Antal Kerpely Doctoral School of Materials Science and Technology

Specializations

material sciences. the world around us.

A Kerpely Antal Anyagtudományok és Technológiák Doktori Iskola 11 tématerületet fog át.

Tématerületeink leírása kattintással elérhető

Materials Informatics

The head of topic: Prof. Dr. GÁCSI Zoltán, professor emeritus (DSc)

The subject area is the modelling of the microscopic structure of composite materials and the computer processing of tissue images, which is present wherever the structure of materials is examined under a microscope. It is a relatively new, interdisciplinary field of science, which has gradually grown in importance since the 1970s and has now become one of the key areas of research in the structure of materials. This is because one of the most important goals of material scientists is to explore the relationship between the spatial structure of materials and their physical properties. The use of these types of combinations makes it possible to select and manufacture the most appropriate material (i.e. with a combination of properties) for a given purpose. This method is not indispensable in the modelling of material properties, or in the field of computer-aided design and controlled fabrication, or in the qualification of materials. Stereometric microscopy is one of the main tools for finding the relationship between the structure of the tissue and its properties, and it is used to describe the geometry of the structure of the material observed under the microscope and its spatial interpretation. It is essentially an auxiliary device that expresses in exact form the relationships between the parameters that can be examined in the microscopic image and the calculated spatial quantities. The theoretical basis for image processing is mathematical morphology. Stereology, on the other hand, is more oriented towards practical applications. Its practitioners successfully apply elements of differential geometry and probability calculus to characterize structures in materials science.

The aim of the subject area is to provide scientific training leading to a master’s degree, through which students acquire the most important knowledge on the modelling of the microscopic structure of materials and the computer processing of tissue images, building on the basic knowledge of modern materials science, and are able to apply and further develop the methods in an innovative way.

Plastic deformation

The head of topic: Dr. TÓTH László, honorary porfessor (CSc)

During the metallurgical processes, the products produced by chemical metallurgical processes, usually in liquid or powder form, must be brought into a form suitable for further treatment and processing. This is mostly done by plastic forming: rolling, free-forming forging, extrusion. The finished metallurgical products produced in this way: rod, tube, plate, wire are then partly processed again by plastic forming (sink forging, cold casting, plate forming, etc.) by the processing industries. Plastic forming is a field of science that deals with the shaping of products and the regulation of their properties. From a professional point of view, it integrates the knowledge of plasticity, material science, tribology, process modeling, design and operation of forming machines and equipment, production tools into an organic unit.

Participants in the doctoral training in the subject area acquire the theoretical and technological design knowledge of plastic forming of metals, taking into account the interactions of the work piece, the tool, and the system of the forming machine, and the unity of the system elements. In the training, we place an important emphasis on the formability of the material, modeling of the forming processes, and increasing the size and shape accuracy of the products, and overall improving the quality. The acquired knowledge is a solid foundation for the development of new technologies, new materials, and new products.

Physical metallurgy, heat treatment

The head of topic: Prof. Dr. MERTINGER Valéria, professor (DSc)

Metallic materials are still indispensable in many areas of life. The automobile, the electrical industry, skyscrapers or space exploration are unthinkable without the use of metallic materials (special alloys). In the topic group Metallurgy, heat treatment, we will study the structure, physical and mechanical properties of these alloys. The structure and thus the properties can be changed within wide limits by heat treatment. We research the processes that take place during the heat treatment of steels, cast irons, light and non-ferrous metals, the resulting structure and the changing properties. This topic group also includes the study of metal matrix composites

Interface and Nanotechnologies

The head of topic: Dr. Kaptay György, egyetemi tanár (DSc)

The subject area of ​​interface phenomena and technologies could classically be treated as a sub-field of other topics (for example, material science or chemical metallurgy), but today, interface phenomena and the technologies based on these phenomena receive special attention worldwide. This is also reflected in the gradually transforming education and research structures, which is why we are now appearing as an independent topic group within the framework of the Material Sciences and Technologies doctoral school with reference to the following.

The topic group of interface phenomena and technologies can be strategically and methodologically divided into the following three levels, which are based on each other, both from the point of view of education and research.

  1. Interface characterization and modeling of two- and three-phase systems with different material qualities. The characterization of the interface includes, on the one hand, modern surface analytical procedures, which give an idea of ​​the chemical composition and structure of the surface, and, on the other hand, it includes various techniques for determining the interfacial energy. From a materials science point of view, the goal is to experimentally determine the interface composition, interface structure and interface energies as accurately as possible, and to describe the relationship between them as adequately as possible using models. As an example, we can mention the investigation of the composition, structure and energy at the interface of the solid ceramic and metal melt two-phase system, and the relationship between them.
  2. Creating a connection between the interface characteristics detailed in the previous point (composition, structure and energies) and the phenomena that play a decisive role in different interface technologies with the ultimate goal of optimizing the material technology parameters from an interface point of view, including the conscious engineering change of the composition/structure of the interface. The goal is to experimentally and theoretically determine, through the examination of the phenomena that define interface technologies, exactly how the interface energies (or the composition, structure and temperature that determine them) determine exactly the direction and speed of the processes taking place. As an example, we can mention the phenomenon when a micrometer-sized ceramic particle dispersed in a molten metal and the crystal front of the crystallizing metal “meet” each other, and the growing solid crystal surrounds or pushes the ceramic particle in front of it. This physico-chemical phenomenon basically determines the success of composite material production with a metal matrix and reinforced with ceramic particles and is a complicated function of the interfacial energies mentioned in the previous point.
  3. The study and development of technologies capable of changing the composition and/or structure of the interface, which ultimately make the “effective” properties of the block phase with changed surface quality more valuable from a practical point of view (e.g. from corrosion, mechanical, catalytic, magnetic, electronic, etc. aspects), and thus they are able to create a quality surplus by adding or simply reshaping material that dwarfs the quantity of the block phase. Therefore, the sub-programme includes the description and development of interface modification processes, including PVD, CVD, and plasma sputtering techniques up to the classical electrochemical methods (from aqueous solution and salt solution). However, the topic group wants to deal not only with technologies aimed at changing the external interfaces of the block phase, but also with technologies aimed at modifying the internal interfaces, i.e. for example sintering, composite material production, or simply the interface-related topics of heat treatment are also part of the education and research plan.It is worth mentioning here that the topic group also includes the investigation of segregation, both for external (liquid/gas or solid/gas) and internal (solid/solid grain boundaries, liquid/solid and liquid/liquid) interfaces.In addition, the topic group undertakes the teaching and research of technologies for environmental protection based on interface phenomena, and the application of the above detailed teaching and research strategy to a wide spectrum of structural materials an “auxiliary” materials used for their production.The investigated phases, whose interfaces the topic group provides knowledge and research opportunities for, are listed (and not in order of importance) as follows:
    • solid phases: solid metal, solid ceramic, solid polymer;
    • liquid phases: metal melt, salt melt, slag melt, polymer melt, aqueous solutions, organic solutions;
    • vapor-gas phases with different compositions, from air through various reactive gases-vapours to inert gases.

 

      •  

Chemical Processes and Technologies

The head of topic: Dr. VISKOLCZ Béla, professor (CSc)

The subject area covers the cultivation of the chemistry of both molecular and colloidal systems. It relies on established chemical disciplines: inorganic chemistry, organic chemistry, physical chemistry, colloid chemistry, chemistry of macromolecules, analytical chemistry. The interactive development of basic sciences and technologies makes it possible for the chemical industry to meet the demands of increasing volume, quality and decreasing environmental risk. For this, it is absolutely necessary to further develop the basic knowledge of chemistry and operations, to increase the ability that enables the design of the equipment necessary for the implementation of chemical processes, the optimization of technologies and their maximum efficiency through computer modeling, planning, and process control.

The research of the chosen subject area can be carried out within a single discipline, but it can be directed towards the evaluation and processing of data on inorganic and organic chemical technologies used in the production of materials and modifying their properties, chemical industry operations, optimization of chemical industry systems.

Chemical Metallurgy

The head of topic: Dr. KÉKESI Tamás, professor (DSc)

The methods of chemical metallurgy make it possible to extract valuable metals from primary raw materials and from secondary raw materials of different types and compositions of industrial and use origin, as well as to produce them in the form and quality most suitable for the given purpose of use. The subject area includes the examination of the raw materials preparation, pyro-, hydro- and electrometallurgical metal extraction, powder metallurgical processing, and raw metal refining processes, development opportunities and research into new processes. In addition, emphasis is placed on the investigation of coating techniques resulting in surface modification of metals and the production of special metallic, compound, and composite coatings. Getting to know the conditions of the processes taking place at high temperatures and in various water-based solutions under various conditions, modeling the phenomena for new metallurgical processes and the most diverse metals, alloys and special metal-containing materials (semiconductor, magnetic, heat-resistant, etc.) for modern purposes is economical and environmentally friendly they enable the production of waste, as well as create opportunities for the utilization of critical wastes that previously only represented difficulties in disposal.

The purpose of the training in the subject area is to implement a scientific further education based on a university degree, in the framework of which the participants in the training acquire high-level knowledge of the examination of metallurgical processes and the development and design of metal extraction and metal purification systems, based on the basic knowledge of modern mathematics, chemistry, physics and materials science.

Kerámiák és technológiák

A tématerület vezetője: Dr. Kocserha István, egyetemi docens (PhD)

A tématerület a kerámiák, a kerámia mátrixú és a kerámiaerősítésű kompozitok illetve a „ keramizálható” fémes és nemfémes anyagok anyagszerkezetének, fizikai, mechanikai, kémiai, biológiai, termikus és termo- mechanikai tulajdonságainak kutatásával, fejlesztésével; valamint a felhasználói igényeknek legmegfelelőbb formában történő előállításával foglalkozó tudományterület. Részét képezi az agyagásvány és kőzet alapú hagyományos vagy klasszikus kerámiák, kőedények, félporcelánok, porcelánok, üvegek, cementek, betonok, és egyéb építőanyagok, valamint a korszerű műszaki kerámiák – boridok, nitridek, karbidok, titanátok, halkogenidek kutatását, fejlesztését az alap-, segéd-, és adalékanyagok megválasztásától a technológiai műveleteken és folyamatokon át a késztermékek minősítéséig. Az ipari felhasználást szolgáló műszaki kerámiák mellett különös figyelmet fordít a biokerámiák kutatására, fejlesztésére; valamint a megújuló növényi és állati eredetű bioanyagok keramizálhatóságára. Részletesen vizsgálja az egyes technológiai műveletek, mint az aprítás és őrlés, a homogenizálás, az alakadás, a szárítás, az égetés és szinterelés során lejátszódó fizikai, mechanikai, mechanokémiai és kémiai folyamatokat; valamint ezeket a folyamatokat leginkább befolyásoló tényezőket és anyagjellemzőket. Kiemelten foglalkozik a hetero-modulusú, hetero-viszkózus és hetero-képlékeny komplex anyagok és anyagrendszerek, valamint hibrid anyagok kutatásával, fejlesztésével azok fizikai, mechanikai, kémiai és termikus tulajdonságainak vizsgálatával és optimalizálásával.

A tématerület célja: az MSc diplomával rendelkező mérnökök, fizikusok, vegyészek és biológusok számára olyan tudományos továbbképzés biztosítása, amely keretében a korszerű matematikai, fizikai, kémiai, mechanikai és anyagtudományi ismeretekre alapozva a résztvevők elsajátítják a kerámiák, illetve a kerámia mátrixú és kerámia erősítésű kompozitok, valamint a hetero- modulusú, hetero-viszkózus és hetero-plasztikus komplex anyagok, anyagrendszerek és hibrid anyagok előállításának folyamatait; valamint kutatásának, fejlsztésének és tervezésének legfontosabb ismereteit. Képessé válva új elméleti és gyakorlati módszerek elsajátítására és továbbfejlesztésére.

Nagyhőmérsékletű berendezések és hőenergiagazdálkodás

A tématerület vezetője: Dr. Palotás Árpád Bence, egyetemi tanár (DSc)

A tématerület célul tűzi ki a hőenergiagazdálkodás tudományos alapját képező tömeg- és hőtranszport, fizikai-kémia és termodinamika terén az egyetemi diploma nyújtotta ismeretek elmélyítését és továbbfejlesztését, valamint az alkalmazott tudományágak, mint a műszaki hőtan, tüzeléstan, anyagtudomány, atmoszférikus környezetvédelem legújabb eredményeinek tudományos szintű megismertetését. Az alprogram részét képezi a tűzálló építőanyagok gyártása, az energiahordozók elégetésével járó környezetszennyezés csökkentése, valamint az egyes gyártási technológiák energiaoptimalizálása is.

A tématerület a Kar kutatási és infrastrukturális adottságait használja ki azzal, hogy egy olyan tudományos képzésre vállalkozik, amelyik hazánkban új, de jelentősége nagy. A létező, már megtermelt vagy kitermelt energiának ugyanis nagy része hőenergiaként (ipari kemencékben, vegyiparban, hőkezelésben, háztartásokban) hasznosul. Fontos tehát a hőenergia-elosztás és felhasználás optimalizálása és az ezzel járó környezetszennyezés (elsősorban levegőszennyezés) minimalizálása.

A tématerületen belül doktori cselekményként választható kutatási témák a primer és a szekunder energiahordozók megismerését, valamint az energiafelhasználó (kohászati, villamosenergia-ipari, kémiai, építőanyagipari, kerámiaipari, üvegipari, mezőgazdasági, kommunális) technológiák és berendezéseik megismerését is szolgálják, s a hőenergiagazdálkodás területén a képzés céljai között szerepel olyan tudományosan gondolkozó szakemberek kibocsájtása, akik alkalmasak:

  • az alkalmazott berendezések és technológiák optimális  hasznosítására és üzemetetésére;
  • az alkalmazott berendezések és technológiák optimális  hasznosítására és üzemetetésére;

  • az adott szerkezet és technológia innovatív korszerűsítésére, új szerkezetek kutatására és létrehozására;

  • a gazdaságos hőenergiafelhasználási eljárások bevezetésére, tervezésére, üzemeltetésére;

  • a folyamat mérés- és szabályozástechnikai ellenőrzésére és javítására;

  • a hőenergiafelhasználáshoz tartozó környezetvédelmi feladatok aktív ellátására;

  • a hőenergiafelhasználás tűz- és balesetvédelmi, valamint biztonságtechnikai feltételeinek létrehozására;

  • hőenergetikai jellegű üzemzavarok, haváriák gyors és szakszerű elhárítására.

Öntészet

A tématerület vezetője: Dr. Varga László, egyetemi docens (PhD)

Az öntészet a fémtárgyak előállításának az egyik legősibb alakadási eljárása, magába foglalja a folyékony fémnek az előállitani kívánt tárgy negatívjának megfelelő formaüregbe öntését, megszilárdulását és a felhasználó számára alkalmassá tételét.

Az öntészet a bonyolult alkatrészek jelenleg elérhető legrugalmasabb alakadó eljárása.

Az öntvénygyártás korábban a munkafolyamatokat befolyásoló tényezők magas száma miatt a lehetséges megoldások kipróbálására, a kudarcot is hozó kisérletezésre hagyatkozott. A munkafolyamatokat ma már korszerű számítástechnikai eljárásokkal szimuláljuk. A számítógépes adatfeldolgozás segítségével az öntészet a megrendelők CAD-szintű technológiáival egyenrangúvá vált, a rendelkezésre álló gyors prototipus fejlesztési módszerek lehetőséget adnak igen rövid időn belül próbaöntvények előállítására.

A megrendelők csúcstechnológiájú termékeihez igazodó minőségi követelményeket a gyártástechnológia messzemenő automatizálásával, a folyamat- és gépvezérléssel, valamint az anyagokról és tulajdonságaikról szerzett tudományos ismeretekkel tudják az öntészek kielégíteni.

Mindenek előtt az új anyagok kifejlesztése és az öntészet műszaki fejlődése tárt fel részben új, részben pedig szélesebb alkalmazási lehetőségeket az öntvények anyagának és gyártási eljárásainak fejlesztése előtt.

Az öntészetet, ezt a jövőbe mutató gyártástechnológiát a kedvező alkalmazási lehetőségek, a biztonságos és környezetkímélő eljárások jellemzik.

Az öntés különösen a nagy ipari országokban nélkülözhetetlen szerepet játszik a csúcstechnológiájú termékek gyártásában.

Már ma látható, hogy a minta- és formakészítésre is kiterjedő, a teljes technológia folyamatában CAD-alapú öntészet sikeresen veszi az akadályokat, hiszen csak így tudja biztonsággal és gyorsan a tervezésnél megkövetelt tulajdonságokat az öntvényekben megvalósítani.

A tématerület célja az elmondottakból egyértelmű: egyetemi graduális képzésre épülő olyan tudományos továbbképzés megvalósítása, melynek keretében az e témacsoportban kutatásokat végzők tudományos alapismeretekre építve elemzik a forma, az öntvény anyaga, az öntési technológia és az öntvények alaki-felhasználási tulajdonságai közötti összefüggéseket a kornak megfelelő színvonalú mérnöki módszerek és eszközök felhasználásával azért, hogy az új elvárásoknak megfelelően fejlődhessen az öntőipar megannyi ismert és feltárásra váró technológiai variánsa.

Polimertechnológia

A tématerület vezetője: Dr. Marossy Kálmán, egyetemi tanár (PhD)

A tématerület a polimerek, polimer alapú összetett rendszerek előállításával, feldolgozásával és alkalmazásával foglalkozó tudományterület. Magába foglalja a polimerek, műanyagok, polimer kompozitok tulajdonságainak vizsgálatát, a szerkezet-tulajdonság összefüggések kutatását. Foglalkozik a feldolgozás technológiai paramétereinek meghatározásával, a polimer ömledékek reológiájával és a feldolgozási előélet szerkezetre gyakorolt hatásával.

A tématerület célja: egyetemi diplomára épülő olyan tudományos továbbképzés megvalósítása, amelynek keretében a képzésben résztvevők elsajátítják a polimer alapú rendszerek vizsgálati módszereit, polimerek kémiájának és fizikájának fontos elemeit, valamint a kutatási témához kapcsolódó speciális ismereteket. A továbbképzés további fontos eleme a komplex tulajdonságokon alapuló alkalmazástechnikai szemlélet kialakítása is.

A tématerület kutatható témái felölelik a polimerek és műanyagok alkalmazásának számos területét. Az intézeti műszerpark mellett lehetőség van társintézmények és ipari vállalkozások infrastruktúrájának igénybe vételére.

Főbb tématerületek: Műanyagok mechanikai és elektromos tulajdonsága; polimer keverékek, ötvözetek, egymásba hatoló térháló szerkezetű anyagok; társított rendszerek; poliuretán habok, poliuretán elasztomerek; PVC rendszerek, poliolefinek módosítása; biológiailag bontható műanyagok; műanyag-feldolgozás…

Űranyag tudomány és technológia

A tématerület vezetője: Dr. Bárczy Pál, professor emeritus (CSc)

A tématerülethez – az általánosabb anyagtudományból kiemelve – az ún. gravitációérzékeny élettelen jelenségek tudományos kutatásai tartoznak. A huszadik század utolsó negyedében megsokasodtak azok a technikai lehetőségek, amelyek módot nyújtanak e jelenségek tanulmányozására. Ilyen lehetőségeket kínálnak egyrészt az ejtőtornyok és ejtőaknák, a ballisztikus rakéták, a parabolapályán haladó repülők, az űrsiklók, az űrholdak és űrállomások, másrészt a centrifugák. Egy sor olyan ismeret keletkezett, amely azt bizonyítja, hogy hétköznapi jelenségek (pl. égés, forrás, dermedés, hő és tömegtranszport stb.) a Földön megszokott 1 g-től eltérő gravitációs körülmények között másképpen játszódnak le, mint egy földi laboratóriumban. A gravitáció szintje szerint megkülönböztetjük a mikrogravitációs (10-3-10-6 g) és a makrogravitációs (g> 1g) állapotokat. Az e körbe tartozó kutatásokat az űrkutatás egyik ágának -űranyagtudomány és technológia- tekintik, s mint a világ legtöbb országában, hazánkban is külön szervezet – Űrkutatási Tudományos Tanács – felügyeli és irányítja ezt a kutatótevékenységet.

A tématerülethez tartozó kutatási témákat a kutatás célja tekintetében három nagy csoportra lehet osztani. Az egyik csoportba azok a témák tartoznak, amelyek az űrkutatás technikai eszközei tekintetében jelentenek kihívást: idetartoznak az űrholdak, az űrállomás, az ejtőtorony, az óriáscentrifugák berendezései, kísérleti eszközei, természetesen az illető eszközökhöz szükséges anyagok kifejlesztésével, tulajdonságainak a javításával együtt. A másik nagy csoportba azok a kutatások sorolhatók, amelyek a Földön nem mérhető anyagtulajdonságok meghatározására irányulnak. Ilyenek elsősorban a folyadékok transzporttulajdonságai (hővezető-képesség, diffúziós együttható). A kutatások harmadik típusa anyagok előállításával foglalkozik, s a mikrogravitációs környezettől többféle földi folyamat tökéletesebb szeparálhatóságát, ill. végbemenetelét várják. Ilyen folyamat lehet pl. a kristályosítás, a polimerizálás, a likvidszinterelés. Fontos célkitűzés itt az is, hogy az űrkísérlet segítse a folyamat jobb megértését, s így a földi technológiák javítását, ill. új technológiák kifejlesztését.

A Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Karán több, mint harminc éve folyik tudományos tevékenység az űranyagtechnológia területén. A tevékenység kezdete az első magyar űrrepüléshez kötődik (BEALUCA program). Ezt a Krisztallizátor nevű űrkemence modellezése követte. Fémolvadékok formatöltő-képességével, ezt kihasználó technika kialakításával is hosszas kutatások történtek. Kísérletsorozatok folytak növelt gravitációs viszonyok közötti irányított kristályosítással. 1991. óta folynak rövid idejű mikrogravitációs kísérletek a brémai Mikrogravitációs Alkalmazási Központ ejtőtornyában részben szálas eutektikum kristályosítása, részben hővezetési tényező meghatározása tárgyában. A Kar Anyagtudományi Intézetében több űrkutatási eszközt is kifejlesztettek, közöttük az Univerzális Sokzónás Kristályosítót (USK). Ez a berendezés az Interkozmosz keretében eredetileg egy szovjet automata űrholdra (NIKA-T) készült, majd a NASA instrukciói alapján került továbbfejlesztésre. Az Anyagtudományok és Technológiák Doktori Iskola keretén belül az űranyagtudomány és technológia témacsoport kiemelését indokolja továbbá az, hogy e témakörökből az utóbbi években a diplomaterveken és TDK dolgozatokon túl MTA doktori, kandidátusi, egyetemi doktori, Ph.D. címek és habilitációs fokozatok is születtek. Itt működik az ország egyetlen Mikrogravitációs Laboratóriuma., s így egyaránt adottak a témacsoport művelésének objektív és szubjektív feltételei.