Onderzoekseenheid (SVO)

Technische Materiaalwetenschappen

Acroniem
MST
Coördinator
Overige informatie
Onderzoeksdisciplines
  • Engineering and technology
    • Materials science and engineering not elsewhere classified
Omschrijving
De onderzoeksgroep wil hoogstaand fundamenteel wetenschappelijk en toegepast onderzoek verrichten in een beperkt aantal, duidelijk afgelijnde vakgebieden. In deze vakgebieden dient de groep een sterke, en waar mogelijk unieke, positie te behouden of te verwerven. De vakgebieden worden geschraagd door de ZAP-leden met rond hen telkens een groep van actieve doctorandi en onderzoekers; de ZAP-leden werken niet in losstaand verband, maar in een nauwe samenwerking, binnen en over de grenzen van de vakgebieden. In het onderzoek gaat de aandacht zowel naar modellering en numerieke simulatie, als naar uitgebreide experimentele ondersteuning en validering. Daar waar mogelijk streeft de onderzoeksgroep naar het consolideren en het verder uitbouwen van succesvolle onderzoekslijnen hetgeen in optimale omstandigheden ondersteund wordt via een bijkomend ZAP-mandaat. Binnen de onderzoeksgroep MST werden volgende onderzoekslijnen als strategisch belangrijk geïdentificeerd: >Karakterisering en modellering van mechanisch materiaalgedrag: de nadruk ligt hier op de experimentele observatie en de numerieke modellering van het mechanisch gedrag van materialen onder inwerking van impact-dynamische belastingen. Hiervoor worden aangepaste test- en meettechniekenontwikkeld. De onderzoekscel beschikt momenteel over meerdere proefopstellingen waarmee het dynamisch gedrag van een brede waaier aan materialen kan worden gekarakteriseerd. Op basis van de beproevingsresultaten worden materiaalmodellen ontwikkeld die, geïmplementeerd in eindige elementen codes, toelaten om het gedrag van structuren onder inwerking van stootbelastingen te voorspellen. Het karakteriseren en modelleren van mechanisch materiaalgedrag laat derhalve toe om materialen optimaal te benutten. Inzichten uit dit onderzoek (b.v. de invloed van vervormingsparameters op de microstructuur en daaraan gerelateerde eigenschappen) kunnen bovendien worden aangewend bij het ontwerp van innovatieve productiemethodes zoals b.v. “severe plastic deformation” om materialen met uitzonderlijke mechanische eigenschappen te verkrijgen >Fysische materiaalkunde: Fysische materiaalkunde is een generisch kennisdomein in de vaste stof materiaalkunde, dat in de onderzoekscel voornamelijk toegepast wordt inhet onderzoek op bulk metallische materialen zoals ijzer, aluminium-, magnesium- of titaniumlegeringen. In de fysische materiaalkunde wordt getracht om het functioneel gedrag van ingenieursmaterialen te begrijpen, in functie van de vaste-stof transformatie¬mechanismen op het niveau van de microstructuur (lengteschaal 1 µm – 1 mm), de substructuur (1 nm – 1 µm) en op atomaire schaal (~0.1 nm). De onderzoekscel heeft een belangrijke reputatie uitgebouwd mbt de kristallografische aspecten van fysische materiaalkunde. Met name is er een soliede kennis uitgebouwd op het domein van de kristallografische textuur van metaalproducten (voornamelijk staal en aluminium vlakke producten). Deze kennis heeft zowel betrekking op de textuurvorming tijdens het productieproces als op de relatie tussen textuur en gebruiks¬eigenschappen van het afgewerkte product. >Metaaltechnologie: Dit onderzoeksdomein stelt zich als doel om industriële processen te ontwerpen en/of te optimaliseren met het oog op de productie van metalen met verbeterde functionele eigenschappen en gebaseerd op de inzichten die aangereikt worden vanuit de fysische materiaalkunde. Gezien de rijke traditie in dit vakgebied en gegeven het bestaande onderzoeksbiotoop met daarin de aanwezigheid van belangrijke onderzoeksentiteiten op de Campus Ghent Tech Lane (o.a. Ocas, CRM, Sirris, BIL, Clusta, Flamac) en de algemene materiaalkundige context in Vlaanderen (met bedrijven zoals ArcelorMittal, Bekaert, Aleris Aluminium) is dit ongetwijfeld een hoeksteen van het onderzoek. De academische invulling van dit vakgebied vereist een materiaal- en procesoverstijgende invulling. Dit concretiseert zich in interesse voor diverse metalen (ferro en non-ferro), in aanvulling op het vroegere vrijwel exclusieve staalonderzoek. Dit onderzoek is uitgesproken experimenteel van aard en maakt intensief gebruik van diverse materiaal-karakterisatie¬technieken. In de voorbije jaren werd een state-of-the-art elektronenmicroscopisch laboratorium uitgebouwd met 4 scanning elektronenmicroscopen (uitgerust met EBSD-faciliteiten wat o.m. essentieel is voor textuur-metingen) en 2 transmissie-elektronenmicroscopen. > Computationele Materiaalkunde De onderzoekslijn “computationele materiaalkunde” heeft als doelom inzichten te verwerven in materiaaleigenschappen en materiaalsynthese/productie langs computationele weg, wanneer die inzichten experimenteel niet of moeilijk toegankelijk zijn. Dit gebeurt op twee manieren. De eerste is de ‘ab initio’ aanpak, waarbij de fundamentele vergelijkingen van de kwantumfysica numeriek worden opgelost voor een gegeven materiaal. Deze aanpak is gegroeid vanuit de theoretische vastestoffysica, en is nu voldoende matuur om toe te passen op complexe materialen. De tweede enmeer recente aanpak maakt gebruik van machine learning of artificiële intelligentie. Hier worden algoritmes getrained in het leggen van verbanden tussen moeilijk voorspelbare materiaaleigenschappen enerzijds en datasets van makkelijk bepaalbare experimentele of ab initio berekende gegevens anderzijds. Voor een nieuw materiaal volstaat het dan om de makkelijke data te bepalen, om zo via het getrainde algoritme de moeilijke eigenschap te voorspellen.