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 направления декан МФ проф. ______________ «___» ___________ 2012 г. | Зав. кафедрой МиТХИ, проф. __________ «___» ___________ 2012 г. |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Наноструктурная керамика и полимеры»
Направление подготовки: 150100.68 «материаловедение и технологии материалов»
Магистерская программа: «Материаловедение и технологии наноматериалов и покрытий»
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Форма обучения: заочная
Составитель: ст. преподаватель кафедры МиТХИ
Программа является приложением
к учебному плану в соответствии с ФГОС-2010
Санкт-Петербург
2012
1. Цель и задачи дисциплины.
Цель преподавания дисциплины – изучение особенностей строения наноструктурной керамики и полимеров, из физических и механических свойств, технологических способов управления структурой керамических и полимерных наноматериалов и их свойствами.
Задачи изучения дисциплины – научить магистранта основным технологическим процессам наноструктурирования керамических и полимерных материалов, научить управлять этими технологическими способами с целью получения определенных заданных физических и механических свойств, изучить области применения наноструктурных керамик и полимеров.
2. Место дисциплины в структуре ООП.
Дисциплина «Наноструктурная керамика и полимеры» 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». Дисциплине предшествуют следующие дисциплины, читаемые на первом курсе магистратуры: «Физика и химия конденсированного состояния / Теория электронного строения твердых тел», «Материаловедение и технологии современных и перспективных материалов», «Объемные наноструктурированные конструкционные наноматериалы». Изучение данной дисциплины необходимо для возможности выполнения научно-исследовательской работы, а также для изучения последующих курсов дисциплин: «Оборудование и методики исследований наноматериалов и покрытий», и «Физико-механические свойства наноструктурированных материалов и покрытий», «Проектирование технологических процессов формирования и обработки наноматериалов и покрытий», «Специальные покрытия и способы их нанесения / Наноструктурыне сверхтвердые материалы и алмазоподобные пленки».
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-6: способен 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: владеет навыками формирования и аргументации собственных суждений и научной позиции на основе полученных данных, умеет анализировать и делать выводы по социальным, этическим, научным и техническим проблемам, возникающим в профессиональной деятельности, с учетом экологических последствий;
Профессиональных:
Общепрофессиональных:
ПК-1: владеет базовыми знаниями теоретических и прикладных наук и развивает их самостоятельно с использованием в профессиональной деятельности при анализе и моделировании, теоретическом и экспериментальном исследовании материалов и процессов;
ПК-4: 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-8: способен самостоятельно использовать современные представления наук о материалах при анализе влияния микро - и нано - масштаба на механические, физические, поверхностные и другие материалов, взаимодействия материалов с окружающей средой, электромагнитным излучением и потоками;
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
В результае освоения данной дисциплины магистрант должен:
Знать: - разветвленную классификацию наноматериалов и нанокристаллической керамики и полимеров;
-особенности физических и химических свойств наноструктурных материалов по сравнению с традиционными конструкционнымиматериалами.
- методы компактирования порошковых наноструктурированных керамик
- методы получения наноструктурированных полимеров
Уметь: - определять и подбирать тип наноструктурной (нанокристаллической) керамики как один из типов наноматериалов из трех основных классов объёмных наноструктурированных материалов: строительных, конструкционных и функциональных.
Владеть: - основами технологии производства наноструктурированных керамических и полимерных материалов;
- знаниями по влиянию различного рода наноструктурированных наполнителей на физико-механические свойства полимеров.
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 2 зачётных единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры |
2 | ||
Аудиторные занятия (всего) | 10 | 10 |
В том числе: | ||
Лекции | 4 | 4 |
Практические занятия (ПЗ) | 6 | 6 |
Семинары (С) | 0 | 0 |
Лабораторные работы (ЛР) | 0 | 0 |
Самостоятельная работа (всего) | 58 | 58 |
В том числе: | ||
Курсовой проект (работа) | 0 | 0 |
Расчётно-графические работы | 0 | 0 |
Реферат | 0 | 0 |
Другие виды самостоятельной работы: | ||
Подготовка к лабораторным работам | 0 | 0 |
Составление отчетов к лабораторным работам | 0 | 0 |
Защита лабораторных работ | 0 | 0 |
Составление отчетов по практическим работам | 15 | 15 |
Работа с литературой | 16 | 16 |
Подготовка к сдаче зачета | 27 | 27 |
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен) | 4 | Зачет |
Общая трудоёмкость час зач. ед. | 72 | 72 |
2 | 2 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1 | Введение в дисциплину. | Понятие керамики. Структуро - и фазочувствительные материалы. Понятие полимеров и металлополимеров. |
2 | Функциональная керамика. | Основные традиционные конструкционные керамические материалы. Их недостатки. Пьезосегнетоэлектрическая керамика. Пористость и мелкозернистость керамики. Оптически прозрачная керамика. Авсокопрозрачная керамика. Формование нанострктурной керамики. Наноструктурные композиты на основе керамики. |
3 | Особенности объемных наноструктурированных керамических материалов. | Роль границ зерен в объемноструктурированных керамических материалах. Микро - и макрострукьура порошкового компакта. Структура границ зерен. Структура тройных стыков. Малоугловые и большеугловые границы. Объемная доля раздела поверхностей. Условия формирования наноструктуры материала. Микро и макроструктура порошкового компакта. Агломераты наночастиц. Трение в порошковом компакте. |
4 | Порошковые технологии компактирования материалов | Холодное статическое прессование в закрытых пресс - формах. Горячее прессование. Изостатическое и квазиизостатическое прессование. Динамические, высокоэнергетические и импульсные методы прессования. Магнитноимпульсное прессование. Ультразвуковое квазирезонансное прессование. |
5 | Нанокомпозиционая керамика на основе порошков алюминия и оксида алюминия. | Модифицирование керамики. Технология получения керамических деталей с использованием эффекта сверхпластичности. Керметные нанокомпозиты. Многофазные оксидные и безоксидные нанокомпозиты. |
6 | Наноструктурированные полимеры. | Введение в полимерную матрицу металлических частиц. Композиты на основе политетрафторэтилена, модифицированные оксидными нанопорошками. полимерные композиционные материалы на основе смесей термопластичных полимеров и каучуков, модифицированных нанонаполнителями. Порошки фуллеренов и нанотрубок как эффективные модифика-торы полимеров. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) с наполнителем из ультрадисперсного порошока ZrО2. Огнестойкость пластмасс с диспергированными в них неорганическими наполнителями из наноразмерных порошков. |
7 | Полимеры с наполнителями из наноалмазов. | Эластомерные и полимерные матрицы, наполненные наноалмазами детонационного синтеза. Введение наноалмазов в бутадиен-нитрильный каучук. |
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 | ||
1 | Оборудование и методики исследований наноматериалов и покрытий | + | + | + | ||||
2 | Проектирование технологических процессов формирования и обработки наноматериалов и покрытий | + | + | |||||
3 | Физико-механические свойства наноструктурированных материалов и покрытий | + | + | + | + | |||
4 | Специальные покрытия и способы их нанесения / Наноструктурыне сверхтвердые материалы и алмазоподобные пленки | + | + | + | + | + | + | |
5 | Научно-исследовательская работа | + | + | + | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекции | Прак. зан. | Лаб. зан. | Семин. | СРС | Всего час. |
1 | Введение в дисциплину. | 1 | 0 | 0 | 0 | 3 | 2 |
2 | Функциональная керамика. | 1 | 1 | 0 | 0 | 10 | 12 |
3 | Особенности объемных наноструктурированных керамических материалов. | 1 | 1 | 0 | 0 | 14 | 16 |
4 | Порошковые технологии компактирования материалов | 0 | 1 | 0 | 0 | 13 | 14 |
5 | Нанокомпозиционая керамика на основе порошков алюминия и оксида алюминия. | 0 | 1 | 0 | 0 | 9 | 10 |
6 | Наноструктурированные полимеры. | 1 | 1 | 0 | 0 | 10 | 12 |
7 | Полимеры с наполнителями из наноалмазов. | 0 | 1 | 0 | 0 | 5 | 6 |
6. Лабораторный практикум: программой не предусмотрен.
7. Практические занятия (семинары):
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование практических работ | Трудо-ёмкость (час.) |
1 | 2 | Влияние гранулометрического состава наполнителя на структуру и свойства пористой керамики. | 1 |
2 | 3 | Термодинамическое описание границы раздела фаз. Поверхностная энергия твердых тел. Расчет значений поверхностной энергии кристаллов различной химической природы. | 1 |
3 | 4 | Расчет свободной поверхностной энергии частиц ульразернистого порошка. | 1 |
4 | 5 | Определение скорости оседания частиц металлического порошка. | 1 |
5 | 6 | Определение коэффициента диффузии мицелл при заданной температуре. | 1 |
6 | 7 | Изучение химических формул реагентов технологии детонационного синтеза. Изучение структуры поверхности наноалмазов. | 1 |
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ): программой не предусмотрены.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. , , . Нанотехнологии и специальные материалы: учебник для вузов. – СПб.: Химиздат, 2009. – 336 с.
2. Третьяков развития нанотехнологий в России и за рубежом // Вестник Российской академии наук.– 2007.– Т.77.– №1.–С.3-10.
3. Гусев , наноструктуры, нанотехнологии.– М.: Физматлит, 2005.–416 с.
4. , Рагуля материалы.– М.: Изд. Центр «Академия», 2005.– 192 с.
5. Иванов нужны и востребованы современным рынком //Российские нанотехнологии.– 2009.– Т.4.– № 1-2.– С.22-26).
6. Белая книга по нанотехнологиям: Исследования в области наночастиц, наноструктур и нанокомпозитов в Российской Федерации.– М.: Издательство ЛКИ, 2008.– 344с
7. , Баринов керамика.– М.: Наука,– 1993.–187 с.
8. Прозрачная керамика/ , , – М.: Энергия, 1980. – 96 с.
б) дополнительная литература
9. , , Соколов ультразвукового прессования керамических нанопорошков // Перспективные материалы.– 1999.– №3.– С.88-93
10. , , Бикбаева компактирования и консолидации наноструктурных материалов и изделий.– Томск: Изд. Томского политехнического университета.– 2008.– 196 с.
11. Ультразвуковая технология изготовления конструкционной и функциональной нанокерамики /O. Л. Хасанов, , // Перспективные материалы. – 2002. – №1. – C. 76 – 83.
в) программное обеспечение: Microsoft Office.
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 и самостоятельных работ.
Практические навыки студентом приобретаются в ходе выполнения рекомендованного программой учебного лабораторного практикума, подготовке к практическим работам 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;
- 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 ст. преподаватель
(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
Эксперты:
кафедра МиТХМ доцент
(место работы) (занимаемая должность) (инициалы, фамилия)
