Department

Welcome to the website of our department

Department of Technology, Materials and Computer-Aided Technologies is part of the Institute of Technological and Materials Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Technical University in Košice. At present, the teaching area at our department is focused on available conventional and progressive technologies for the production of components in mechanical engineering as well as on the use of CAx technologies in designing and optimizing production processes. The content of the subjects is the theory and technology of machining, sheet metal forming a bulk forming, plastics processing, welding and surface treatment.

 

The content of subjects includes design of technological processes, production technology, design and construction of the tools, experimental methods in engineering technology, progressive methods of product production, design and construction of the molds for plastic moldings, simulation of melt flow into the mold cavity, mechanization and production automation. Within the application of individual methods and designs in various technological processes, we use CAD/CAM/CAE systems, simulation programs such as PAM-STAMP, SolidCAM, Moldex 3D and others. Within our workplace, we develop or participate in research in the field of forming, welding, machining, plastics processing, surface treatment, thin layers and many others in order to support the industrial environment and ensure its sustainable economic development. We always try to be accommodating and open to possible opportunities for new cooperation. In case of any information, please contact us. 

 

Come to us to study progressive study programs.

 

 

Technologies, management and innovations in mechanical engineering

Bc. study

 

bc technologies

 

          

Computer Support of Mechanical Engineering

Bc. study

bc computer

 

          

Engineering technologies

Ing. study

ing engineering

 

                                         

Computer Support of Mechanical Engineering

Ing. study

ing computer

 

          

 

There is no translation available.

Тонкі покриття  

Поверхня є однією з найбільш навантажених частин компонентів, і до неї пред'являються високі вимоги. У більшості випадків це навантаження на поверхню внаслідок стирання, абразивного або адгезійного зношування, корозії, втоми тощо. Тому, найбільш загальні вимоги до властивостей інструментів і деталей включають твердість, стійкість до стирання, стійкість до корозії, хороші властивості ковзання тощо. Бажаних властивостей можна досягнути декількома способами: класичними методами обробки поверхні або використанням тонких, міцних зносостійких шарів, які досягають максимальної товщини в кілька мкм.

Тонке покриття — це шар матеріалу однакового чи іншого складу, нанесений за допомогою спеціальних технологій (PVD, CVD) на функціональну поверхню деталі з метою покращення функціональних або зовнішніх властивостей деталі. Тонкі покриття можна охарактеризувати як «двовимірну» речовину, оскільки третій вимір — товщина — настільки малий (від 1 мкм до 1 нм), що відношення поверхні до об’єму досить велике (до 106). На рис. 48 показано порівняння товщини людської волосини та шару CVD.  

 

46

 

Властивості тонких плівок і сипучого матеріалу різні, хоча їх кристалографічна структура однакова. Тонкі шари характеризуються пористістю, яка впливає на процеси адсорбції, дифузії та хімічних реакцій на поверхні. Структурний розлад викликає великі відмінності у механічних, електричних і магнітних властивостях. На утворення, ріст і властивості тонких шарів впливає багато факторів, найважливішими з яких є тиск і швидкість конденсації, температура продукту (підкладки), склад залишкової атмосфери, кут нанесення та якість поверхні підкладки. Розташування шарової структури впливає на ступінь вакууму. При високих швидкостях осадження утворюється дрібнозерниста структура, при великих кутах осадження великі зерна ростуть у напрямку падаючого потоку і формується переважно орієнтована структура. На фактуру конструкції також може впливати температура основи. При високій температурі поверхні основного матеріалу, поверхня передає кінетичну енергію падаючим частинкам, що змушує частинки мігрувати в місця з меншою потенційною енергією. 

Можна створювати шари зі структурою:

- полікристалічною з різними розмірами та орієнтацією кристалів від хаотичного розташування до монокристалічної орієнтації;

- монокристалічною (епітаксіальний шар) – умовою утворення є необхідна орієнтація центрів кристалізації вже при їх утворенні. На це впливає підкладка, застосований матеріал, температура та швидкість конденсації.

- аморфною – внаслідок швидкого охолодження конденсованого матеріалу.

 

Розподіл покриттів за типом з'єднання показано на рис. 49.

 

47

 

Чистота покриттів – в першу чергу залежить від наявності домішок у матеріалі покриття, у другу чергу від впливу залишкових газів і джерела нагрівання, головним чином опору. Для промислових цілей чистота покриття менш важлива, ніж для фізичних цілей, наприклад, для виробництва різних світлофільтрів в оптиці. Найвигідніше з точки зору чистоти покриттів, якщо нанесений матеріал випарюють за допомогою електронної гармати.

Щільність покриття – в основному залежить від енергії, з якою атоми або молекули збуджених речовин вдаряються об покриту поверхню. У той час як енергія випарених частинок становить 0,1-1 кеВ, розпилені та покриті частинки мають енергію на кілька порядків більшу. Щільність напиленого покриття близька до щільності матеріалу катода, з якого напилено покриття, а у сформованому покритті зберігається стехіометричне співвідношення компонентів по відношенню до катода. Іонне покриття також забезпечує додаткове зміцнення покриття шляхом відпалу в плазмовому розряді.

Адгезія покриттів – натяг молекулярних зв'язків між поверхневими атомами основного матеріалу та покриттям, що впливає на адгезію покриття. Якщо поверхня основного матеріалу не буде належним чином очищена хімічними засобами, залишкові неадсорбовані шари можуть взаємодіяти з новоутвореним покриттям. Ця взаємодія зменшується, наприклад, нагріванням у вакуумі. Цей метод, в основному, використовується при випаровуванні.

Під час напилення та іонного нанесення шляхом бомбардування поверхні прискореними іонами видаляються не тільки адсорбовані молекули газу, але й адсорбовані забруднення з кількох моношарів поверхні основного матеріалу. Таке очищення забезпечує відмінну адгезію покриття.

Однорідність покриттів – однорідність і рівномірність нанесених покриттів, в основному, залежить від конструкції, геометричного розташування і розмірів використовуваного обладнання для нанесення покриттів. Для всіх згаданих методів, а особливо, для напилення, діє умова, що кут падіння атомів і молекул, які утворюють покриття, становить 90°. При випаровуванні на пошкоджених поверхнях ця умова може бути виконана шляхом збільшення відстані від джерела випаровування, але це відбувається за рахунок зниження швидкості нанесення покриття. Завдяки іонному покриттю рівномірність нанесених покриттів є достатньою навіть на пошкоджених поверхнях завдяки робочому плазмовому розряду.

Одним з найпростіших рішень, що забезпечують рівномірність і однорідність покриттів, є обертання тримача покритих деталей.

Для особливо фрагментованих поверхонь тримач повинен забезпечувати переміщення з декількома ступенями вільності або багаторазове затискання з необхідністю переривання процесу при позиціонуванні деталей, що, однак, збільшує час нанесення покриття.

 

Процеси фізичного осадження з парової фази - PVD покриття 

PVD — це процес осадження, під час якого матеріал випаровується з твердого або рідкого джерела у формі атомів або молекул і далі транспортується у вакуумі або плазмі на підкладку, де він конденсується та утворює тонкий шар (покриття, плівку). Його можна реалізувати за такими технологіями:

   - пароутворенням;

   - розпиленням;

   - іонним покриттям.

Принцип пароутворення – пари металів є нейтральними атомами металу. Їх рух у вакуумі підпорядковується закону випромінювання (частинки металу рухаються прямолінійно в усіх напрямках). Якщо у робочому просторі не було достатнього розрідження, частинка металу може зіткнутися з частинкою газу, що зменшить її кінетичну енергію EK, змінить її траєкторію, що негативно позначиться на властивостях покриття. Тому, високий вакуум важливий також з тих причин, що молекули газу не захоплюються поверхнею покриття. Це призведе до матового покриття з поганою адгезією до поверхні. Нарощування тонких шарів на підкладці може бути реалізовано трьома основними механізмами, рис. 50. .

 

48

Випаровування 

коли матеріал нагрівається до високої температури у вакуумі, кінетична енергія частинок у поверхневому шарі збільшується до такої міри, що вивільняються атоми або молекули. Ці частинки утворюють хмару, яка створює рівноважний тиск пари в обмеженому просторі. Якщо в цьому просторі знаходиться виріб (деталь, підкладка) з нижчою температурою, випарений матеріал конденсується на його поверхні, рис. 51. Температура випаровування - це температура, при якій тиск пари випаровуваного матеріалу становить 1,33 Па. Якщо тиск у розрідженому просторі менше 1,33·10-3 Па на відстані до 0,5 м, звільнені атоми рухаються прямолінійно, якщо не стикаються один з одним. Норма витрати залежить від форми та розміру випарника, орієнтації продукту та конденсації. На якість і структуру шарів впливає швидкість нанесення, тиск залишкових газів над поверхнею продукту і його температура. 

 

49

Розпилення тліючий розряд, що горить навколо джерела катоду, при якому іонізовані частинки робочого газу викидають атоми з його поверхні (розпилюють негативний катод). Вони проходять через вакуум (переміщуються), конденсуються на основному матеріалі, розміщеному перед катодом, і утворюють тонкий шар. Однорідність порошкоподібного шару забезпечується обертанням підкладки під час осадження. Технологічні параметри можуть істотно вплинути на кінцеві властивості покриття. Їх вибір залежить від режиму і типу системи розпилення (діод, магнетрон, нерівноважна магнетронна система, іонні пучки). Елементи процесу напилення показані на рис. 52.

При попаданні іонів робочого газу (або суміші газів) на поверхню катоду їх кінетична енергія передається атомам катоду, що викликає викид атомів з катоду - розпилення - і ерозію її поверхні, Рис. 53. Під час розпилення відбувається кілька фізичних (або хімічних) процесів, які залежать від типу та властивостей бомбардуючих іонів і цільових атомів. Розпилення є результатом зіткнення лавини атомів, яка поширюється від поверхні мішені внаслідок удару іонів.

50

Методи напилення:

- діодовий;

- тріодовий;

- високочастотний;

- магнетронний;

- реакційно-іонний. 

 

Принципова схема процесу напилення наведена на рис. 54.

51

52

Іоннепокриття

Це поєднання методів випаровування та напилення. Це спосіб формування тонких шарів (порядку 1 ÷ 20 мкм), що наносяться у вакуумі зі швидкістю 0,1 мкм.хв-1, при цьому шари можуть бути утворені одним хімічним елементом або важкоплавкими сполуками (шляхом хімічної реакції пароподібного металу у вакуумі в присутності реакційноздатних газів), таких як нітриди, оксиди, карбіди та інші сполуки. Його можна описати як випаровування в тліючому розряді або як примусове випаровування, але слід пам'ятати, що це складний механізм. Частини з покриттям виконують функцію катода, розташованого в плазмі, яка підтримується прямим або змінним високочастотним полем. Позитивно заряджені іони прискорюються в плазмі діючим електричним полем у напрямку до катода, бомбардують і безперервно очищають поверхню катода перед нанесенням покриття. Матеріал з покриттям одночасно випаровується, його випарені атоми або молекули іонізуються та прискорюються до катода, проходячи через плазму, де вони взаємодіють і створюють когерентне міцне покриття з чудовою адгезією.Схема процесу наведена на рис. 55.  

 53

Хімічнеосадженнязпаровоїфази-CVDпокриття

Технологія CVD є одним із найстаріших методів створення тонких шарів і базується на принципі хімічного синтезу покриттів із газової фази при температурі близько 1000°C, що призводить до утворення покриття. CVD зазвичай використовує суміш хімічно реактивних газів (наприклад, TiCl3, CH4, AlCl3, BCl3 тощо), нагріту до відносно високої температури 900-1100°C для осадження.

Технологія CVD дозволяє створювати шари різного складу в залежності від параметрів осадження та комбінації робочих газів. Таким чином, ми можемо створювати покриття, що складаються з Si, B, C, боридів, карбідів, нітридів, оксидів, сульфідів і силіцидів (наприклад, шари TiNx, TiC, TiB2, TiO2, TiSi2 тощо).

Обладнання CVD складається з реактора, в який поміщаються компоненти, призначені для нанесення покриття. Камера містить нагрівальні елементи, які нагрівають компоненти до необхідної температури, щоб могли відбуватися відповідні хімічні реакції (піроліз, відновлення, окислення, утворення сполук з використанням аміаку NH3 або H2O). Попередники (вихідні речовини, з яких хімічні реакції утворюють кінцевий продукт) і реакційні гази (наприклад, CH4, C2H2, NH3 та ін.) надходять у реактор із резервуарів. Щоб забезпечити надходження прекурсорів у реактор, на виході з реактора необхідно відкачувати середовище вакуумним насосом. Для цієї мети часто використовується газ-носій, наприклад Аr. На виході з реактора розміщений сепаратор для утилізації продуктів реакції, які часто є отруйними та корозійно агресивними.

Технології CVD мають такі переваги:

- приготування покриттів високої чистоти та щільності;,

- приготування покриттів з високою швидкістю нанесення;

- висока відтворюваність;

- висока адгезія;,

- рівномірна товщина покриттів навіть при складних формах колодок без необхідності обертання;,

- можливість якісного регулювання швидкості нанесення покриттів;,

- можливість використання великої кількості прекурсорів (галогеніди, гідриди, металоорганічні сполуки).

 

Недоліки методів CVD:

   необхідність нагрівання колодок до 800- 1200°С;,

- більшість прекурсорів і продуктів хімічних реакцій є отруйними, легкозаймистими, вибуховими та корозійно агресивними.

 

Основним недоліком методів нанесення покриттів CVD є необхідність попереднього нагріву підкладки до високої температури, що обмежує нанесення покриттів лише на деякі види матеріалів. Цей недолік усувається методом PE CVD (Plasma Enhanced CVD), який фактично є CVD у тліючому розряді. У цьому методі хімічні реакції стимулюються не високою температурою підкладки, а плазмою при зниженому тиску. Таким чином, реакції можуть відбуватися при значно нижчій температурі субстратів. Це досягається шляхом застосування електричної напруги при тиску від 0,1 до 1000 Па, яка створює плазму в тліючому розряді в середовищі вакуумної камери, що містить прекурсори та часто газ-носій. Плазма складається з електронів, іонів і випущених атомів та молекул. Зіткнення з електронами призводить до дисоціації та іонізації парів прекурсорів і газів- носіїв, що стимулює гетерогенні хімічні реакції на поверхні та біля поверхні прокладок. Незважаючи на те, що температура електронів досягає близько 10 000 К, їх теплоємність невелика, і немає небезпеки перегріву контактних площадок. Таким чином, можна створювати покриття від кімнатної температури. Температури осадження PVD і CVD покриттів показані на рис. 56.

54

 

Events

Katedrovica_PPSV_2025

On 04.03.2025, an event called Katedrovica was held for our students from the PPSV Ing. 1st and 2nd year study programme. We would like to take this opportunity to thank you for the awesome atmosphere and great fun.  

fotogaléria: Katedrovica_PPSV_2025 

 


KSIT 2024 International Scientific Conference  

From 02 to 05.11.2024 the KSIT 2024 conference was held in Tály, Slovakia. It brought together experts from metallurgy, metallurgy and industry from Slovakia, the Czech Republic, Poland and Romania. The event was also a celebration of the thirtieth anniversary of the scientific journal Acta Metallurgica Slovaca.   

Photos

 


Erasmus scholarship for PhD studies, year 2024  

Ing. Samuel Vilkovský took part in a one-month Erasmus+ Traineeship at the Faculty of Mechanical Engineering, University of Ljubljana, Slovenia, which broadened his knowledge with additional academic opportunities. Within the framework of the above-mentioned stay at this faculty, he also focused on future scientific cooperation with this university in the field of forming under the guidance of prof. Pepelnjak. He extended his previous knowledge in the field of simulation of forming processes by the possibilities of using Neural Network and Random Forest methods, which contributed to a new insight into new modern research techniques and methodologies. His further experience from his stay at the University of Ljubljana Mr. Ing. Vilkovský can be read by clicking on the link below.   

ERASMUS scholarship


RoadShow Sumitomo DEMAG 

On 21.05.2024 company Sumitomo DEMAG representatives visited the Institute of Technological and Materials Engineering at the Faculty of Mechanical Engineering of TUKE. This company presented cutting-edge solutions in the field of plastic injection moulding technology, including a real demonstration on an injection moulding machine. The presentation was intended for employees of the Institute of Technological and Materials Engineering, as well as for students and representatives of various companies from KE and the surrounding area. With her expertise in the field of plastic injection moulding, she pointed out the latest trends, tools as well as functions and control panels showing the entire injection moulding process. One of the many features was an introduction to the so-called activeMeltControl function, which adapts the injection moulding process to changes in material (including regranulate), automatic pressure adjustment, or correction of moulding weight fluctuations. 

 

photos


Visit of Volvo Cars 

On 14.02.2024 Volvo Cars visited the Institute of Technological and Materials Engineering at the Faculty of Mechanical Engineering, TUKE. They were interested in study programs oriented on the issue of automotive production, scientific and research activities and possibilities of further cooperation. There was a discussion about the possibility of applying our graduates within the company. A number of study programmes of our faculty offer a wide range of graduates who can find employment in the newly created company in Valaliky Industrial park. In the coming period, representatives of Volvo Cars will visit the laboratories and workplaces of the Faculty of Mechanical Engineering.   

photo from the visit: Volvo


International Scientific Conference PRO-TECH-MA 2023 and Košice Innovation and Technology Summit KSIT 2023 

An international scientific conference was held in Herľany on 06-08.09.2023.   

photo from the conference: PRO-TECH-MA 2023


Visit to RF Elements company 

On 27.06.2023 an excursion was held for the students of the PPSV Ing. studies in the company RF Elements in their development and production centre at the city of Humenne.  

photo from the excursion: RF elements


CEEPUS Summer School 2021

As part of the CEEPUS scholarship program, KTMaPPV students completed a study stay at Politechnika Svietokrzyska in KIelce, Poland. As part of their two-week stay, they had the opportunity to take interesting lectures, visit the laser technology center, several laboratories, but also get to know the city and its surroundings in free time. As part of the summer school, they also visited the 25th year of the exhibition PLASTPOL

YOu can find more photos in photo gallery: letná škola CEEPUS 2021


       Revitalization of the KTMaPPV

During the summer months, the premises of the Department of Technology, Materials and Computer Aided Production on Mäsiarska street were renovated.

More photos you can find in the photo gallery: revitalizácia priestorov KTMaPPV


       PRO-TECH-MA 2020

An international scientific conference (venue of Rzeszów) was held on 21 October 2020. For more information, visit

https://protechma2020.prz.edu.pl/main-page

  


       Summer school CEEPUS

The students of the 2nd year of engineering studies of the PPSV study program completed a study stay at the University Politechnika Świętokrzyska in Kielce, Poland, within the CEEPUS scholarship program. During the two-week stay, they had the opportunity to attend interesting lectures, visit the laser technology center, but also get to know the city and its surroundings in their free time.   

         fotogaléria zo študijného pobytu


       PRO-TECH-MA 2019

An international scientific conference will take place in Herľany from 15 to 17 September 2019. All interested parties from Slovakia and abroad are invited. More information can be found at:   

         https://www.sjf.tuke.sk/kstam/protechma/


       Open Door Day 2019

        Fotogaléria deň otvorených dverí

On March 20, 2019, an event entitled ,,Open Day" was held in the University Library of the Technical University in Košice, which was attended by the general scientific and lay public as well as students and teachers of secondary schools.  As part of the Open Day event, employees of the technologies and materials informed about the possibilities of studying the Bachelors study program Technology, Management nad Innovation of Mechanical Engineering as well as about the knowledge that students can acquire and then apply in practice after studying other study programs at KSTaM. 


newex HORIZON 2020 - NEWEX project

                    Fotogaléria

On February 25-26, 2019, a management meeting and workshop was held at KSTaM within the international project NEWEX entitled „Research and development of a new generation of machines for processing composite and nanocomposite materials“, where the design and production of a new innovative extruder is concerned. The implementation of this project supports real cooperation between industry and education, which is of key importance for the European research development strategy.   


Snímka1

STEEL Park

Kreatívna fabrika
At our department under the leadership of prof. Ing. Emila Spišáka, CSc. and Ing. Juraja Hudáka, CSc. as well as the other educators, employees and students and the guarantor of the project U.S. Steel Košice was gradually prepared and realized one of the exhibits - the production of a toy car from sheet steel.  


 

sutaz icon

 

Competition

Fotogaléria

On March 19, 2015, a competition of FME TU students in CNC machine programming took place. It was prepared by the Department of Computer Aided Technologies and the Department of Mechanical Engineering Technologies and Materials under the auspices of the Dean of the Faculty of Mechanical Engineering Dr.h.c. mult. prof. Ing. Františka TREBUŇU, CSc.


7 512

 

Conference

 

On 7 and 9 October 2015, the international scientific conference Pro-tech-ma 2015 and Surface Engineering 2015 took place, organized by the Department of Mechanical Engineering Technologies and Materials in cooperation with the universities of the Rzeszow University of Technology and Polish University of Technology. The conference took place at the Hotel Hubert in Gerlachov in the High Tatras. 

EUR-ACE European Accreditation of Engineering Programmes

With EUR-ACE accreditation, the university receives the EUR-ACE label, which allows it to be among the leading European universities and colleges that have already received this label. It gives students the assurance that by completing a EUR-ACE accredited degree, they will meet the most exacting criteria set for graduates in European business practice. The EUR-ACE label guarantees that the holder meets demanding criteria, not only in terms of organisation but also in terms of the content and outcomes of the study programme.

 

EUR ACE Bachelor   EUR ACE Master

Calendar

No event in the calendar
May 2004
Mon Tue Wed Thu Fri Sat Sun
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

Welding school

 

welding school

 

cert1 001

 tuke mais mail telefon stravovanie kniznica zamestnanci

"Ideas alone have little worth. The value of innovation lies in its practical implementation"

 

Werner von Siemens (in letter to his brother Carl, 1865)

katedra mapa

Mäsiarska 74
040 01 Košice - Old town
Slovak Republic

Contact

Department of Technology, Materials and Computer-Aided Technologies
Institute of Technology and Materials Engineering
Faculty of Mechanical Engineering
Technical University of Košice

 

Head of the department and director of the institute: prof. Ing. Emil Spišák, CSc.
phone: 055/602 3502
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Secretariat: Ing. Eva Krupárová
phone: 055/602 3502
e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

https://www.facebook.com/KatPPT

 

budova