Физическое материаловедение конденсированных сред

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет _______физический___________

(наименование)

Кафедра ______ФТТ и НС__________

(наименование)

	УТВЕРЖДАЮ
	Проректор по учебной работе
	________________
	«____»_______________ 2011 г.

  РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Физическое материаловедение конденсированных сред

образовательная программа направления 011200 - Физика

Блок Б3.В.3. Профессиональный цикл. Вариативная часть

Профиль подготовки

Физика конденсированного состояния вещества

Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр физики

Форма обучения

очная

Курс 3 семестр 6

Самара

2011

Рабочая программа составлена на основании федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования направления (специальности) 011200 ФИЗИКА, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации № 000 от 8 декабря 2009 г. Зарегистрировано в Минюсте России 8 февраля 2010 г. № 000

Составители рабочей программы:

, доцент кафедры ФТТи НС, к. т.н.

Рецензент:

, зав. кафедрой металловедения порошковой металлургии и наноматериалов Самарского государственного технического университета, д. т.н., профессор

Рабочая программа утверждена на заседании кафедры

(наименование)

(протокол № от «____» _____________ 2011 г.)

(дата)

Заведующий кафедрой

²____² _____________ 2011 г. _______________ ______________________________

(дата) (подпись) (Ф. И.О.)

(Ф. И.О.)

СОГЛАСОВАНО

Председатель

методической

комиссии факультета

²____² _____________ 2011 г. _______________ ______________________________

(дата) (подпись) (Ф. И.О.)

СОГЛАСОВАНО

Декан

факультета

²____² _____________ 2011 г. _______________ ______________________________

(дата) (подпись) (Ф. И.О.)

СОГЛАСОВАНО

Начальник

методического отдела

²____² _____________ 2011 г. _______________

1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины

1.1.  Цели и задачи изучения дисциплины

Цель дисциплины – дать представления об атомной структуре металлов, кинетике их кристаллизации, ознакомить студентов с такими основными разделами современного физического материаловедения, как термодинамическая теория фазовых переходов, классические диаграммы состояния, тройные диаграммы состояния, необходимые современному специалисту по физике конденсированного состояния вещества. В спецкурсе рассматривается кинетика формирования жидких кристаллов, термо-, электро - и магнитооптические свойства жидких кристаллов. Спецкурс дает представления также об особенностях аморфного состояния вещества, кинетике аморфизации, специфике механических, коррозионных, электрических и магнитных свойствах аморфных материалов. Спецкурс знакомит с особенностями структуры, свойствами и технологией изготовления моно-, полинаправленных и случайно ориентированных композиционных материалов.

Особое внимание в спецкурсе уделено закономерностям физико-химических процессов в пространственно ограниченных наноразмерных областях с целью управления отдельными атомами и молекулами наноструктур и наноустройств, их использованию и технологии их получения.

Дисциплина «Физическое материаловедение конденсированных сред» предполагает формирование и развитие у студентов общих представлений и умений осмысливать теоретический материал курса

1.2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля)

В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен

знать:

-закономерности формирования твердых растворов, структуру и свойства упрочняющих фаз, основы теории самопроизвольной и не самопроизвольной кристаллизации, атомной теории роста кристаллов, классификацию сил связи твердых тел, теорию формирования, структурных особенностей и физико-химических свойств новых материалов: жидких кристаллов, аморфных, композиционных и наноматериалов, технологию их изготовления и направления их практического использования;

уметь:

-интерпретировать двойные и тройные диаграммы состояния, применить полученные знания при исследовании сплавов различных материалов, измерении твердости и других механических свойств;

владеть:

-представлениями о проблемах физического материаловедения конденсированных сред и понимать задачи и перспективы его развития;

-навыками вести целенаправленный поиск литературы по заданному направлению по реферативным журналам, электронным библиотекам и другим Internet-источникам, анализировать общие проблемы физического материаловедения;

быть способным:

- самостоятельно ориентироваться в тематике научной литературы по общим вопросам физического материаловедения конденсированных сред, металлофизики и металловедения;

-обобщать, анализировать и обосновывать свою позицию по общим проблемам физического материаловедения конденсированных сред.

быть готовым:

- к пониманию общих фундаментальных принципов описания строения и свойств твердых тел и методах их исследования и получения;

- к углублению знаний в области физики конденсированного состояния вещества и физического материаловедения;

владеть компетенциями:

Код компетенции	Наименование результата обучения
ОК-1	Способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук
ОК-3	Способность приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии
ОК-16	Способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности навыки работы с информацией из различных источников
ОК-17	Способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области информатики и современных информационных технологий, навыки использования программных средств и навыков работы в компьютерных сетях, умением создавать базы данных и использовать ресурсы Интернет
ОК-20	Способность использовать нормативные правовые документы в своей деятельности
ОК-21	Способность понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества. Сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны
ПК-1	Способность использовать базовые теоретические знания для решения профессиональных задач
ПК-2	Способность применять на практике базовые профессиональные навыки
ПК-3	Способность эксплуатировать современную физическую аппаратуру и оборудование
ПК-4	Способность использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин (в соответствии с профилем подготовки)
ПК-5	Способность применять на практике базовые профессиональные знания теории и методов физических исследований (в соответствии с профилем подготовки)
ПК-6	Способностью пользоваться современными методами обработки, анализа и синтеза физической информации (в соответствии с профилем подготовки)
ПК-7	Способность формировать суждения о значении и последствиях своей профессиональной деятельности с учетом социальных, правовых, этических и природоохранных аспектов
ПК-8	Способность понимать и использовать на практике теоретические основы организации и планирования физических исследований
ПК-10	Способность понимать и излагать получаемую информацию и представлять результаты физических исследований
ПК-11	Способность понимать общую структуру дисциплин профиля и взаимодействие между ними
ПК-12	Способность понимать профессиональные задачи в области научно-исследовательской деятельности в соответствии с полученным профессиональным профилем
ПК-13	Способность практически использовать знания, полученные при изучении профильных дисциплин
ПК-14	Способность формулировать задачи прикладных исследований в избранной области физики
ПК-15	Способность демонстрировать понимание качества исследований, относящихся к избранной области физики

1.3. Место дисциплины в структуре ООП

Изучение дисциплины «Физическое материаловедение конденсированных сред» основывается на знаниях, полученных слушателями при изучении курсов «Общая физика», «Электричество», «Электродинамика», «Термодинамика», «Квантовая механика», «Введение в физику конденсированного состояния», «Электронные свойства твердых тел», «Симметрия и структура конденсированных сред».

Понятия и усвоенные закономерности, приобретенные навыки и умения, способности сформированные в курсе «Физическое материаловедение конденсированных сред» будут использованы в обязательных курсах «Дифракционный структурный анализ конденсированных сред», «Электронная микроскопия конденсированных сред», «Диффузионные процессы в конденсированных средах» и при выполнении выпускной работы.

2. Содержание дисциплины

2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы

Семестр - 6, вид отчетности – зачет

Вид учебной работы	Объем часов/ зачетных единиц
Трудоемкость изучения дисциплины	108 / 3
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)	60
в том числе:
лекции	28
практические занятия	8
лабораторные работы	24
Самостоятельная работа студента (всего)	42
в том числе:
Подготовка к практическим занятиям	4
Подготовка к лабораторным работам	12
Самостоятельное изучение тем	20
Подготовка реферата	6
КСР	6

2.2. Тематический план учебной дисциплины

Наименование разделов и тем	Содержание учебного материала, лабораторные работы и практические занятия, самостоятельная работа обучающихся, курсовая работа (проект)	Объем часов/ зачетных единиц	Образователь-ные технологии	Формируемые компетенции/ уровень освоения*	Формы текущего контроля
1	2	3	4	5	6
Раздел 1. Атомная структура материалов.	Координационное число ионных кристаллов	19
Тема 1.1. Классификация твердых тел по характеру сил связи.	Лекции	2	Проблемная лекция	ПК-4/1 ПК-7/1 ПК-11/1 ПК-12/1	-
1	Задачи материаловедения. Классификация твердых тел.
2	Структура ионных и ковалентных кристаллов
3	Координационное число ионных кристаллов
4	Пространственная направленность ковалентных связей
5	Координационное число ковалентных кристаллов
6	Схема распределения валентных электронов в атоме углерода и кристалле алмаза
Самостоятельная работа студента	2		ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2	Собеседование по теме
1	Самостоятельное изучение тем: Атомная структура материалов. Характеристика металлического состояния.
Тема 1.2. Кристаллизация	Лекции	4	Проблемная лекция	ПК-4/1 ПК-7/1 ПК-11/1 ПК-12/1	Устный опрос
	1	Самопроизвольная и не самопроизвольная кристаллизация
	2	Взаимная растворимость металлов
	3	Свободная энергия образования сферической капли и капли на подложке при кристаллизации
	4	Основной закон структурного и размерного соответствия. Атомная теория роста кристаллов
	5	Эвтектическая кристаллизация
	6	Кристаллизация при быстром охлаждении
	7	Перераспределение примесей и морфология поверхности раздела металл-расплав
	Практические занятия	2	Решение задач	ОК-1/2 ПК-1/2 ПК-5/2 ПК-13/2	Групповое обсуждение
	1	Построение кристаллических решеток на примере соединений NaCl и CsCl.
	2	Дефекты роста при кристаллизации
	3	Блоки мозаичной структуры, фрагменты
	Лабораторные работы		Эксперимен-тальная работа по заданному алгоритму	ОК-1/2 ОК-3/2 ПК-3/2 ПК-5/2 ПК-10/2	Устное собеседование
	1	Изучение устройства и принципа работы металлографического микроскопа	2
	2	Приготовление микрошлифа для изучения микроструктуры с помощью светового микроскопа	1
	3	Изучение первичной кристаллизации в некоторых материалах.	1
	Самостоятельная работа студента	2 1 2		ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2	Собеседование по теме
	1	Самостоятельное изучение тем: Влияние растворимых и нерастворимых примесей на процессы кристаллизации, модификация расплавов
	2	Подготовка к практическим занятиям
	3	Подготовка к лабораторным работам
Раздел 2. Структура и свойства твердых растворов.		42
Тема 2.1. Строение сплавов	Лекции	2	Проблемная лекция	ПК-4/1 ПК-7/1 ПК-11/1 ПК-12/1	Устный опрос
	1	Физическая природа фаз, твердые растворы, химические соединения и промежуточные фазы
	2	Твердые растворы замещения, внедрения и вычитания
	3	Термодинамика процесса упорядочения
	4	Упорядоченные твердые растворы (сверхструктуры), промежуточные фазы
	Лабораторные работы	2	Эксперимен-тальная работа по заданному алгоритму	ОК-1/2 ОК-3/2 ПК-3/2 ПК-5/2 ПК-10/2	Устное собеседование
	1	Определение микротвердости металлов
	Самостоятельная работа студента	2 1		ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2	Собеседование по тнме
	1	Самостоятельное изучение тем: Фазы постоянного состава с разницей атомных радиусов на 20-30%, сигма-фазы.
	2	Подготовка к лабораторным работам.
Тема 2.2. Диаграммы состояния	Лекции	4	Проблемная лекция	ПК-4/1 ПК-7/1 ПК-11/1 ПК-12/1	Устный опрос
	1	Основы графического метода термодинамики.
	2	Графическое построение диаграмм состояния. Каноды. Фигуративные точки.
	3	Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью компонентов, кривые охлаждения
	4	Эвтектические, перитектические и эвтектоидные диаграммы состояния
	5	Диаграммы состояния с промежуточной фазой с бинодалью. Правило фаз, правило отрезков.
	6	Тройные диаграммы состояния, определение состава тройного сплава.
	7	Тройная система с тройной эвтектикой и перитектикой.
	Практические занятия	2	Решение задач	ОК-1/2 ПК-1/2 ПК-5/2 ПК-13/2	Групповое обсуждение
	1	Определение типа твердого раствора. Фазы с ионным, ковалентным и металлическим типами связи.
	2	Система металл-металл, электронные соединения переменного состава (фазы Юм-Розери)
	3	Применение правила фаз к эвтектической диаграмме состояния, мнемоническое правило для определения количества фаз.
	Лабораторные работы	2	Эксперимен-тальная работа по заданному алгоритму	ОК-1/2 ОК-3/2 ПК-3/2 ПК-5/2 ПК-10/2	Устное собеседование
	1	Количественный металлографический анализ.
	Самостоятельная работа студента	2 1 1		ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2	Собеседование по теме
	1	Самостоятельное изучение тем: Тройная диаграмма для случая неограниченной растворимости компонента в твердом состоянии.
	2	Подготовка к практическим занятиям
	3	Подготовка к лабораторным работам.
Тема 2.3. Диаграмма состояния железо-углерод.	Лекции	2	Проблемная лекция	ПК-4/1 ПК-7/1 ПК-11/1 ПК-12/1	Устный опрос
1	Метастабильная (железо-карбид железа) и стабильная (железо-графит) диаграммы состояния
2	Три основные превращения на диаграмме состояния (перитектическая, эвтектическая и эвтектоидная реакции)
3	Феррит, аустенит, цементит, графит, ледебурит, перлит. Основные свойства этих фаз и их кристаллические решетки
Самостоятельная работа студента	2		ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2	Собеседование по теме
1	Самостоятельное изучение тем: Проанализировать основные превращения на диаграмме состояния «железо-углерод».
Тема 2.4. Термическая обработка	Лекции	2	Проблемная лекция	ПК-4/1 ПК-7/1 ПК-11/1 ПК-12/1	Устный опрос
	1	Основы теории термической обработки
	2	Классификация видов термической обработки
	3	Химико-термическая и термо-механическая обработки. Рекристаллизация.
	4	Основные виды термической обработки стали
	5	Мартенситные превращения
	Практические занятия	2	Решение задач	ОК-1/2 ПК-1/2 ПК-5/2 ПК-13/2	Групповое обсуждение
	1	Построение кривых охлаждения для трех превращений диаграммы состояния «железо-углерод».
	2	Термическая обработка материалов с различной растворимостью при низких и высоких температурах.
	Лабораторные работы		Эксперимен-тальная работа по заданному алгоритму	ОК-1/2 ОК-3/2 ПК-3/2 ПК-5/2 ПК-10/2	Устное собеседование
	1	Влияние температуры и продолжительности старения на твердость сплава дюралюмина	2
	2	Изучение явления возврата в дюралюминах	2
	3	Термическая обработка бериллиевой бронзы БрБ2	1
	4	Упрочняющая термическая обработка титановых сплавов	1
	5	Высокотемпературная металлография	2
	Самостоятельная работа студента	2 1 4		ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2	Собеседование
	1	Самостоятельное изучение тем: Влияние термической обработки на свойства стали
	2	Подготовка к практическим занятиям
	3	Подготовка к лабораторным работам.
Раздел 3. Перспективные материалы в материаловедении.		35
Тема 3.1. Жидкие кристаллы	Лекции	2	Проблемная лекция	ПК-4/1 ПК-7/1 ПК-11/1 ПК-12/1	Устный опрос
	1	Структурные особенности жидких кристаллов, ориентационный порядок молекул в жидких кристаллах
	2	Теория формирования жидких кристаллов
	3	Физические свойства жидких кристаллов
	4	Оптические свойства жидких кристаллов, их изменение цвета в определенном интервале температур
	Лабораторные работы	2	Эксперимен-тальная работа по заданному алгоритму	ОК-1/2 ОК-3/2 ПК-3/2 ПК-5/2 ПК-10/2	Устное собеседование
	1	Самостоятельное изучение тем: Исследование структуры жидких кристаллов
	Самостоятельная работа студента	2 1		ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2	Собеседование по теме
	1	Факторы, управляющие структурой и свойствами жидких кристаллов
	2	Подготовка к лабораторным работам.
Тема 3.2. Композиционные материалы	Лекции	4	Проблемная лекция	ПК-4/1 ПК-7/1 ПК-11/1 ПК-12/1	Устный опрос
1	Классификация композиционных материалов
2	Случайно ориентированные и волокнистые композиционные материалы
3	Технология изготовления композиционных материалов
Лабораторные работы	4	Экспериментальная работа по заданному алгоритму	ОК-1/2 ОК-3/2 ПК-3/2 ПК-5/2 ПК-10/2	Устное собеседование
1	Исследование структуры композиционных материалов
Самостоятельная работа студента	2 2		ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2
1	Самостоятельное изучение тем: Анизотропность свойств композиционных материалов
2	Подготовка к лабораторным работам.
Тема 3.3. Аморфные твердые тела и покрытия	Лекции	2	Проблемная лекция	ПК-4/1 ПК-7/1 ПК-11/1 ПК-12/1	Устный опрос
	1	Особенности аморфного состояния
	2	Кинетика аморфизации
	3	Механические, коррозионные, электрические и магнитные свойства аморфных материалов
	4	Получение аморфных покрытий при плазменном получении материалов
	5	Способы обработки металлических поверхностей
	Практические занятия	2	Решение задач	ОК-1/2 ПК-1/2 ПК-5/2 ПК-13/2	Групповое обсуждение
	1	Расчеты физико-механических свойств мононаправленных композиционных материалов
	2	Определение разницы удельных объемов в аморфном и кристаллическом состояниях
	Лабораторные работы	2	Эксперимен-тальная работа заданному алгоритму	ОК-1/2 ОК-3/2 ПК-3/2 ПК-5/2 ПК-10/2	Устное собеседование
	1	Физические свойства аморфных твердых тел и покрытий
	Самостоятельная работа студента	2 1 1		ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2	Собеседование по теме
	1	Самостоятельное изучение тем: Магнитное упорядочение аморфных сплавов
	2	Подготовка к практическим занятиям
	3	Подготовка к лабораторным работам.
Тема 3.4. Наноматериалы	Лекции	4	Проблемная лекция	ПК-4/1 ПК-7/1 ПК-11/1 ПК-12/1	Устный опрос
1	Физические взаимодействия на наномасштабах
2	Структура и свойства наноматериалов
3	Использование наноматериалов
4	Магнитные наноструктуры
Самостоятельная работа студента	2		ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2	Собеседование по теме
1	Самостоятельное изучение тем: Углеродные нанотрубки
2	Многослойные наноструктуры из сверхтонких слоев
	Написание реферата по выбранной теме из ниже предложенного списка тем рефератов	6	Реферат	ОК-3/2 ПК-4/2 ПК-6/2 ПК-10/2	Собеседование по реферату
	КСР	6
Всего:	108/3

* В таблице уровень усвоения учебного материала обозначен цифрами:

1. – репродуктивный (освоение знаний, выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством);

2.  – продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач; применение умений в новых условиях);

3. – творческий (самостоятельное проектирование экспериментальной деятельности; оценка и самооценка инновационной деятельности).

2.3. Содержание учебного курса

Раздел 1. Атомная структура материалов.

Тема 1.1 Классификация твердых тел по характеру сил связи.

История развития металловедения. Классификация металлов. Переходные металлы. Структура ионных кристаллов. Координационное число ионных кристаллов. Структура ковалентных кристаллов. Пространственная направленность ковалентных связей. Координационное число ковалентных кристаллов. Схема распределения валентных электронов в атоме углерода и кристалле алмаза. Построение кристаллических решеток на примере NaCl и CsCl. Характеристика металлического состояния.

Тема 1.2. Кристаллизация.

Самопроизвольная и не самопроизвольная кристаллизация. Взаимная растворимость металлов. Свободная энергия образования сферической капли и капли на подложке при кристаллизации. Основной закон структурного и размерного соответствия. Атомная теория роста кристаллов. Атомная теория роста кристаллов, ретикулярная плотность. Конечная форма кристалла, определяемая медленно растущими плоскостями с наибольшими ретикулярными плотностями. Эвтектическая кристаллизация. Кристаллизация при быстром охлаждении. Перераспределение примесей и морфология поверхности раздела металл-расплав. Влияние растворимых и нерастворимых примесей на процессы кристаллизации, модификация расплавов. Дефекты роста при кристаллизации. Блоки мозаичной структуры, фрагменты.

Раздел 2. Структура и свойства твердых растворов.

Тема 2.1. Строение сплавов.

Физическая природа фаз, твердые растворы, химические соединения и промежуточные фазы. Твердые растворы замещения, внедрения и вычитания. Термодинамика процесса упорядочения. Упорядоченные твердые растворы (сверхструктуры), промежуточные фазы. Определение типа твердого раствора. Фазы с ионным, ковалентным и металлическим типами связи. Система металл-металл, электронные соединения переменного состава (фазы Юм-Розери). Фазы постоянного состава с разницей атомных радиусов на 20-30%, сигма-фазы.

Тема 2.2. Диаграммы состояния.

Равновесие в двухкомпонентных системах. Основы графического метода термодинамики. Кривая зависимости термодинамического потенциала от состава сплава. Минимальное значение термодинамического потенциала для равновесия жидкого или твердого раствора с однокомпонентной твердой фазой, выпавшая из этого раствора. Фаза, система, компонент. Графическое построение диаграмм состояния, каноды, фигуративные точки. Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью компонентов, кривые охлаждения. Эвтектические, перитектические и эвтектоидные диаграммы состояния. Диаграммы состояния с промежуточной фазой с бинодалью. Связь между числом компонентов равновесных фаз, температурой, давлением и вариантностью (или числом степеней свободы). Правило фаз, правило отрезков. Применение правила фаз к эвтектической диаграмме состояния. Тройные диаграммы состояния, определение состава тройного сплава. Тройная система с тройной эвтектикой и перитектикой. Тройная диаграмма для случая неограниченной растворимости компонента в твердом состоянии. Определение количества фазовых составляющих на примере системы Pb-Sn, мнемоническое правило для определения количества фаз.

Тема 2.3. Диаграммы состояния «железо-углерод».

Метастабильная (железо-карбид железа) и стабильная (железо-графит) диаграммы состояния. Три основные превращения на диаграмме (перитектическая, эвтектическая и эвтектоидная реакции). Фазы железоуглеродистых сплавов: феррит, аустенит, цементит, графит. Структуры железоуглеродистых сплавов: ледебурит, мартенсит, перлит. Основные свойства этих фаз и их кристаллические решетки. Кривые охлаждения для трех превращений диаграммы «железо-углерод».

Тема 2.4. Термическая обработка.

Теория термической обработки. Классификация видов термической обработки: четыре группы термической обработки по А, А. Бочвару. Закалка сплавов, старение, отпуск. Химико-термическая и термо-механическая обработки. Рекристаллизация, температурный порог рекристаллизации, рост новых зерен при рекристаллизации. Основные виды термической обработки стали. Мартенситные превращения. Термические обработки материалов с различной растворимостью при низких и высоких температурах. Зависимость скорости зарождения центров кристаллизации и роста кристаллов от температуры (зависимость Г. Таммана). Влияние термической обработки на свойства стали.

Раздел 3. Перспективные материалы в материаловедении.

Тема 3.1. Жидкие кристаллы.

Структурные особенности жидких кристаллов, ориентационный порядок молекул в жидких кристаллах. Ближний и дальний порядок в жидких и твердых телах. Теория формирования жидких кристаллов. Три типа жидких кристаллов: нематические, смектические и холестерические. Физические свойства жидких кристаллов. Оптические свойства жидких кристаллов, их изменение цвета в определенном интервале температур. Факторы, управляющие структурой и свойствами жидких кристаллов

Тема 3.2. Композиционные материалы.

Классификация композиционных материалов. Четыре вида композиционных материалов на металлической основе: случайно ориентированные дисперсионно-твердеющие, дисперсионно-упрочненные, мононаправленные волокнистые и слоистые. Анизотропность свойств композиционных материалов. Расчеты физико-механических свойств мононаправленных композиционных материалов. Технологии изготовления композиционных материалов.

Тема 3.3. Аморфные твердые тела и покрытия.

Особенности аморфного состояния. Кинетика аморфизации. Механические, коррозионные, электрические и магнитные свойства аморфных материалов. Определение разницы удельных объемов в аморфном и кристаллическом состояниях. Получение аморфных покрытий при плазменном получении материалов. Способы обработки металлических поверхностей. Магнитное упорядочение аморфных сплавов.

Тема 3.4. Наноматериалы.

Особенности физических взаимодействий на наномасштабах (сильное, слабое, электромагнитное, гравитационное). Роль объема и поверхности в физических свойствах наноразмерных объектов. Силы трения в наномире. Структура и свойства наноматериалов. Особенности строения фуллеренов, графенов и нанотрубок. Углеродные нанотрубки. Многослойные наноструктуры из сверхтонких слоев. Влияние наноструктуры на появление новых свойств сталей. Особенности оптических свойств наноматериалов. Магнитные наноструктуры. Нанотехнологии. Нанофазные жаропрочные стали. Использование наноматериалов. Экологические возможности наноматериалов.

3.Организация входного, текущего и промежуточного контроля обучения

3.1. Организация контроля:

·  Текущий контроль – использование балльно-рейтинговой системы;

·  Промежуточная аттестация выставляется на основании балльно-рейтинговой системы.

3.2. Тематика рефератов

Кинетика формирования жидких кристаллов. Структура и свойства композитных покрытий. Структура и свойства наноматериалов. Композиционные материалы: структура, свойства, применение. Материалы с эффектом памяти формы и их физические свойства.

6.  Структура и свойства композиционного материала алюминий – вольфрам.

7.  Упрочнение поверхности пружин двигателя.

8.  Структура деталей подшипников.

9.  Аморфные материалы и покрытия.

3.3. Курсовая работа

Курсовая работа по курсу не предусмотрена.

3.4. Балльно-рейтинговая система

Максимальная сумма баллов, набираемая студентом по дисциплине «Физическое материаловедение конденсированных сред», закрываемой семестровой аттестацией, равна 100.

На основе набранных баллов, успеваемость студентов в семестре определяется следующими оценками: «отлично», «хорошо», «удовлетворительно» и «неудовлетворительно».

- «Отлично» – от 86 до 100 баллов – теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов необходимые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены, качество их выполнения оценено числом баллов, близким к максимальному.

- «Хорошо» – от 74 до 85 баллов – теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов, некоторые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы недостаточно, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены, качество выполнения ни одного из них не оценено минимальным числом баллов, некоторые виды заданий выполнены с ошибками.

- «Удовлетворительно» – от 61 до 73 баллов – теоретическое содержание курса освоено частично, но пробелы не носят существенного характера, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом в основном сформированы, большинство предусмотренных программой обучения учебных заданий выполнено, некоторые из выполненных заданий, возможно, содержат ошибки.

- «Неудовлетворительно» – 60 и менее баллов - теоретическое содержание курса не освоено, необходимые практические навыки работы не сформированы, выполненные учебные задания содержат грубые ошибки, дополнительная самостоятельная работа над материалом курса не приведет к существенному повышению качества выполнения учебных заданий.

Баллы, характеризующие успеваемость студента по дисциплине, набираются им в течение всего периода обучения за посещение занятий, изучение отдельных тем, выполнение домашних заданий и решение задач в аудитории.

Распределение баллов, составляющих основу оценки работы студента по изучению дисциплины «Физическое материаловедение конденсированных сред» в течение 18 недель 6 семестра:

1. Посещение занятий (1 балл в неделю) 1 балл´14 занятий=14 баллов

2. Выполнение заданий по практическим

занятиям дисциплины в течение семестра:

успешное решение задач в аудитории до 5 баллов´4 занятия=20 баллов

2. Выполнение заданий по лабораторным

работам дисциплины в течение семестра: до 3 балла´12 занятий=36 баллов

2.  Выполнение дополнительных практико-

ориентированных заданий:

домашнее задание по теме до 3 балла ´4 занятий=12 баллов

3. Реферат до 18 баллов

Сдача зачета до 30 баллов.

Итого: до 100 + 30 баллов.

4.  Сведения о материально-техническом обеспечении дисциплины

4.1. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ

№п/п	Наименование оборудованных учебных кабинетов, лабораторий	Перечень оборудования и технических средств обучения
1	Лекционная аудитория	Мультимедийное оборудование
2	Компьютерный класс	Мультимедийное оборудование
3	Лаборатории кафедры ФТТ и НС	Металлографический микроскоп МИМ-8М, совмещенный с компьютерной обработкой изображений по программе «ВидеоТест Размер-5.0», цифровой фотоаппарат, оптический фотоаппарат типа «Зенит», фотоувеличитель, микротвердомеры HAUSER и ПМТ-3, высокотемпературная установка «ИМАШ» 5С-65

5. Литература

5.1. Основная

1.  Материаловедение полупроводников и диэлектриков : Учебник для вузов / , .— 2-е изд., перераб. и доп. — М. : МИСИС, 2003 .— 480 с. : ил. — (Реком. МО) (15 экз.)

2.  Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля : Учебное пособие для вузов : Пер. с англ. / Д. Брандон, У. Каплан.— М.: Техносфера, 2006 .— 384 с. : ил. — (Мир материалов и технологий) .— ISBN экз.).

3.  Нестехиометрия, беспорядок, ближний и дальний порядок в твердом теле / .— М. : Физматлит, 2007 .— 856 с. : ил. — (Фундаментальная и прикладная физика) .— ISBN 060экз.)

4.  Углеродные нанотрубы и родственные структуры: Новые материалы XXI века / П. Харрис ; Пер. с англ. под ред. и с доп. .— М. : Техносфера, 2003 .— 336с. : ил. — (Мир материалов и технологий) .— ISBN -Х.— ISBN -2 (англэкз).

5.  Физика твердого тела: учеб. пособие для вузов / , .— СПб. : Лань, 2010 .— 218 с. : ил. — (Учебники для вузов. Специальная литература) .— ISBN 092экз.)

5.2. Дополнительная

1.  Введение в физику твердого тела. Основы квантовой механики и статистической физики с отдельными задачами физики твердого тела : учеб. пособие для вузов / .— СПб. : Лань, 2007 .— 544 с. : ил. — ISBN 072экз.).

2.  Тепло - и массоперенос при выращивании монокристаллов направленной кристаллизацией. / C.– М.: Физматлит, 20с. (7 экз.).

1.  Современные инструментальные материалы : учебник для вузов / .— СПб. : Лань, 2008 .— 224 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература) .— (Допущ. УМО) .— ISBN 0832-0.

3.  Наноструктурные материалы / под ред. Р. Ханнинка, А. Хилл.— М. : Техносфера, 2009 .— 488 с. : ил. — (Мир материалов и технологий) .— ISBN -221экз).

4.  Методы исследований в экспериментальной физике : [учеб. пособие для вузов] / .— Долгопрудный [М.] : Интеллект, 2010 .— 304 с. : ил. — (Физтеховский учебник) .— (Допущ. УМО) .— ISBN -026экз)

5.  Нанотехнология в электронике: Введение в специальность : учеб. пособие для вузов / , , .— СПб. : Лань, 2008 .— 327 с. : ил. — (Реком. УМО) .— ISBN 082экз.).

6.  Ошибки измерений физических величин : учебное пособие [для ун-тов и втузов] / .— 2-е изд., стер. — СПб. : Лань, 2005 .— 112 с. : ил., табл. — ISBN экз).

7.  , Хохлов твердого тела: Учебник для вузов.-М.: Высшая школа, 2000 –493с. – 12 шт.

8.  Уэрт, Р. Томсон. Физика твердого тела. М., Мир, 1991 – 6 шт.

9.  , Металловедение. М., Металлургия, 1992. – 7 шт.

10.  Физическое металловедение под редакцией Р. Кана (Зтома), М., Мир, 1988 –8 шт.

11.  , . Физика металлов. М., Атомиздат, 1988 –6шт.

12.  , , Нефедов металлографии. Ч I. Методы металлографического исследования. Самара, 2003, 50 шт.

13.  Л. В Журавель, , Нефедов металлографии. Ч II. Актуальные задачи физического металловедения. Самара, 2003, 50 шт.

14.  Основы материаловедения под редакцией . М., Машино­строение, 1990.

15.  . Диаграммы состояния двойных и тройных систем., М., Металлургия, 1990.

16.  Магнитные материалы. М.: Высшая школа. 199с.

17.  Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник в 3-х томах. Под ред. Акад. РАН . М.: Машиностроение, 199с.

18.  . Теоретические основы общей химии. М., Высшая школа, 1989.

19.  , . Материаловедение. М.: Металлургия, 1989.

20.  и др. Механизмы фазовых превращений в железе и сталях при лазерном нагреве / , , . - Самара: Самарский университет, 1999.

5.3. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины для организации самостоятельной работы студентов (содержит перечень основной литературы, дополнительной литературы, программного обеспечения и Интернет-ресурсы)

1. , . Физические свойства кристаллов. Самара: Самарский университет, 200с. (150 экз.)

2. Физические свойства металлов (лабораторный практикум для студ. 4 курса д/о 5 курса в/о) / Куйбышевский госуниверситет.- Куйбышев: КГУ.-19экз.)

3. , . Методические указания к практическим занятиям по спецкурсу «Физическое металловедение» "Диаграммы состояния двойных и тройных систем". Куйбышев, 1985 – 32 стр. (15 экз.)

4. Лаборатория металлографии. Часть 1. Методы металлографического исследования..: Практикум: Для студ. дневн. и веч. отд. физ. фак. спец. "Физика металлов" / , , ; Сам. гос. ун-т. Каф. физики твердого тела и неравновесных систем .— Самара : Самарский университет, 2003 – 42 с. (10экз.).

5. Лаборатория металлографии. Часть 2. Актуальные задачи физического металловедения: Практикум: Для студ. дневн. и веч. отд. физ. фак. спец. "Физика металлов"/, , .; Сам. гос. ун-т. Каф. физики твердого тела и неравновесных систем.— Самара : Самарский университет, 2004 – 32с. (13 экз.).

6. Лаборатория металлографии. Часть 3. Перспективные материалы в материаловедении: Практикум: Лаборатория металлографии для дн. и вечер. отделений физ. фак. специализации "Физика металлов". Ч.3 / Л. В., , ; Самарский гос. ун-т. Каф. физики тв. тела и неравновесных систем.— Самара : Самарский университет, 2006 .— 54 с.: ил. (63 экз.).

7. . Основы просвечивающей электронной микроскопии. Учебное пособие. Рекомендовано УМС по физике УМО. Самара, 20экз.).

8. Электронный учебник «Теоретическое и прикладное материаловедение»

http://solidstate. *****/~materials/

9. Электронный учебник «Физическое материаловедение»

http://fssp. *****/shumik/