Ralph Spolenak: Katalogdaten im Herbstsemester 2022

Name	Herr Prof. Dr. Ralph Spolenak
Lehrgebiet	Nanometallurgie
Adresse	Institut für Metallforschung ETH Zürich, HCI G 511 Vladimir-Prelog-Weg 1-5/10 8093 Zürich SWITZERLAND
Telefon	+41 44 632 25 90
Fax	+41 44 632 11 01
E-Mail	ralph.spolenak@mat.ethz.ch
URL	https://met.mat.ethz.ch/
Departement	Materialwissenschaft
Beziehung	Ordentlicher Professor

Nummer

Titel

ECTS

Umfang

Dozierende

327-0513-00L

Mechanische Eigenschaften

7 KP

R. Spolenak, F. J. Clemens, M. Schinhammer, A. Wahlen

Kurzbeschreibung

Dieser Kurs vermittelt die Grundlagen für das Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Materialien. Dabei wird untersucht, welche Rolle die Nano- und Mikrostruktur der Materialien spielt, wie die mechanischen Eigenschaften durch die Zusammensetzung oder die Verarbeitung beeinflusst sowie mit welchen Methoden materialspezifische mechanische Kenngrössen ermittelt werden.

Lernziel

Die Studierenden sind in der Lage,
• das Wechselspiel von Struktur und Eigenschaften in der Auswahl und Enwicklung von Materialien anzuwenden.
• Plastizität, Risswachstum, Hochtemperatureigenschaften, Korrosion, Diffusion, Umwelteinflüsse, Kornwachstum, Ermüdung, Bruchmechanik Materialklassen übergreifend zu verstehen.
• mechanische Eigenschaften gezielt einzustellen.
• durch Verständnis der temperaturabhängigen Materialeigenschaften, die optimalen Materialien für spezifische Anwendungsbereiche auszuwählen und zu entwickeln.
• Massnahmen zu ergreifen, um die Lebensdauer von Materialien zu erhöhen.
• die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der verschiedenen Materialklassen zu verknüpfen.
• Konzepte der Materialentwicklung zu verstehen und auf neue Werkstoffe anzuwenden.

Inhalt

Diese Vorlesung hat die irreversible mechanische Verformung von Materialien als Kernthema. Unabhängig von den Materialklassen werden folgende Phänomene im Detail erklärt und rigoros abgeleitet: Kristallplastizität bei niedrigen Temperaturen (Versetzungstheorie, Härtungsmechanismen, Verzwillingung, Spröd-Duktil-Übergänge), Plastizität in ungeordneten Strukturen (Scherbänder und Dehnungslokalisierung), Bruchmechanik (Griffith Kriterium, Weibullstatistik, Rissspitzenplastizität, J-Integral, R-Kurve), Ermüdung (Wöhlerkurven und Parisgesetz), Umwelteinflüsse, Tribologie, Hochtemperaturplastizität (Kriechen und Verformungsmechanismusdiagramme). Alle Phänomene werden durch aktuelle Fallbeispiele anhand von konkreten Materialien und Materialsystemen illustriert. Diese beinhalten Aluminiumlegierungen, Stähle, Hochtemperaturlegierungen, Hochleistungskeramiken, Strukturpolymere und Verbundwerkstoffe. Die Vorlesung wird durch Übungen und praktische Experimente unterstützt und verwendet Materialdatenbanken.

Geförderte Kompetenzen

Fachspezifische Kompetenzen	Konzepte und Theorien	geprüft
	Verfahren und Technologien	geprüft
Methodenspezifische Kompetenzen	Analytische Kompetenzen	nicht geprüft
	Entscheidungsfindung	geprüft
	Medien und digitale Technologien	nicht geprüft
	Problemlösung	nicht geprüft
	Projektmanagement	nicht geprüft
Soziale Kompetenzen	Kommunikation	geprüft
	Kooperation und Teamarbeit	geprüft
	Kundenorientierung	nicht geprüft
	Menschenführung und Verantwortung	nicht geprüft
	Selbstdarstellung und soziale Einflussnahme	nicht geprüft
	Sensibilität für Vielfalt	nicht geprüft
	Verhandlung	nicht geprüft
Persönliche Kompetenzen	Anpassung und Flexibilität	nicht geprüft
	Kreatives Denken	geprüft
	Kritisches Denken	geprüft
	Integrität und Arbeitsethik	nicht geprüft
	Selbstbewusstsein und Selbstreflexion	nicht geprüft
	Selbststeuerung und Selbstmanagement	nicht geprüft

327-0612-00L

Metalle II

Nur für Studierende Materialwissenschaft Bachelor Reglement 2017.

3 KP

2V + 1U

R. Spolenak, M. Schinhammer, A. Wahlen

Kurzbeschreibung

Einführung in die Prinzipien der Materialauswahl. Vermittlung des Basiswissens der wichtigsten metallischen Werkstoffe und derer Legierungen: Aluminium, Magnesium, Titan, Kupfer, Eisen und Stahl. Spezialitäten der Hochtemperaturwerkstoffe: Nickel und Eisenbasis Superlegierungen, intermetallische Phasen und Refraktärmetalle.

Lernziel

Inhalt

Diese Vorlesung ist in fünf Teile gegliedert:

A. Grundlagen der Materialauswahl
Erläuterung der Prinzipien von Eigenschaftskarten
Vorstellung der 'Materials selector' software
Abhandlung einfacher Fallbeispiele

B. Leichtmetalle
Metallurgie von Aluminium, Magnesium und Titan
Spezielle Eigenschaften und Härtungsmechanismen
Fallstudien zum Werkstoffeinsatz

C. Kupferlegierungen

D. Eisen und Stahl
Die sieben Vorzüge des Eisens
Feinkornbaustähle, Warmfeste Stähle
Stahl und Korrosion
Auswahl und Einsatz in der Technik

E. Hochtemperaturwerkstoffe
Metallurgie und Eigenschaften der Superlegierungen: Eisen, Nickel, Kobalt
Eigenschaften und Einsatz von intermetallischen Phasen

Literatur

Gottstein, Physikalische Grundlagen der Materialkunde, Springer Verlag
Ashby/Jones, Engineering Materials 1 & 2, Pergamon Press
Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Pergamon Press
Porter/Easterling, Transformations in Metals and Alloys, Chapman & Hall
Bürgel, Handbuch Hochtemperatur-Werkstofftechnik, Vieweg Verlag

Voraussetzungen / Besonderes

Voraussetzungen: Metalle I

327-0712-00L

Nanometallurgie

0 KP

R. Spolenak

Kurzbeschreibung

Seminar für Doktoranden und Forschende im Bereich Nanometallurgie.

Lernziel

Vertiefte Ausbildung von Forschenden auf dem Gebiet der Nanometallurgie

327-1204-00L

Materials at Work I

4 KP

R. Spolenak, E. Dufresne, R. Koopmans

Kurzbeschreibung

This course attempts to prepare the student for a job as a materials engineer in industry. The gap between fundamental materials science and the materials engineering of products should be bridged. The focus lies on the practical application of fundamental knowledge allowing the students to experience application related materials concepts with a strong emphasis on case-study mediated learning.

Lernziel

Teaching goals:

to learn how materials are selected for a specific application

to understand how materials around us are produced and manufactured

to understand the value chain from raw material to application

to be exposed to state of the art technologies for processing, joining and shaping

to be exposed to industry related materials issues and the corresponding language (terminology) and skills

to create an impression of how a job in industry "works", to improve the perception of the demands of a job in industry

Inhalt

This course is designed as a two semester class and the topics reflect the contents covered in both semesters.

Lectures and case studies encompass the following topics:

Strategic Materials (where do raw materials come from, who owns them, who owns the IP and can they be substituted)
Materials Selection (what is the optimal material (class) for a specific application)
Materials systems (subdivisions include all classical materials classes)
Processing
Joining (assembly)
Shaping
Materials and process scaling (from nm to m and vice versa, from mg to tons)
Sustainable materials manufacturing (cradle to cradle) Recycling (Energy recovery)

After a general part of materials selection, critical materials and materials and design four parts consisting of polymers, metals, ceramics and coatings will be addressed.

In the fall semester the focus is on the general part, polymers and alloy case studies in metals. The course is accompanied by hands-on analysis projects on everyday materials.

Literatur

Manufacturing, Engineering & Technology
Serope Kalpakjian, Steven Schmid
ISBN: 978-0131489653

Voraussetzungen / Besonderes

Profound knowledge in Physical Metallurgy and Polymer Basics and Polymer Technology required (These subjects are covered at the Bachelor Level by the following lectures: Metalle 1, 2; Polymere 1,2)