Kierownik Zakładu:

Zlec. 401 Diagnostyka i kształtowanie kompozytów cementowych.

Zlec. 402

1. Doświadczalna ocena stopnia degradacji materiałów stosowanych w energetyce pod wpływem obciążeń wywołujących zmęczenie i pełzanie.

2. Doświadczalna ocena wrażliwości charaktertystyk materiałów konstrukcyjnych na prędkość odkształcenia w quasi-statycznym i dynamicznym zakresie obciążenia.

Zlec. 403 Oddziaływanie wiązki laserowej z materiałem.

Zlec. 404

1. Ultradźwiękowe badania materiałów konstrukcyjnych poddawanych obciążeniom mechanicznym.

2. Badania betonów z dodatkiem popiołów z elektrowni cieplnych z zastosowaniem emisji akustycznej.

3. Budowa aparatury ultradźwiękowej „baza”.

Zlec. 405 Doświadczalna analiza właściwości termomechanicznych wybranych materiałów funkcjonalnych.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 401:

Diagnostyka i kształtowanie kompozytów cementowych.

Niektóre elementy badawcze w prowadzonych pracach są całkowicie oryginalne w skali światowej, jak np. identyfikacja właściwości kompozytów z matrycą cementową przy pomocy testów mikroindentacji i ilościowej analizy obrazów na cienkich szlifach. Wyniki prowadzonych badań dają podstawę do rozwijania współpracy międzynarodowej, zwłaszcza z PurdueUniversity w USA i naukowcami z grupy RILEM TC-TDC. Tematyka badań uzupełnia zakres prowadzonego Projektu w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka w zakresie innowacyjnych spoiw cementowych.

Zlecenie 401 realizowane jest w Pracowni Pól Odkształceń.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 402:

1. Doświadczalna ocena stopnia degradacji materiałów stosowanych w energetyce pod wpływem obciążeń wywołujących

zmęczenie i pełzanie.

Analiza na podstawie korelacji pomiędzy parametrami metod niszczących i nieniszczących dotyczy analizy zmian właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych stosowanych w energetyce pod wpływem obciążeń eksploatacyjnych wywołujących pełzanie lub zmęczenie materiału. Jest to tematyka istotna z technicznego punktu widzenia ze względu na powszechność zarówno stałych, jak i cyklicznych obciążeń występujących w wielu urządzenia inżynierskich oraz destrukcyjny charakter procesów zmęczenia i pełzania dla materiałów. Tematyka ta jest rozwijana od kilku już lat w Zakładzie. Zadania zaplanowane na rok 2013 w tym temacie dotyczą dwóch różnych zagadnień, a mianowicie: rozwoju uszkodzeń zmęczeniowych w materiałach stosowanych w polskich elektrociepłowniach pod wpływem obciążeń cyklicznych i degradacji właściwości mechanicznych materiałów konstrukcyjnych pod wpływem długotrwałych obciążeń stałych wywołujących pełzanie.

Badania rozwoju uszkodzeń będą prowadzone z zastosowaniem aparatury nowej generacji do pomiarów polowych rozkładów składowych deformacji metodą holografii optycznej. Daje to nowe i jednocześnie lepsze możliwości wyznaczenia lokalizacji deformacji badanych materiałów. Procesy degradacji wytrzymałościowej wywołane rozwojem uszkodzeń przy różnych rodzajach obciążeń eksploatacyjnych determinują zakres bezpiecznej eksploatacji maszyn i konstrukcji, ale też prowadzą czasami do ich katastroficznego zniszczenia. W celu zmniejszenia ryzyka zaistnienia takich sytuacji konieczne jest kontynuowanie badań dla materiałów już eksploatowanych, jak i zupełnie nowych, pochodzących bezpośrednio z procesu wytwórczego. Oprócz badań niszczących będą prowadzone badania nieniszczące (techniki ultradźwiękowe), co da możliwość obserwacji korelacji pomiędzy parametrami tych dwóch różnych rodzajów badań i stąd lepszą ocenę stanu uszkodzenia testowanych materiałów.

2. Doświadczalna ocena wrażliwości charaktertystyk materiałów konstrukcyjnych na prędkość odkształcenia

w quasi-statycznym i dynamicznym zakresie obciążenia

Znajomość charakterystyk dynamicznych materiałów tradycyjnych i nowoczesnych kompozytów jest zagadnieniem niezwykle ważnym w wielu gałęziach przemysłowych. Można tu wymienić przemysł motoryzacyjny, przemysł związany z potrzebami wynikającymi z podboju kosmosu, przemysł militarny. Znajomość takich charakterystyk ważna jest również przy opracowywaniu technologii skrawania i spajania wybuchowego. W ramach zadania przeprowadzone zostaną kompleksowe badania ściskania materiałów stosowanych w urządzeniach specjalnych i elementach wykorzystywanych w przemyśle motoryzacyjnym w szerokim zakresie prędkości odkształcenia. Zakład dysponuje unikalnymi stanowiskami badawczymi do badań dynamicznych metodą bezpośredniego uderzenia pocisku w próbkę oraz metodą zmodyfikowanego pręta Hopkinsona. Stanowiska te dają możliwości uzyskiwania prędkości odkształcenia nawet rzędu 105 [1/s], co w zestawieniu z możliwościami pozostałych urządzeń w Zakładzie pozwala na uzyskiwanie prędkości odkształcenia w zakresie od 10^-6 [1/s] do 10⁵ [1/s]. Wyniki doświadczalne zostaną wykorzystane do weryfikacji wybranych modeli konstytutywnych opisujących zachowanie się materiałów w warunkach obciążeń dynamicznych.

Zlecenie 402 realizowane jest w Pracowni Mechaniki Doświadczalnej.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 403:

Oddziaływanie wiązki laserowej z materiałem.

Oddziaływanie wiązki laserowej z materiałem jest podstawą wszystkich technologii laserowych stosowanych w obróbce materiałów; spawania, stopowania laserowego, modyfikacji powierzchni (utwardzanie itp.), formowania laserowego, usuwania oraz osadzania cienkich warstw impulsem laserowym (tzw. metoda PLD), syntezy nanostruktur.

W pracowni są prowadzone badania nad zjawiskiem ablacji laserowej, osadzaniem cienkich warstw impulsem laserowym i syntezą nanostruktur węglowych przy użyciu nanosekundowego lasera Nd:YAG.

Ablacja laserowa ciał stałych, czyli usuwanie warstw powierzchniowych ciał stałych pod wpływem impulsu laserowego, jest skomplikowanym procesem, na który składa się absorpcja promieniowania laserowego, odparowanie materiału z powierzchni i ekspansja odparowanych cząstek. Ablacja laserowa ciał stałych jest przedmiotem badań od wielu lat. Zainteresowanie tymi badaniami bez przerwy rośnie ze względu na rosnący zakres zastosowań tej metody: osadzanie cienkich warstw, usuwanie warstw zanieczyszczeń, synteza nanocząstek i innych nanostruktur, nawet zastosowanie w korekcyjnych pędnikach satelitarnych. W szczególności ablacja grafitu ma zastosowanie w osadzaniu warstw diamentopodobnych (DLC - DiamondLike Carbon), ultranaokrystalicznych warstw diamentowych (UNCD - Ultra-NanocrystalineDiamond), warstw CNx w syntezie nanoproszków i jednowarstwowych nanorurek węglowych. Ocenia się, że tą metodą mogą być uzyskiwane warstwy grafenowe.

W pracowni Technologicznych Zastosowań Laserów dotychczas zbadano szereg zagadnień dotyczących ablacji grafitu m.in. wpływ długości fali lasera na parametry termodynamiczne ekspandującego obłoku odparowanych cząstek oraz mechanizmu akceleracji obłoku. Uzyskano także pokrycia diamentopodobne oraz zbudowano reaktor do syntezy nanorurek węglowych i uzyskano w nim nanorurki. Warunki optymalne do uzyskiwania w/w nanostruktur nie są jeszcze ustalone i w związku z tym badania będą kontynuowane w 2013 r. Dodatkowo w ramach powstałego Centrum Doskonałości i Innowacji Zaawansowanych Materiałów Kompozytowych rozpoczęte będą badania nad osadzaniem super twardych warstw kompozytowych z grupy borków - WB4 i ReB2.

Zlecenie 403 realizowane jest w Pracowni Technologicznych Zastosowań Laserów.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 404:

1. Ultradźwiękowe badania materiałów konstrukcyjnych poddawanych obciążeniom mechanicznym.

Nieniszczące, w tym ultradźwiękowe, metody oceny stanu degradacji materiałów konstrukcyjnych są potrzebne. Istniejące i dostępne w literaturze wyniki badań odnoszą się jedynie do wybranych gatunków stali. Brak jest danych dotyczących stali stosowanych w polskiej energetyce.

2. Badania betonów z dodatkiem popiołów z elektrowni cieplnych z zastosowaniem emisji akustycznej.

Celem prac jest udoskonalenie metod badawczych służących ocenie parametrów mikrostruktury betonów z dodatkiem popiołów z elektrowni cieplnych, charakteryzujących odporność tych betonów na narażenia środowiskowe. Badaniu poddane zostaną nowe kompozycje betonów o podwyższonej szczelności i odporności na działanie mrozu. Zostaną również przetestowane nowe procedury wyznaczania parametrów mikrostruktury tych betonów wykorzystujące dane otrzymywane metodą mikrotomografii rentgenowskiej wykonywanej na rdzeniach o małej średnicy.

3. Budowa aparatury ultradźwiękowej „baza”.

Kontynuacja rozpoczętej w 2009 roku budowy miernika czasu przejścia impulsów ultradźwiękowych. Budowany aparat ma zastąpić mierniki DEBRO i umożliwić pomiary czasów przejścia fal mierzonych wieloprzetwornikowymi zestawami głowic zbudowanych w Pracowni.

Zlecenie 404 realizowane jest w Pracowni Badań Nieniszczących.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 405:

Doświadczalna analiza właściwości termomechanicznych wybranych materiałów funkcjonalnych.

Dotyczy analizy zmian właściwości mechanicznych oraz związanych z nimi zmian temperatury materiałów takich jak stopy, polimery i kompozyty z pamięcią kształtu. Duża wrażliwość na zmiany temperatury pozwala im na łączenie funkcji czujnika i przełącznika czy regulatora umożliwiając zmniejszenie masy i miniaturyzację wyrobu, co jest szczególnie istotne w zastosowaniach medycznych, przemyśle lotniczym i kosmicznym. Jest ponadto zgodne z wymaganiami ochrony środowiska naturalnego. Z kolei znaczną pętlę histerezy stopów z pamięcią kształtu wykorzystuje się w układach tłumiących i zabezpieczających przed skutkami trzęsień ziemi. W związku z tym kształt, wielkość i charakter otrzymanych charakterystyk mechanicznych, istotnych dla aplikacji, są przedmiotem prac doświadczalnych i teoretycznych, prowadzonych w wielu ośrodkach na świecie.

Badania stopów TiNi prowadzone są w IPPT PAN od lat dziewięćdziesiątych, co przyczyniło się do powstania kompetentnego środowiska naukowego w tej dziedzinie. Celem tych dzialań jest zbadanie aktywności przemiany martenzytycznej związanej z pseudosprężystym odkształcaniem i efektem pamięci kształtu materiałów funkcjonalnych w procesie różnych obciążeń mechanicznych w szerokim zakresie prędkości odkształcania z uwzględnieniem prędkości dynamicznych, na podstawie analizy parametrów mechanicznych, bezstykowego pomiaru zmian temperatury oraz pomiarów emisji akustycznej próbki. Ważnym kierunkiem tych działań jest zbadanie przy pomocy czułej i szybkiej kamery termowizyjnej efektów nukleacji, rozwoju, przemieszczania się, wzajemnego oddziaływania oraz zaniku pasm zlokalizowanej przemiany martenzytycznej wprost i odwrotnej w warunkach różnych odkształceń, także przy modyfikacji programów obciążania. Dodatkowo będą prowadzone badania kalorymetrii różnicowej DSC, dynamic mechanic alanalysis (DMA) oraz strukturalne tych materiałów, celem poznania ich stanu wyjściowego oraz po różnych programach obciążania w warunkach różnych odkształceń. Badania te są bardzo ważne dla poznania warunków i mechanizmów zachodzenia przemiany. Istotą zadania są efekty sprzężeń termodynamicznych towarzyszących egzoterminczej przemianie martenzytycznej wprost i endotermicznej odwrotnej podczas obciążania i odciążania stopu z pamięcią kształtu. Otrzymywane w wyniku sprzężeń termomechanicznych przyrosty temperatury mogą być na tyle duże, że w sposób znaczący zmieniają właściwości materiału. Oryginalnym wynikiem powinno być zbadanie sprzężeń termomechanicznych podczas zmodyfikowanego programu obciążania.

Zlecenie 405 realizowane jest w Pracowni Mechaniki Plastycznego Płynięcia.