Рабочая программа учебной дисциплины «Ппроектирование технологических процессов формирования и обработки наноматериалов и покрытий»

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	Утверждаю
Руководитель ООП по направлению декан МФ проф. ______________ «31» августа 2012 г.	Зав. кафедрой МиТХИ, проф. __________ «31» августа 2012 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Проектирование технологических процессов формирования и обработки наноматериалов и покрытий»

Направление подготовки: 150100 «материаловедение и технология материалов»

Магистерская программа: «Материаловедение и технология наноматериалов и покрытий»

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: заочная

Составитель: профессор кафедры МиТХИ

Программа является приложением

к учебному плану в соответствии с ФГОС-2010

Санкт-Петербург

2012

1. Цель и задачи дисциплины.

Цель преподавания дисциплины – научить магистранта разработке и проектированию основных технологических процессов формирования нанострутурных составляющих в современных конструкционных материалах и процессов нанесения наноразмерных и/или нанотруктурированных покрытий.

Задачи изучения дисциплины – освоение магистрантом основных приемов проектирования технологических процессов в материалах с целью получения в них заданной структуры и требуемых физико-механических свойств.

2. Место дисциплины в структуре ООП.

Дисциплина «Проектирование технологических процессов формирования и обработки наноматериалов и покрытий» предназначена для студентов заочной формы обучения квалификации магистр по направлению 150100.68 – «Материаловедение и технологии материалов» для магистерской программы «Материаловедение и технологии наноматериалов и покрытий». Дисциплина относится к числу профессиональных дисциплин и входит в его базовую часть. Для успешного освоения дисциплины магистрант должен обладать знаниями, полученными в предшествующих дисциплинах: «Физика и химия конденсированного состояния / Теория электронного строения твердых тел», «Оборудование и методики исследований наноматериалов и покрытий», и «Физико-механические свойства наноструктурированных материалов и покрытий», «Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов», «Наноструктурная керамика и полимеры / Углеродные наноматериалы», «Объемные наноструктурированные конструкционные наноматериалы». Изучение данной дисциплины необходимо для возможности выполнения магистрантом научно-исследовательской работы, а также прохождения научно-исследовательской и преддиссертационной практики.

.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование у магистранта следующих компетенций:

Общекультурных:

ОК-2: владеет навыками развития научного знания и приобретения нового знания путем исследований, оценки, интерпретации и интегрирования знаний, проведения критического анализа новых идей;

ОК-4: использует на практике умения и навыки в организации исследовательских и проектных работ, в управлении коллективом, работе в междисциплинарной команде;

Профессиональных:

Общепрофессиональных:

ПК-3: использует на практике интегрированные знания естественнонаучных, общих профессионально-ориентирующих и специальных дисциплин для понимания проблем направления «Материаловедение и технологии материалов», умеет выдвигать и применять идеи, вносить оригинальный вклад в данную область науки, техники и технологии;

Научно- исследовательская и расчетно-аналитическая деятельность:

ПК-5: владеет умением и навыками самостоятельного использования современных информационно-коммуникационных технологий, глобальных информационных ресурсов в научно-исследовательской и расчетно-аналитической деятельности в области материаловедения и технологии материалов;

ПК-6: умеет использовать методы моделирования и оптимизации, стандартизации и сертификации для оценки и прогнозирования свойств материалов и эффективности технологических процессов;

Производственные и проектно-технологические компетенции:

ПК-10: углубленно знает основные типы неорганических и органических материалов различного назначения, в том числе наноматериалов, владеет навыками самостоятельного выбора материалов для заданных условий эксплуатации с учетом требований надежности и долговечности, экономичности и экологических последствий их применения;

ПК-11: способен использовать технологические процессы и операции, с учетом их назначения и способов реализации, нормативных и методических материалов по технологической подготовке производства, качеству, стандартизации и сертификации изделий и процессов, с учетом экономического анализа;

ПК-12: владеет навыками самостоятельного использования технических средств для измерения и контроля основных параметров технологических процессов, структуры и свойств материалов и изделий из них, планирования и реализации исследований и разработок;

ПК-13: имеет навыки самостоятельной разработки методов и средств автоматизации процессов производства, выборе оборудования и оснастки, методов и приемов организации труда, обеспечивающих эффективное, технически и экологически безопасное производство;

ПК-15: владеет навыками самостоятельного проектирования технологического процесса производства материала и изделий из него с заданными характеристиками, расчета и конструирования технологической оснастки с использованием современных наборов прикладных программ и компьютерной графики, сетевых технологий и баз данных;

Организационно-управленческие компетенции:

ПК-16: знает и умеет использовать основные категории и понятия общего и производственного менеджмента в профессиональной деятельности, владеет навыками анализа технологического процесса как объекта управления, проведения стоимостной оценки основных производственных ресурсов, обобщения и анализа информации по использованию ресурсов предприятия;

ПК-17: владеет основами системы управления качеством продукции и готовность к внедрению этой системы;

ПК-19: имеет навыки разработки оперативных планов работы первичных производственных подразделений, управления технологическими процессами, оценки рисков и определения мер по обеспечению экологической и технической безопасности разрабатываемых материалов, техники и технологий, умеет выбирать наиболее рациональные способы защиты и порядка в действиях малого коллектива в чрезвычайных ситуациях.

В результате освоения данной дисциплины магистрант должен:

Знать: - основные критерии выбора технологических параметров;

- основные положения особенностей формирования наноструктурных составляющих в материалах;

- закономерности технологических параметров наноструктурирования материалов и покрытий.

Уметь: - управлять с помощью технологических параметров формой, размером и количеством наноструктурированной фазы в материалах;

- пользоваться специальными программными средствами, предназначенными для расчета технологических параметров.

- работать в специальных программных пакетах для проектирования заданной наноструктурированной матрицы матенриалов и покрытий.

Владеть: - общими навыками по созданию. технологических проектов в специальных программных пакетах;

- базовыми знаниями технологии получения объемных наноструктурированных конструкционных материалов;

- базовыми знаниями физико-химических основ получения, свойств и путей использования различных наноматериалов;

- основами безопасности жизнедеятельности при разработке технологических процессов создания наноматериалов и покрытий.

4. Объём дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоёмкость дисциплины составляет 5 зачётных единиц.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
3
Аудиторные занятия (всего)	28	28
В том числе:
Лекции	2	2
Практические занятия (ПЗ)	26	26
Семинары (С)	0	0
Лабораторные работы (ЛР)	0	0
Самостоятельная работа (всего)	143	143
В том числе:
Курсовой проект (работа)	54	54
Расчётно-графические работы	0	0
Реферат	0	0
Другие виды самостоятельной работы:
Подготовка к практическим работам	14	14
Составление отчетов по практическим работам	14	14
Подготовка к лабораторным работам	0	0
Составление отчетов по лабораторным работам	0	0
Работа с литературой	25	35
Подготовка к сдаче зачета / экзамена	36	36
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)	9	Экзамен
Общая трудоёмкость час зач. ед.	180	180
5	5

5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
1	Введение	Основные понятия дисциплины. Обзор современных технологических процессов производства и обработки материалов. Понятие оптимизации технологических процессов. Современные технологии сквозного проектирования. Компьютерные технологии инженерного анализа. Частные технологические процессы формирования, формообразования и обработки конструкционных наноматериалов и их техническое оснащение. Общие принципы и правила проектирования технологических процессов формирования, формообразования и обработки материалов, системы автоматизированного проектирования.
2	Методология разработки технологических процессов	Основные этапы в соответствии с рекомендациями Р8. Понятие базовой, руководящей и справочной информации. Нормативы технологических режимов. Маршрутный технологический процесс. Операционный технологический процесс. Проектирование технологических процессов на основе типовых маршрутов.
3	Требования к основным технологическим процессам и применяемому оборудованию	Жидкостные химические процессы. Физико-термические процессы. Эпитаксия. Окисление. Осаждение. Отжиг. Процесс ионной имплантации. Многоуровневая металлизация. Формирование проводящих слоев. Межуровневая изоляция и пассивация. Нанесение диэлектрических пленок из жидкой фазы. Требования к растворам. Требования к планаризующей и пассивирующей пленке.
4.	Формирование покрытий	Жидкостные химические процессы. Многоуровневая металлизация. Формирование проводящих слоев. Межуровневая изоляция и пассивация. Эпитаксия. Физические основы процесса. Легирование. Эпитаксия из жидкой, твердой и газовой фаз. Особенности технологии и оборудование. Формирование диэлектрических покрытий. Окисление. Коэффициенты сегрегации и относительной диффузии. Осаждение диэлектрических пленок.
5	Травление покрытий	Плазмохимическое травление неорганических материалов. Травление кремния. Травление вольфрама. Травление молибдена. Травление тантала. Травление титана. Травление вольфрамо-титановых сплавов. Травление алюминия. Травление меди. Травление хрома. Травление оксидов металлов. Плазмохимическое травление органических материалов. Жидкостное химическое травление. Термодинамика травления. Травление многослойных структур и нанокомпозитов.
6	Проектирование термических процессов	Окисление. Осаждение. Отжиг. Термическая диффузия примеси. Физические основы процесса диффузии. Законы Фика. Особенности технологического процесса и оборудования. Операционный цикл. Твердые планарные источники.
7	Ионная имплантация	Процесс ионной имплантации. Ионное легирование. Недостатки и ограничения ионной имплантации. Герметизация микро - и наносборок.
8	Проектирование технологических процессов порошкового компактирования материалов	Оценка этапов и граничных условий процессов уплотнения порошков. Распределение давления вдоль оси прессования. Оптимизация уравнения прессования. Кривые уплотнения и упругие свойства порошкового тела. Зависимость параметров прессовки от ее упругих свойств. Параметры межчастичных связей. Оптимизация внешнего воздействия.
9	Физические эффекты, связанные с ультразвуковым компактированием	Распространение ультразвука в среде порошков переменной плотности. Изменение акустических характеристик в компактируемом порошке. Механизмы воздействия ультразвука на компактируемый порошок. Эффективность способов ориентации колебательного смещения относительно оси прессования. Влияние ультразвукового воздействия на качество прессовки. Влияние ультразвукового воздействия на параметры уплотнения и межчастичные связи. Влияние ультразвукового воздействия на плотность и усадку спеченной керамики. Зернистость спеченной керамики. Параметры кристаллической структуры и прочностные свойства конструкционной керамики.

5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Научно-исследовательская работа	+	+	+	+	+	+	+	+	+
2	Научно-исследовательская практика	+	+	+	+	+	+	+	+	+
3	Выпускная квалификационная работа	+	+	+	+	+	+	+	+	+

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лекции	Прак. зан.	Лаб. зан.	Семин.	СРС	Всего час.
1	Введение	2				15	17
2	Методология разработки технологических процессов		4			18	22
3	Требования к основным технологическим процессам и применяемому оборудованию		2			20	22
4	Формирование покрытий		2			20	22
5	Травление покрытий		4			18	22
6	Проектирование термических процессов		4			20	24
7	Ионная имплантация		2			14	16
8	Проектирование технологических процессов порошкового компактирования материалов		4			26	30
9	Физические эффекты, связанные с ультразвуковым компактированием		4			20	24

6. Лабораторный практикум: программой не предусмотрен.

7. Практические занятия (семинары):

№ п/п	№ раздела дисциплины	Наименование практических работ	Трудо-ёмкость (час.)
1	2	Проектирование технологического процесса изготовления поковки.	4
2	3	Изучение характеристик установок ионного легирования. Требования к растворам. Требования к пленкам.	2
3	4	Термическое окисление кремния. Расчет предельной толщины пленки.	2
4	5	Термодинамика травления. Общие принципы жидкостного травления. Кинетика травления. Травление SiO2. Травление кремния.	4
5	6	1-й и 2-й законы Фика. Диффузионный профиль и 2-й закон Фика. Окислительный процесс при использовании жидких и газообразных диффузантов.	4
6	7	Оптимизация наплавки и износостойкость покрытий	2
7	8	Оптимизация уравнения прессования. Зависимость параметров прессовки от ее упругих свойств. Параметры межчастичных связей. Оптимизация внешнего воздействия.	4
8	9	Эффективность способов ориентации колебательного смещения относительно оси прессования. Зернистость спеченной керамики. Параметры кристаллической структуры и прочностные свойства конструкционной керамики.	4

8. Примерная тематика курсовых проектов (работ):

1. Исследование процессов и разработка технологии формирования многофункциональных покрытий на титановых сплавах.

2. Разработка способа и технологии термической обработки материалов с термоактивным покрытием.

3. Разработка комбинированной механической и физико-химической обработки титановых деталей в ультразвуковом поле с учетом напыления композиционных покрытий.

4. Оптимизация параметров антифрикционного покрытия подшипников при плазменном напылении.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1. Филонов технологических процессов в машиностроении: Учебное пособие для вузов / , , и др.; Под общей ред. ; -Мн.; УП"Технопринт", 20c.

2. Технологические процессы в наноинженерии : учеб. Пособие / , , - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. (Библиотека Наноинженерия»: в 17 кн. Кн.с.:ил.

3. , Шахнов автоматизированного проектирования в нанотехнологиях и наносистемах // Энциклопедия ЮНЕСКО «Нанонаука и нанотехнологии». Изд-во ЮНЕСКО – EOLSS. – 2011. – С. 571-589.

4. Хасанов компактирования и консолидации наноструктурных материалов и изделий. Учебник / , , – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 212 с.

б) дополнительная литература

5. Бионические информационные системы и их применение / под ред. , , . - М.: ФИЗМАТЛИТ, 20с.

6. . Многокомпонентное 3D проектирование наносистем : учеб. Пособие / - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. (Библиотека Наноинженерия»: в 17 кн. Кн.с.:ил.

в) программное обеспечение: Microsoft Office, Matlab, MathCAD, AutoCad, 3DSmax

г) ресурсы Интернет.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

а) Кафедральная компьютерная аудитория № 000, мультимедийные аудитории вуза.

12. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

Преподавание дисциплины основано на организации внутри дисциплины и междисциплинарных образовательных модулей, представляющих совокупность теоретических представлений и практических навыков по дидактическим единицам, изложенными в тексте программы во взаимосвязи с последующими и смежными дисциплинами.

Теоретические представления студент получает в результате установочной лекции и самостоятельного изучения литературных источников (учебников и учебных пособий). Теоретические представления закрепляются в процессе выполнения контрольных, курсовых и самостоятельных работ.

Практические навыки студентом приобретаются в ходе выполнения курсовой работы, а также при подготовке к практическим занятиям и при решении задач во время проведения практических занятий.

Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация является совокупностью данных по успешности выполнения студентом требований ФГОС ВПО, учебного плана, примерной учебной программы и включает

- посещение лекционных и практических занятий;

- успешное выполнение курсовой работы;

- выполнение учебного практикума и предоставления отчетов по практическим работам в соответствии с графиком выполнения лабораторных работ и сроками сдачи отчетов, разрабатываемым лектором потока.

Разработчики:

кафедра МиТХМ профессор

Эксперты:

кафедра МиТХМ профессор