Физико-механические свойства наноструктурированных материалов 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 Заведующий выпускающей кафедрой МиТХИ, проф. ______________ «___» ___________ 2012 г. Заведующий кафедрой МиТХИ, проф. _______________ «___» ___________ 2012 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«Физико-механические свойства наноструктурированных

материалов и покрытий»

Направление подготовки: 150100.68 – «Материаловедение

и технологии материалов»

Профиль подготовки: Материаловедение и технологии

наноматериалов и покрытий

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: заочная

Составитель: доцент кафедры МиТХИ

Программа является приложением

к учебному плану в соответствии с ФГОС-2010

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

1. Цели и задачи дисциплины

Цель дисциплины – дать будущим магистрам по материаловедению и технологии материалов современные знания об основных понятиях физико-механических свойства наноструктурированных материалов и покрытий, необходимых для решения материаловедческих и металлургических задач, совершенствования и создания новых конструкционных (в том числе нано-) материалов.

Задачи дисциплины:

- изучение строение и свойства наноструктурированных материалов и покрытий применяемых в машиностроении;

- изучение способов определения физико-механический свойств наноструктурированных материалов и покрытий;

- рассмотрение характера и причин влияния основных физико-механических свойств на эксплуатационные свойства материалов.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина относится к циклу М1 В3 (вариативная часть) - общенаучный цикл.

Для изучения дисциплины «Физико-механических свойства наноструктурированных материалов и покрытий» необходимы знания, умения и компетенции, полученные обучающимися при изучении дисциплин: «Основы научных исследований», «Математическое моделирование и современные проблемы наук о материалах и процессах», «Физика поверхности»,« Оборудование и методики исследования наноматиериалов и покрытий».

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-7	Способность к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов … и формулированию новых исследовательских задач на основе возникающих проблем
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-4	Способность к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного, научно-педагогического и производственного профиля своей профессиональной деятельности
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
ПК-9	Наличие навыков самостоятельного сбора данных, изучения, анализа и обобщения научно-технической информации по тематике исследования, разработки и использования технической документации, основных нормативных документов по вопросам интеллектуальной собственности, подготовки документов к патентованию, оформлению ноу-хау на основе знаний основных положений в области интеллектуальной собственности, патентного законодательства и авторского права РФ
ПК-12	Владение 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-14	Способность к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов в соответствии с целями ООП магистратуры

В результате изучения дисциплины студент должен овладеть основами знаний по дисциплине, формируемыми на следующих уровнях:

Знать:

- методы и способы определения физико-механических свойств наноструктурированных материалов и покрытий;

- физическую сущность и механизмы поведения наноматериалов при исследовании физико-механических свойств;

- роль диффузии в различных процессах тепловой обработки материалов.

Уметь:

- использовать законы физики для анализа физико-механический свойств наноструктурированных материалов и покрытий;

- составлять и решать уравнения определения механический свойств исследуемых наноструктурированных материалов и покрытий, анализировать полученные результаты;

- производить расчеты скорости процессов в объеме и на поверхностях раздела в многофазных системах.

Владеть:

- методами измерений физико-механических свойств наноструктурированных материалов и покрытий;

- навыками оценки вклада физико-механический свойств наноструктурированных материалов и покрытий на эксплуатационные свойства материалов.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
3
Аудиторные занятия (всего)	14	14
В том числе:
Лекции	4	4
Практические занятия (ПЗ)	10	10
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)	90	90
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат (или электронная презентация)	26	26
Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к практическим работам	16	16
Составление отчетов к практическим работам	12	12
Защита лабораторных работ
Подготовка к сдаче зачета	36	36
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)	4	зачет
Общая трудоемкость, час Зач. ед.	108	108
3	3

5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

№№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
1.	Физические свойства наноструктурированных материалов	Размеры кристаллических решеток. Термические свойства: теплоемкость, коэффициент линейного рас­ширения, теплопроводность и температура плавления. Коррозионная стойкость. Свер­хупругость и эффект памяти формы. Термостабильность и электропроводимость. Магнитные свойства: намагниченность насыщения, температура Кюри, температура Дебая, коэрцитивная сила, магнитная проницаемость.
2.	Механические свойства наноструктурированных материалов	Плотность дислокаций. Упрочнение. Модуль упругости, прочность, пластичность, твердость. Сверхпластичность. Влияние размера зерна (уравнение Холла-Петча) Механические свойства объемных наноматериалов. Влияние относительной плотности порошковых наноматериалов на механические свойства.
3.	Механические свойства наноструктурированных сталей и сплавов на основе железа	Карбонитридное упрочнение. Микролегирование. Дисперсионное упрочнение.
4.	Механические свойства наноструктурированных цветных сплавов: титановых, алюминиевых, магниевых.	Ультрамелкозернистые состояния в титане. Статическую и циклическую прочность, пластичность титановых сплавов. Алюминиевые, магниевые сплавы. Низкотемпера­турная и высокоскоростная сверхпластичность. Вязкость, антифрикционные свойства и износостойкость. Удельные значения прочности и жесткости металлических композиционных материалов. армирование борным волокном, магнием, углеродным волокном.
5.	Механические свойства наноструктурированных твердых сплавов	Гексанит на основе нит­рида бора. Диборид ре­ния ReB2. Добавки нанопорошков карбидов и нитри­дов вольфрама, титана, ванадия, тантала.
6.	Механические свойства наноструктурированной керамики	Жаропрочность, сопротивляемость износу и эрозии, теплоизоляционная способность, коррозионная стойкость. Сверх­пластичность нанокерамики. Триботехнические свойства нонокерамики. Композитная керамикана основе оксида алюминия, алюминидов титана, SiC.
7.	Механические свойства наноструктурированных полимеров	Металлополимеры. Композиты на основе политетрафторэтилена, модифицированные ок­сидными нанопорошками. Динамические термопласты (ДТЭП). Металлоуглеродные волокна (Ме-УВ). Сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), упрочненный ZrО2, УД-порошком диоксида циркония, графитом и углеродными нановолокнами. Эластомерные и полимерные матрицы, наполненные наноалмазами детонационного синте­за.
8.	Механические свойства нанопористых материалов	Керамические, метал­лические, полупроводниковые, полимерные и биологические нанопористые материал.

.

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
1.	Наноструктурная керамика и полимеры						+	+
2.	Специальные покрытия и способы их нанесения	+		+	+	+	+	+	+
3.	Научно-исследовательская работа	+	+	+	+	+	+	+	+

5.3. Разделы дисциплины и виды занятий

№№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лек- ции	Практ. зан.	Лаб. зан.	Семин.	СРС	Всего, час.
1.	Физические свойства наноструктурированных материалов	2				20	22
2.	Механические свойства наноструктурированных материалов	2				10	12
3.	Механические свойства наноструктурированных сталей и сплавов на основе железа		2			10	12
4.	Механические свойства наноструктурированных цветных сплавов: титановых, алюминиевых, магниевых.		2			10	12
5.	Механические свойства наноструктурированных твердых сплавов		2			10	12
6.	Механические свойства наноструктурированной керамики					10	10
7.	Механические свойства наноструктурированных полимеров		2			10	12
8.	Механические свойства нанопористых материалов		2			10	12
	Итого:	4	10			90	104

6. Лабораторный практикум

не предусмотрено учебным планом и основной образовательной программой.

7. Практические занятия

№№ п/п	№ раздела	Тематика практических занятий	Трудо-емкость, час
1.	3.	Оценка температуры перехода низколегированных сталей в хрупкое состояние	2
2.	4.	Влияние размера наночастиц на свойста наноструктурированных титановых сплавах	2
3.	5.	Изменение эксплуатационных свойств инструментальных сталей нитридными покрытиями.	2
4.	7.	Влияние на теплопроводность эпоксидной смолы одностенных нанотрубок	2
5.	8.	Оценка влияния пористости на механические свойства наноматериала.	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. Андриевский, матермалы / , . – М.: Академия, 2005. – 192 с.

2. Хокинг, М. Металлические и керамические покрытия / Пер. с англ. М. Хокинг, В. Васантасари, П. Сидки. – М.: Мир, 2000. – 518 с.

б) дополнительная литература:

3. Барбенцов, нанопорошков методом газовой экструзии / , , . – Нанотехника, № 4, 2006, С. 57–64.

4. Долматов, материалы на основе эластомерных и полимерных матриц, наполненных наноалмазами детонационного синтеза // Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2. № 7–8. – С. 19–37.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Кафедра материаловедения и технологии художественных изделий имеет мультимедийную аудиторию для проведения лекционных и практических занятий и располагает необходимым комплектом мультимедийных материалов.

11. Методические рекомендации по организации изучения

дисциплины

Изучаемая дисциплина содержит материал, необходимый для получения цельного представления об области физико-механических свойств наноструктурированных материалов и покрытий.

Для успешного освоения дисциплины необходим учет свойственных ей особенностей:

- дисциплине свойственен широкий охват возможных для решения задач, которые могут иметь как теоретический, так и прикладной, технологический характер;

- дисциплина носит фундаментальный характер, так как принципы, лежащие в основе описания процессов и явлений, являются всеобщими.

Материал дисциплины включает несколько тесно связанных между собой смысловых блоков:

- физические свойства нанотекстурированных материалов и покрытий;

- механические свойства нанотекстурированных материалов и покрытий;

- анализ основных физическомеханческих свойств различных наноматериалов.

Дисциплина содержит большое количество учебного материала, а время аудиторных занятий ограничено. Следствием этого является появление трудностей при усвоении новой информации лекционного занятия и при решении задач на лабораторных и практических занятиях.

Чтобы снизить трудоемкость восприятия материала дисциплины, необходима:

- активная работа обучающихся на лабораторных и 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 вопросов дисциплины.

Аттестация обучающегося по дисциплине является совокупностью данных по успешности выполнения им требований учебной программы (посещения лекционного и практических занятий, сдачи зачета в форме итогового тестирования и собеседования с преподавателем).

Разработчик:

кафедра МиТХИ доцент

Эксперты:

кафедра МиТХИ профессор

профессор