V letošním, 21. ročníku prestižní vědecké soutěže Cena Wernera von Siemense zvítězil v kategorii nejvýznamnější výsledek základního výzkumu tým Ing. Radka Mušálka, Ph.D., z Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd České republiky, který vyvinul novou technologii plazmového nástřiku z kapalin. Tato technologie umožňuje připravovat zcela nové typy ochranných vrstev a má značný potenciál najít uplatnění v řadě průmyslových odvětví. O detailech oceněné technologie jsme hovořili právě s Radkem Mušálkem.
Obor žárového stříkání ochranných vrstev je velmi široká rodina technologií, které se v principu liší v tom, jakým způsobem vytvářejí teplo, jímž je stříkaný materiál roztaven a urychlen. Dnes k tomuto účelu existují různé typy tzv. hořáků, přičemž v případě plazmových hořáků se v praxi v drtivé většině používá takzvaná stabilizace plazmatu plynem. V Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, kde působím, se však již před řadou let podařilo vyvinout světově unikátní technologii vodní stabilizace plazmatu, která má oproti plynové určité přednosti. Náš tým má k dispozici tento vynález v nejnovější podobě tzv. hybridního hořáku, v němž se spojuje princip plynové a vodní stabilizace. Cenu Wernera von Siemense jsme však nezískali za technologii hybridního plazmového hořáku s vodní stabilizací,ale za její propojení s technologií plazmového stříkání z kapalin (suspenzí nebo roztoků). Kapalina totiž umožňuje depozici nástřiků s vlastnostmi, které jsou při tradičním plazmovém stříkání hrubozrnných prášků nedosažitelné.
Na mém pracovišti má dlouholetou tradici provádění nástřiků s pomocí hrubozrnných prášků. Tyto prášky jsou tvořeny částicemi o velikosti typicky 50 až 150 µm. Dnes se však při mnoha aplikacích požaduje, aby byl prášek co nejjemnější. Čím jemnější však je, tím hůře se sype, což komplikuje jeho vnášení do plazmatu. V 90. letech minulého století se proto začalo experimentovat s kapalným nosičem, ovšem cca do roku 2010 se jednalo pouze o jakousi vědeckou kuriozitu. Malý výkon konvenčních plazmových hořáků totiž neumožňoval zpracovávat kapaliny v průmyslově využitelných množstvích. My jsme se pro výzkum v této oblasti rozhodli v roce 2011, přičemž naší výhodou bylo to, že jsme měli k dispozici již zmíněný vysoce výkonný hořák s vodní stabilizací. Od roku 2013 pak pro depozici používáme již také zmíněný novější hybridní hořák, na jehož vývoji se vedle pracovníků našeho ústavu podílela také česká firma ProjectSoft HK, a. s.
Když jsme začínali se základním výzkumem plazmového stříkání z kapalin, tak jsme ještě příliš nevěděli, zda jeho výsledky budou použitelné v praxi. Záhy se však ukázalo, že ano. V tomto oboru došlo v posledních deseti letech k přelomu v tom, jakých struktur a vlastností lze dosahovat. To může být pro řadu firem velmi atraktivní. Na druhou stranu je třeba říci, že průmyslové obory, kde se podobné techniky používají, jsou značně konzervativní. Například v letectví trvá jakákoli změna technologie velmi dlouho. Objevují se však již první vlaštovky, třeba právě v leteckém průmyslu, kde se již testují nástřiky takzvaných horkých částí spalovacích komor.
Vytvořením nástřiků se specifickými vlastnostmi na stěnách spalovací komory lze dosáhnout vyšší účinnosti motoru a nižší spotřeby paliva, a to díky zvýšené teplotě spalování. V praxi je totiž účinnost motoru omezena právě maximální přípustnou teplotou materiálu, z nějž je komora vyrobena, případně použitého nástřiku, tzv. termální bariéry. Snahou tedy je uvést do praxe materiály zcela nové nebo materiály, které sice mají stejné chemické složení jako ty dnes používané, ale mají i nějakou novou přidanou hodnotu, například nižší tepelnou vodivost, vyšší odolnost proti tepelným šokům, vyšší toleranci vůči mechanickému namáhání apod. Právě takovýchto vlastností lze dosáhnout použitím suspenzí a roztoků. Vrstvy se specifickými vlastnostmi navíc dokážeme klást i na sebe. Dokážeme například vytvořit povrchovou vrstvu,která je odolná proti eroznímu působení, pod ní se může nacházet vrstva s nízkou tepelnou vodivostí a pod tou ještě další vrstva zabraňující přístupu kyslíku k základnímu materiálu. Toto vrstvení bylo v zásadě možné provést i práškovou technologií, ale jen v omezené míře, nešlo totiž výrazněji ovlivňovat mikrostrukturu jednotlivých vrstev. To my dnes umíme. Vedle kvantitativních zlepšení se nám podařilo dosáhnout i zcela nových povrchových kvalit. Nástřiky z prášků například nikdy nebyly hydrofobní,my však nástřiky s takovouto vlastností vyrobit dokážeme.V neposlední řadě je třeba zmínit i to, že z hlediska provozních nákladů jsou naše plazmové hořáky výrazně levnější než hořáky klasické, plynem stabilizované.
S ohledem na náročnost certifikace technologie pro letecký průmysl v současné době míříme na poněkud „přízemnější aplikace“, naším hlavním cílem jsou nástřiky na rozměrné průmyslové dílce. Naši technologii si proto dokážu velmi dobře představit například při výrobě papírenských válců. U těchto válců se obvykle požaduje, aby na jejich velkém povrchu byla funkční otěruvzdorná vrstva. Právě zde lze velmi dobře využít předností naší technologie, tzn. velkého přírůstku materiálu za jednotku času a nízkých nákladů na depozici. Rádi bychom technologii prosadili i v oblasti ochrany komponent energetických zařízení, například v elektrárnách, spalovnách, sklárnách apod. I zde je, domnívám se, velký prostor pro její uplatnění.
Příležitosti se nám otevírají v řadě oborů, ať již se jedná o zmíněné termální bariéry a otěruvzdorné vrstvy, dielektrické vrstvy, nebo třeba o biokompatibilní vrstvy v oblasti medicíny. Momentálně se například zabýváme problematikou výroby biologicky kompatibilních nástřiků se zvýšenou odolností proti růstu patogenů. Pro náš tým tedy momentálně není základním problémem nedostatek nápadů, ale nedostatek lidí.
Vydejte se s námi tak trochu na výlet – naším tématem je totiž elektromobilita. O elektrických vozidlech a především o jejich dobíjení si budeme povídat s Martinem Šilarem, odborníkem společnosti Siemens na elektromobilitu.
Výroba společnosti Siemens v moravské Mohelnici má dlouhou tradici. Začala již ve dvacátých letech minulého století, tehdy pod značkou Siemens Elektrotechnika. Na tuto tradici dnes důstojně navazuje závod na výrobu přípojnicových systémů nesoucí název Siemens Busbar Trunking Systems (SBTS).
Galavečer udílení Cen Wernera von Siemense za rok 2023 letos proběhl ve středu 13. března 2024. Jako každoročně byli v historických prostorách Betlémské kaple oceněni nadaní studenti, úspěšní vědci a pedagogové – letos již po šestadvacáté
Centralizovaný sběr přesných dat přímo z výrobních zařízení, jejich přenos a následné zpracování přinášejí užitek na mnoha úrovních. Pomáhají sladit činnost celého podniku, optimalizovat výrobu a usnadňují práci operátorům, údržbě, plánovačům, kvalitářům, programátorům i managementu. Že to není pouhá teorie, potvrzuje společnost Trivium Packaging – přední výrobce tenkých plechových obalů pro potravinářské a technické náplně.
