmi zajišťujícími danou funkci. Jednou z nejrozšířenějších skupin materiálů zpracovávaných technologií LPBF (Laser Powder Bed Fusion) jsou Al slitiny. Vypisované téma doktorského studia cílí na specifickou skupinu Al-slitin, konkrétně systém Al-Cu, kdy hlavní cílem je pomocí technologie LPBF připravit modifikovanou slitinu systému Al-Cu se zvýšenou odolností vůči tvorbě trhlin za horka, vhodnou pro výrobu dynamicky zatěžovaných součástí. V rámci doktorské práce budou hodnoceny vlastnosti připravené slitiny nejen z pohledu základních mechanických vlastností, ale zejména vlastností únavových s důrazem na roli intermediárních fází (typicky Ti₃Al apod.) a substruktury vzniklé při procesu LPBF v procesu iniciace únavových trhlin.

   Školitel: Pantělejev Libor, prof. Ing., Ph.D.

4. Multimateriálové struktury pro biomedicínské aplikace připravené 3D tiskem

   Multimateriálová aditivní výroba je v současné době významnou oblastí výzkumu keramických a kompozitních materiálů pro biomedicínské aplikace. Vícemateriálový soutisk umožňuje vytvářet komplexní, funkčně diferencované struktury napodobující přirozené biologické struktury, které podporují regeneraci organismu a mohou tak být významným přínosem v oblasti personalizované medicíny. Cílem doktorské práce bude studium soutisku biokeramických materiálů pomoci Digital Light Processing (DLP) 3D tisku, které bude zahrnovat nejen optimalizaci keramických suspenzí pro tisk a parametrů procesu tisku a tepelného zpracování tistěných struktur, ale také studium chemické/fyzikální kompatibility materiálů, jejich stability a integrity nebo řízení porozity a mikrostruktury. Významný bude popis bioaktivity a mechanických charakteristik připravených struktur, které budou designovány pro specifické aplikace v oblasti inženýrství kostních tkání s důrazem na optimální propojení bioaktivních materiálů s materiály mechanicky odolnými.

   Školitel: Částková Klára, doc. Ing., Ph.D.

5. Návrh a optimalizace vlastností slitin pro ukládání vodíku

   Pro efektivní ukládání vodíku za teplot blízkých pokojové teplotě je velmi podstatný správný návrh struktury a chemického složení slitin vhodných pro ukládání vodíku. Práce bude zaměřena na sledování vlivu zásadních parametrů využitelných pro návrh slitin a jejich vlivu na výslednou strukturu a vlastnosti pro ukládání vodíku. Bude studována jak termodynamika, tak i kinetika sorpce vodíku v daných slitinách.

   Školitel: Král Lubomír, Ing., Ph.D.

6. Precipitační inženýrství ve vícesložkových hliníkových slitinách: Manipulace mikrostruktury k řízeným mechanickým vlastnostem.

   Disertační práce si klade za cíl zkoumat možnosti manipulace mikrostruktury z hlediska zpevňujících precipitátů a struktury hliníkové matrice ve vícesložkových hliníkových slitinách, aby se dosáhlo širokého spektra mechanických vlastností v rámci jednoho slitinového systému. Nejprve budou systematicky vyhodnoceny kandidátské slitinové systémy s důrazem na koexistenci více konkurenčních precipitujících fází a jejich reakci na různá tepelná zpracování. Následně budou slitinové systémy vykazující největší potenciál pro manipulaci s tvorbou precipitátů vybrány pro systematickou charakterizaci precipitačních sekvencí, povahy jednotlivých zpevňujících fází a jejich vlivu na mechanické chování

   Školitel: Jambor Michal, Ing., Ph.D.

7. Strojově učené meziatomové potenciály pro studium defektů krystalické mřížky

   Algoritmy strojového učení zažívají v současné době velký rozvoj a nachází své uplatnění i v materiálových vědách. S jejich využitím je možné získat informace o meziatomových interakcích, které lze následně využití k počítačovým simulacím rozlehlých systémů a předpovídat jejich vlastnosti na reálných provozních teplotách bez nutnosti experimentální přípravy. Vlastnosti materiálů jsou silně ovlivněny poruchami krystalové mřížky jako jsou atomy nečistot, hranice zrn nebo hranice dvojčatění. Proto je třeba vyvinout takové postupy pro trénováni strojově učených potenciálů, které budou schopny zahrnout i vliv takovýchto defektů.

   Školitel: Zelený Martin, Ing., Ph.D.

8. Vícekomponentní kovové nanokompozity připravené samouspořádávacími procesy.

   Projekt doktorské disertační práce si klade za cíl využít a zkoumat procesy samouspořádávání v pevném stavu vybraných binárních nebo vícesložkových systémů za účelem ovlivnění nanostruktury a výsledných vlastností. Jak ukázaly předběžné experimenty, tyto procesy umožňují tvorbu, v některých případech i hierarchických, nanokompozitů s velikostí částic až 100 nm a různými morfologiemi v nemísitelném binárním systému Cu-Fe a dalších systémech s podobným chováním. Klíčové parametry pro tyto procesy samouspořádávání, jako jsou parametry předběžného zpracování, tepelného a termomechanického zpracování, jakož i vliv mikrolegování, budou na zmíněných systémech postupně zkoumány. Na základě těchto poznatků budou průběžně hledány a zkoumány další kovové binární a/nebo vícesložkové systémy s důrazem na ovlivnění parametrů nanostruktury a dále na zlepšení vlastností zaměřených na pevnost, tažnost a odolnost proti lomu.

   U doktoranda se předpokládá osvojení a aktivní užívání software pro termodynamická modelování rovnovách, popisy termodynamických podmínek a kinetiky fazových přeměn včetně spinodálního rozpadu, strukturně analytické práce a postupy práškové metalurgie. Výhodou bude rovněž znalost mechanismů plastické deformace a orientace v základních mechanických vlastnostech.

   Školitel: Dlouhý Ivo, prof. Ing., CSc.

9. Vysokoteplotní degradační mechanismy vysoko-entropické slitiny zpevněné oxidickou disperzí vyrobené aditivní technologií

   Doktorské studium bude zaměřeno na výzkum vysokoteplotních degradačních mechanismů a mechanických vlastností nové třídy materiálů – vysoko-entropických slitin zpevněných oxidickou disperzí (ODS-HEA) připravených metodou aditivní výroby (L-PBF). Tyto materiály jsou známé svou výjimečnou vysokoteplotní odolností, která z nich činí perspektivní kandidáty pro aplikace v extrémních podmínkách. Cílem studia je systematická charakterizace chování materiálů na bázi CrCoNi a FeCrCoNi při podmínkách monotónního zatížení, creepu a nízkocyklové únavy v teplotním rozsahu 800–1000 °C. Získané experimentální výsledky budou korelovány s víceškálovou mikrostrukturní charakterizací pomocí metod elektronové mikroskopie (SEM, EBSD, STEM), čímž budou identifikovány klíčové degradační mechanismy ovlivňující výkonnost materiálu. Výsledky studia přispějí k rozvoji nových materiálů pro aplikace v energetice a leteckém průmyslu, kde zvýšení provozních teplot přímo vede ke snížení emisí CO₂ a zlepšení energetické účinnosti.

   Školitel: Kuběna Ivo, Ing., Ph.D.

10. Vývoj mikrostruktury austenitických ocelí vystavených cyklickému zatížení pomocí korelační elektronové mikroskopie

    Vývoj nových materiálů je přímo spjat s pochopením fundamentálních vztahů mezi použitým výrobním postupem, mikrostrukturou a dosaženými mechanickými vlastnostmi. Přesnější charakterizace mikrostruktury pomocí in situ technik, a to zejména během a po deformaci, dokáže nabídnout nedocenitelné informace o rozsahu a intenzitě aktivních deformačních mechanismů v různých fázích deformačního zatížení a jejich vlivu na odezvu materiálu. Dizertační práce se zaměří na aplikaci pokročilých technik skenovací elektronové mikroskopie při in situ cyklickém zatěžování austenitických ocelí s cílem podrobně analyzovat vývoj dislokační substruktury. Následující kombinace technik bude využita pro multimodální popis vývoje mikrostruktury – digitální obrazové korelace (DIC) pro popis lokalizace plastické deformace, snímkování pomocí elektronového kanálovacího kontrastu (ECCI) pro analýzu dislokačních struktur a jejich interakcí a difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD), zajišťující informace o krystalografii. Kombinace těchto dat představuje účinnou metodu korelativní mikroskopie, která umožní provádět podrobné analýzy dislokací a jejich interakcí na srovnatelné kvalitativní úrovni jako transmisní elektronová mikroskopie, ovšem přímo na zkušebním objemovém vzorku a výrazně větší oblasti. Tento experimentální přístup povede k přesnějšímu popisu vývoje mikrostruktury bez praktických a fyzikálních omezení předchozích metod.

    Školitel: Šmíd Miroslav, Ing., Ph.D.