материалов

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Заведующий выпускающей
кафедрой МиТХИ, проф.
______________Е.И. Пряхин
«31» августа 2012 г.
Утверждаю
Заведующий кафедрой
МиТХИ, проф.
_______________ Е.И. Пряхин
«31» августа 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«АМОРФНЫЕ И МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ
МАТЕРИАЛЫ»
Направление подготовки: 150100.68 – Материаловедение
и технологии материалов
Профиль подготовки: Материаловедение и технология
наноматериалов и покрытий
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: заочная
Составитель: доцент Барсуков В.Н.
Санкт-Петербург
2012
1. Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины – дать будущим магистрам по материаловедению и
технологии материалов современные знания об аморфном и микрокристаллическом состояниях вещества, необходимые для решения материаловедческих и металлургических задач, совершенствования существующих и создания новых (в том числе нано-) материалов.
Задачи дисциплины:
- формирование научных представлений о природе аморфного состояния и структуре аморфных материалов;
- ознакомление с комплексом физико-химических и механических
свойств аморфных сплавов и использованием этих свойств как служебных
свойств материалов;
- изучение способов получения материалов в аморфном состоянии и
методов формирования микрокристаллической структуры в металлах и сплавах;
- формирование знаний о природе сверхпластичности микрокристаллических материалов и промышленном использовании сверхпластической деформации.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к циклу М2 (вариативная часть).
Для изучения дисциплины «Аморфные и микрокристаллические материалы»
необходимы
знания,
умения
и
компетенции,
полученные
обучающимися при изучении дисциплин «Математическое моделирование и
современные проблемы наук о материалах и процессах», «Основы научных
исследований», «Физика и химия конденсированного состояния/Теория электронного строения твердых тел», «Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов», «Объемные наноструктурированные
конструкционные материалы».
2
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих общекультурных (ОК) и профессиональных (ПК) компетенций:
Код
компетенции
Название компетенции
ОК-1
Способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный
и общекультурный уровень и профессионализм, устранять пробелы
в знаниях и обучаться на протяжении всей жизни
ОК-2
Владение навыками развития научного знания и приобретения нового
знания путем исследований, оценки, интерпретации и интегрирования
знаний, проведения критического анализа новых идей
ОК-6
Способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые
знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности
ОК-8
Владение навыками формирования и аргументации собственных суждений и научной позиции на основе полученных данных, умение анализировать и делать выводы по социальным, этическим, научным
и техническим проблемам, возникающим в профессиональной деятельности, с учетом экологических последствий
ПК-1
Владение базовыми знаниями теоретических и прикладных наук и развитие их самостоятельно с использованием в профессиональной деятельности при анализе и моделировании, теоретическом и экспериментальном исследовании материалов и процессов
ПК-6
Умение использовать методы моделирования и оптимизации, стандартизации и сертификации для оценки и прогнозирования свойств материалов и эффективности технологических процессов
ПК-7
Понимание и самостоятельное использование физических и химических основ, принципов и методики исследований, испытаний и диагностики веществ и материалов; наличие навыков комплексного подхода к
исследованию материалов и технологий их обработки и модификации,
включая стандартные и сертификационные испытания материалов, изделий и процессов
В результате изучения дисциплины студент должен овладеть основами
знаний по дисциплине, формируемыми на следующих уровнях:
Знать:
- принципы и типовые технологические процессы получения металли3
ческих материалов в аморфном и микрокристаллическом состояниях;
- особенности структуры и свойства аморфных и микрокристаллических материалов;
- современные и перспективные области применения этих материалов.
Уметь:
- осваивать результаты новых теоретических и экспериментальных исследований в области аморфных и микрокристаллических материалов;
- включать приобретенные знания о технологиях получения и свойствах аморфных и микрокристаллических материалах в уже имеющуюся систему знаний.
Владеть:
- стандартной терминологией и определениями, относящимися к
аморфным и микрокристаллическим материалам;
- рациональными методами сбора, систематизации и анализа научнотехнической и другой информации, касающейся технологии получения и
свойств аморфных и микрокристаллических материалов.
- осознанием значимости и роли аморфных и микрокристаллических
материалов как разновидности материалов будущего.
- осознанием значимости и роли процессов на поверхности твёрдого
тела для технологий производства и модифицирования современных материалов,
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы.
Вид учебной работы
Всего
часов
14
3
14
Лекции
4
4
Практические занятия (ПЗ)
10
10
Аудиторные занятия (всего)
Семестры
В том числе:
Семинары (С)
4
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
94
94
26
26
36
36
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат (или электронная презентация)
Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к лабораторным работам
Составление отчетов
к лабораторным работам
Защита лабораторных работ
Подготовка к сдаче зачета
Вид промежуточной аттестации
(зачет, экзамен)
Общая трудоемкость, час
Зач. ед.
зачет
108
3
108
3
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№№ Наименование раздела
п/п
дисциплины
1. Введение
2.
Аморфное состояние
вещества
Содержание раздела
Содержание и цель курса, его место
в подготовке магистров по направлению
150100 - материаловедение и технологии
материалов.
Аморфное состояние металлических систем. Условия образования аморфных
структур. Строение металлических расплавов. Критическая скорость охлаждения.
Влияние переохлаждения и физикохимических свойств расплава на скорость
образования и роста зародышей новой фазы. Изменения структуры при превращении
расплава в аморфное твердое вещество.
Факторы, влияющие на способность металлов и сплавов к аморфизации; степень
аморфности. Классификация аморфных
5
3.
Способы получения
материалов в аморфном
состоянии
4.
Структура аморфных
материалов
5.
Свойства аморфных
сплавов
сплавов.
Особенности и характеристики методов
получения аморфных сплавов (из расплавов, вакуумного напыления, химического
осаждения и электроосаждения, ионной
имплантации, поверхностной аморфизации
и др.).
Технологические и конструкционные особенности процесса получения аморфных
сплавов методом сверхбыстрой закалки
расплавов. Промышленное производство
аморфных металлических лент, аморфной
проволоки и порошков аморфных сплавов.
Статистическое описание атомного распределения в аморфных системах. Модели
атомного строения аморфных тел; структурные дефекты в аморфном состоянии.
Явления, происходящие при нагреве
аморфных сплавов. Термическая стабильность аморфного состояния.
Ферромагнетизм и ферримагнетизм аморфных сплавов. Характеристики и способы
улучшения свойств аморфных магнитномягких материалов. Аморфные металлические материалы с другими функциональными магнитными свойствами.
Электронная структура, электросопротивление и сверхпроводимость аморфных
сплавов. Критическая температура Тс
аморфных сплавов переходных металлов;
факторы, контролирующие величину Тс.
Пути улучшения свойств аморфных сверхпроводников.
Упругие характеристики, прочность и пластичность аморфных сплавов. Зависимость
механических свойств от температуры и
скорости деформации. Вязкость разрушения. Механизмы деформации аморфных
сплавов.
Химические свойства аморфных сплавов.
Коррозия аморфных сплавов на основе железа, кобальта и никеля. Причины высокой
коррозионной стойкости аморфных сплавов. Радиационная стойкость аморфных
6
6.
Применение аморфных
металлических
материалов
7.
Микрокристаллические
материалы
8.
Феноменология
и природа
сверхпластичности
материалов
сплавов.
Свойства аморфных материалов и примеры
их использования: высокопрочные, коррозионно-стойкие, магнитно-мягкие, инварные и элинварные сплавы; другие аморфные металлические материалы.
Перспективы применения аморфных
материалов.
Особенности микроструктуры и свойства
субмикро- и микрокристаллических материалов. Технологические свойства микрокристаллических материалов.
Измельчение структуры методом порошковой металлургии. Деформационные методы
формирования субзеренной и зеренной
структуры. Физико-механические основы
измельчения структуры при холодной деформации. Формирование микрокристаллической структуры посредством рекристаллизации и фазовых превращений.
Измельчение структуры в крупногабаритных поковках и заготовках.
Микроструктурные аспекты сверхпластичности. Температурно-скоростные условия
и параметры сверхпластической деформации. Современные представления о природе сверхпластичности. Формообразование
деталей с использованием сверхпластичности. Технико-экономические предпосылки
применения сверхпластической деформации.
.
5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи
с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№№ разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения
№№ Наименование обеспечиваемых
обеспечиваемых (последующих) дисциплин
п/п
(последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
8
1. Физико-механические свойства
наноструктурированных
+
+
+
+
+
+
+
+
материалов и покрытий
2. Проектирование технологиче+
+
+
+
+
+
+
+
ских процессов формирования
7
и обработки наноматериалов
и покрытий
Специальные покрытия
и способы их нанесения /
Наноструктурные сверхтвердые
материалы и алмазоподобные
пленки
Научно-исследовательская
работа
3.
4.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплины и виды занятий
№
Наименование
№
раздела дисциплины
п/п
1. Введение
2.
Аморфное состояние вещества
3.
Способы получения материалов
в аморфном состоянии
Структура аморфных
материалов
Свойства аморфных сплавов
4.
5.
6.
7.
8.
Лекции
Применение аморфных
металлических материалов
Микрокристаллические
материалы
Феноменология и природа
сверхпластичности материалов
Итого:
Практ.
зан.
Лаб.
зан.
Семин.
Всего,
час.
1
С
Р
С
1
2
14
16
14
16
9
10
2
14
16
2
14
16
2
14
16
2
14
16
10
94
108
2
1
4
2
6. Лабораторный практикум –
не предусмотрено учебным планом и основной образовательной программой.
7. Практические занятия
№
№
п/п
1.
2.
3.
№ раздела
3
5
6
Тематика практических занятий
Способы получения аморфных сплавов
Физико-механические свойства аморфных
сплавов
Области применения аморфных металлических
8
Трудоемкость,
час
2
2
2
4.
5.
7
8
материалов
Методы получения микрокристаллических
структур материалов
Обработка материалов с использованием
сверхпластической деформации
2
2
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) не предусмотрено учебным планом и основной образовательной программой.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины
а) основная литература:
1. Судзуки, К. Аморфные металлы / К. Судзуки, Х. Фудзимори, К. Хасимото; Под ред. Ц. Масумото; пер. Е.И. Поляка; под ред. И.Б. Кекало. – М.:
Металлургия, 1987. – 328 с.
2. Филонов, М. Р. Теоретические основы производства аморфных и нано-кристаллических сплавов методом сверхбыстрой закалки: монография /
М. Р. Филонов, Ю. А. Аникин, Ю. Б. Левин. – М.: МИСИС, 2006. – 327 с.
3. Кекало, И.Б. Аморфные, нано- и микрокристаллические магнитные
материалы. Лабораторный практикум / И.Б. Кекало, Е.А. Шуваева. М.: МИСиС, 2008. – 310 с.
4. Кайбышев, О. А. Сверхпластичность, измельчение структуры и обработка труднодеформируемых сплавов / О. А. Кайбышев, Ф. З. Утяшев. –
М.: Наука, 2002. – 438 с.
5. Носкова, Н.Н. Субмикрокристаллические и нанокристаллические металлы и сплавы / Н.Н. Носкова, Р.Р. Мулюков. – Екатеринбург: Изд-во Урал.
отд. РАН, 2003. – 278 с.
б) дополнительная литература:
6. Белащенко, Д.К. Структура жидких и аморфных металлов / Д.К. Белащенко. – М.: Металлургия, 1985. – 192 с.
7. Глезер, А.М. Аморфные и нанокристаллические структуры: сходства, различия, взаимные переходы / А.М. Глезер // Рос. хим. журн. – 2002.
– Т. XLVI, №5. – С. 57-63.
9
8. Глезер, А.М. Механическое поведение аморфных сплавов / А.М.
Глезер [и др.]. – Новокузнецк:
СибГИУ, 2006. – 416 с.
9. Золотухин, И.В. Физические свойства аморфных металлических
сплавов / И.В. Золотухин. – М.: Металлургия, 1986. – 176 с.
10. Рыжонков, Д.И. Ультрадисперсные системы: получение, свойства,
применение / Д.И. Рыжонков, В.В. Левина, Э.Л. Дзидзигури: учебное пособие. – М.: Учеба, 2003. – 181 с.
11. Митин, Б.С. Порошковая металлургия аморфных и микрокристаллических материалов / Б.С. Митин, В.А. Васильев. – М.: Металлургия, 1992.
– 128 с.
12. Валиев, Р.З. Объемные наноструктурные металлические материалы:
получение, структура и свойства / Р.З. Валиев, И.В. Александров. – М.: Академкнига, 2007. – 398 с.
13. Добаткин, С.В. Наноматериалы. Объемные металлические нано- и
субмикрокристаллические материалы, полученные интенсивной пластической деформацией / С.В. Добаткин: учебное пособие. – М.: МИСиС, 2007. –
36 с.
в) электронные ресурсы:
1. Сайт о нанотехнологиях в России [Электронный ресурс]:
http://www.nanoware.ru/
2. Интернет-журнал о нанотехнологиях. [Электронный ресурс]:
http://www.nanodigest.ru/
3. Российский электронный НАНОЖУРНАЛ. [Электронный ресурс]:
http://www.nanorf.ru/
4. Нанотехнологии: сегодня и будущее. [Электронный ресурс]:
http://www.nanoevolution.ru/cat/nanomedicina/
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Кафедра материаловедения и технологии художественных изделий имеет мультимедийную аудиторию для проведения лекционных и практических
10
занятий и располагает необходимым комплектом мультимедийных материалов.
11. Методические рекомендации по организации изучения
дисциплины
Изучаемая дисциплина содержит материал, существенно дополняющий
информацию о конденсированном состоянии вещества, полученную при
обучении по программе бакалавриата и в дисциплинах «Физика и химия конденсированного состояния» или «Теория электронного строения твердых
тел» программы магистратуры.
Дисциплина включает большое количество учебного материала, а время аудиторных занятий ограничено. Следствием этого является появление
трудностей при усвоении новой информации лекционных и практических занятий.
Чтобы снизить трудоемкость восприятия материала дисциплины, необходима:
- активная работа обучающихся на практических занятиях, участие в
обсуждении узловых понятий;
- постоянная самостоятельная работа обучающихся; особенно важно
тщательно относиться к выполнению заданий преподавателя и самостоятельному разбору теоретических и практических аспектов дисциплины.
Дополнительной трудностью освоения дисциплины является то, что ее
материал базируется на уже пройденных разделах физики, химии и физической химии, изучавшихся по программе бакалавриата.
Аттестация обучающегося по дисциплине является совокупностью
данных по успешности выполнения им требований учебной программы (посещения лекционных и практических занятий, подготовки реферата или
электронной презентации, сдачи зачета в форме итогового тестирования и
собеседования с преподавателем).
11
Разработчик:
кафедра МиТХИ
доцент
Барсуков В.Н.
профессор
Пряхин Е.И.
профессор
Петкова А.П.
Эксперты:
кафедра МиТХИ
12