Ralph Spolenak: Katalogdaten im Herbstsemester 2022

Auszeichnung: Die Goldene Eule
NameHerr Prof. Dr. Ralph Spolenak
LehrgebietNanometallurgie
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-Mailralph.spolenak@mat.ethz.ch
URLhttps://met.mat.ethz.ch/
DepartementMaterialwissenschaft
BeziehungOrdentlicher Professor

NummerTitelECTSUmfangDozierende
327-0513-00LMechanische Eigenschaften7 KP6GR. Spolenak, F. J. Clemens, M. Schinhammer, A. Wahlen
KurzbeschreibungDieser 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.
LernzielDie 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.
InhaltDiese 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.
KompetenzenKompetenzen
Fachspezifische KompetenzenKonzepte und Theoriengeprüft
Verfahren und Technologiengeprüft
Methodenspezifische KompetenzenAnalytische Kompetenzengefördert
Entscheidungsfindunggeprüft
Medien und digitale Technologiengefördert
Problemlösunggefördert
Projektmanagementgefördert
Soziale KompetenzenKommunikationgeprüft
Kooperation und Teamarbeitgeprüft
Kundenorientierunggefördert
Menschenführung und Verantwortunggefördert
Selbstdarstellung und soziale Einflussnahmegefördert
Sensibilität für Vielfalt gefördert
Verhandlunggefördert
Persönliche KompetenzenAnpassung und Flexibilitätgefördert
Kreatives Denkengeprüft
Kritisches Denkengeprüft
Integrität und Arbeitsethikgefördert
Selbstbewusstsein und Selbstreflexion gefördert
Selbststeuerung und Selbstmanagement gefördert
327-0612-00LMetalle II Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Nur für Studierende Materialwissenschaft Bachelor Reglement 2017.
3 KP2V + 1UR. Spolenak, M. Schinhammer, A. Wahlen
KurzbeschreibungEinführung 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.
LernzielEinführung 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.
InhaltDiese 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
LiteraturGottstein, 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 / BesonderesVoraussetzungen: Metalle I
327-0712-00LNanometallurgie0 KP2SR. Spolenak
KurzbeschreibungSeminar für Doktoranden und Forschende im Bereich Nanometallurgie.
LernzielVertiefte Ausbildung von Forschenden auf dem Gebiet der Nanometallurgie
327-1204-00LMaterials at Work I4 KP4SR. Spolenak, E. Dufresne, R. Koopmans
KurzbeschreibungThis 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.
LernzielTeaching 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
InhaltThis 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.
LiteraturManufacturing, Engineering & Technology
Serope Kalpakjian, Steven Schmid
ISBN: 978-0131489653
Voraussetzungen / BesonderesProfound 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)