Документ 228995

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
Руководитель направления
150100, декан МФ проф.
______________Е.И. Пряхин
«31» августа 2012 г.
Утверждаю
Зав. кафедрой МиТХИ, проф.
__________ Е.И. Пряхин
«31» августа 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Наноструктурные сверхтвердые материалы и
алмазоподобные пленки»
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
О.Ю. Ганзуленко
Программа является приложением
к учебному плану в соответствии с ФГОС-2010
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цель и задачи дисциплины.
Цель преподавания дисциплины – дать будущим магистрам по материаловедению
и технологии материалов современные знания об наноструктурных сверхтвердых
материалах и алмазоподобных пленках, а также способах их нанесения для решения
материаловедческих и металлургических задач, совершенствования и создания новых
конструкционных материалов.
Задачи дисциплины - изучение структурных особенностей и свойств сверхтвердых
материалов и алмазоподобных пленок, способов их получения и применения в
машиностроении и других отраслях промышленности.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к профессиональному циклу М2 ДВ3 (вариативная часть) дисциплины по выбору.
Для изучения дисциплины
«Наноструктурные сверхтвердые
материалы и
алмазоподобные пленки» необходимы знания, умения и компетенции, полученные
обучающимися при изучении дисциплин «Физика поверхности», «Физика и химия
конденсированного
состояния/Теория
«Материаловедение
и
технологии
электронного
современных
и
строения
твердых
перспективных
тел»,
материалов»,
«Оборудование и методики исследования наноматериалов и покрытий», «Физикомеханические свойства наноструктурированных материалов 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 разработки, исследования и использования сверхтвердых материалов и
алмазоподобных пленок;
- процессы получения материалов и управления их качеством для различных
областей техники.
Уметь:
- проводить сравнительный анализ данных о существующих способах разработки
новых материалов и покрытий с заданными технологическими
и функциональными
свойствами;
- выполнять инновационные материаловедческие и технологические проекты;
- производить оценку решений при создании продукции с учетом требований
качества и надежности.
Владеть:
- методами измерений физико-механических и эксплуатационных свойств
сверхтвердых материалов и алмазоподобных пленок;
- навыками оценки влияния эксплуатационных свойств сверхтвердых материалов и
алмазоподобных пленок на надежность и работоспособность машиностроительных
материалов.
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 3 зачётных единицы.
Всего
часов
Семестры
14
14
Лекции
4
4
Практические занятия (ПЗ)
10
10
Семинары (С)
0
0
Лабораторные работы (ЛР)
0
0
Самостоятельная работа (всего)
90
90
Курсовой проект (работа)
0
0
Расчётно-графические работы
0
0
Реферат
30
0
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
3
В том числе:
В том числе:
Другие виды самостоятельной работы:
Подготовка к практическим работам
12
0
Составление отчетов по практическим работам
12
0
Защита практических работ
0
0
Подготовка к сдаче зачета
15
15
Работа с литературой
16
16
Подготовка к сдаче зачета
27
27
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)
4
Зачет
час
108
108
зач. ед.
3
3
Общая трудоёмкость
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
2
3
4
5
Наименование раздела
дисциплины
Введение в
дисциплину.
Содержание раздела
Определение сверхтвердых материалов. Синтетические
сверхтвердые материалы. Классификация сверхтвердых
материалов. Задачи сверхтвердых материалов. Широко
применяемые сверхтвердые материалы.
Фазовые превращения в Фазовые превращения в углероде и нитриде бора.
сверхтвердых
Прямые фазовые превращения в нитриде бора. Процессы
материалах.
кристаллизации алмаза и кубического нитрида бора.
Механизм роста монокристалла нитрида бора. Введение
добавок при кристаллизации алмазов. Монокристаллы
алмаза.
Синтетические ультрадисперсные алмазные
порошки.
Поликристаллические
Высокоплотные поликристаллические сверхтвердые
сверхтвердые
материалы. Композиционные материалы на основе
материалы.
кубического нитрида бора. Свойства сверхтвердых
материалов. Способы получения нитрида бора.
Получение износостойких компактов из сверхтвердых
материалов.
Процессы
дефектообразования
в
сверхтвердых материалах. Техника высоко давления для
синтеза
сверхтвердых
материалов.
Металлизация
порошков сверхтвердых материалов.
Сверхтвердые
Многослойные пленки на основе карбидов, боридов и
наноструктурные
нитридов.
Влияние
дополнительного
внешнего
покрытия.
магнитного поля. Осаждение углерода на кремниевые
подложки. Многофункциональные структурированные
пленки. Многокомпонентные наноструктурированные
пленки.
Алмазный инструмент. Композиционный материал на основе алмаза и твердого
сплава. Алмазоабразивный инструмент для резки
неметаллических материалов. Абразивный материал для
финишной обработки изделий из твердых металлов и
сплавов стекала, керамики и пр. Технология напыления
6
Получение углеродных
алмазоподобных
пленок.
7
Опыт промышленного
применения
сверхтвердых
наноматериалов и
алмазоподобных
пленок.
алмазосодержащих покрытий.
Алмаз, его структура и свойства. Осаждение из пучков
ионов углерода. Метод ионно-лучевого осаждения.
Цилиндр Фарадея. Описание установки. Характеристика
ионного
источника.
Химическое
осаждение
из
газообразных углеводородов. Процесс химического
газофазного осаждения (CVD-процесс). Вакуумные
плазменные методы. Выращивание алмазных пленок
плазмохимическим методом. Нанесение углеродные
пленок в барьерном разряде. Синтез алмазных пленок при
взаимодействии
низкотемпературной
плазмы
в
поверхностью молибдена. Экспериментальная установка.
Материалы для теплоотводов. Электронные устройства.
Износостойкие покрытия. Оптика. Композиционные
материалы. Режущие инструменты. Алмазное точение
деталей из цветных сплавов. Точение и контроль матрицы
линзы Френеля. Изготовление матрицы пресс-формы.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№ Наименование
п/п обеспечиваемых
(последующих)
дисциплин
5 Научноисследовательская
работа
№ № разделов данной дисциплины, необходимых для
изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
+
+
+
+
+
+
+
Семин.
СРС
Всего
час.
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
Наименование раздела
дисциплины
1
Введение в дисциплину.
2
Фазовые
превращения
в
сверхтвердых материалах.
Поликристаллические
сверхтвердые материалы.
Сверхтвердые наноструктурные
покрытия.
Алмазный инструмент.
3
4
5
6
7
Получение углеродных
алмазоподобных пленок.
Опыт промышленного
применения сверхтвердых
наноматериалов и
алмазоподобных пленок.
Лекции Прак. Лаб.
зан. зан.
2
0
0
0
10
12
0
2
0
0
14
16
0
2
0
0
16
18
0
2
0
0
14
16
0
2
0
0
8
10
0
2
0
0
18
20
2
0
0
0
10
12
6. Лабораторный практикум: программой не предусмотрен.
7. Практические занятия (семинары):
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
Наименование практических работ
Изучение структур кристаллической решетки
различных модификаций нитрида бора.
Расчет фазовой диаграммы нитрида бора.
Теоретические предпосылки получения пленок
метастабильных фаз, алмаза и кубического нитрида
бора при пониженных температурах и давлениях.
Изучение структуры и свойств
многофункуциональных многокомпонентных
нанострукутрированных пленок.
Изучение топографии пленок с различной
микротвердостью. Зависимость микротвердости от
количества слоев в многослоных пленках. .
Изучение свойств алмазоподобных пленок,
полученных в барьерном разряде при атмосферном
давлении.
Получение углеродных алмазоподобных пленок.
Трудоёмкость
(час.)
2
2
2
2
2
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ): программой не предусмотрены.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин, С. А. Вологжанина, А. П. Петкова. Нанотехнологии и
специальные материалы: учебник для вузов. – СПб.: Химиздат, 2009. – 336 с.
2. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии.– М.: Физматлит,
2005.–416 с.
3. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы.– М.: Изд. Центр
«Академия», 2005.– 192 с.
4. Левашов Е.А., Штанский Д.В. Многофункциональные наноструктурированные
пленки. // Успехи химии. РАН, Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского.
2007. Т. 76, № 5. С. 501-509.
5. Сергеев Г.Б. Нанохимия. – М.: Изд-во МГУ, 2003. – 288 с
б) дополнительная литература
6. Андриевский Р. А. Новые сверхтвердые материалы на основе тугоплавких
соединений – достижения и перспективы // Физикохимия ультрадисперсных
систем. Екатеринбург, 2001. С. 23-31.
7. Безносюк С. А. Влияние квантовой топологии кинематических связей на механизм
наноструктурирования материалов / Безносюк С. А., Жуковский М. С., Жуковская
Т. М. // Изв. вузов. Физика. 2000. Т. 43, № 12. С. 14-19. Библиогр.: 11 назв.
8. Ильющенко
А.
Ф.
Алмазосодержащие
нанокомпозиты
инструментального
значения / А. Ф. Ильющенко, Л. В. Судник, Д. Р. Виолентий // Известия Академии
Промышленной Экологии. 2006. № 3. С. 74-75.
9. Крылов В. С. Наноструктуризация и упрочнение материалов алмазоподобными
частицами: [Пр-во сталей] // Материаловедение. 2004. № 4. С. 43-46. Библиогр.: с.
46.
10. Мальцев А. Сверхтвердые наносплавы // В мире науки. 2006. N 2. С. 82-85 .
11. Левченко
В.
А.
Нанотехнологии
XXI
века:
углеродистые
покрытия,
обеспечивающие повышение антифрикционных свойств сталей / В. А. Левченко,
Буяновский И. А., Игнатьева З. В., Матвеенко В. Н. // Трение и износ. 2005. Т. 26,
№ 1. С. 53-57.
12. Diamond Nanocrystals, T. Sharda and S. Bhattacharya, Encyclopedia of Nanoscience and
Nanotechnology (Am. Sc. Publishers, Ca., USA), 2003.
в) ресурсы Интернет.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
а) Кафедральная компьютерная аудитория № 6303, 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
в
выполнения
контрольных и самостоятельных работ.
Практические
навыки
студентом
приобретаются
ходе
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
Ганзуленко О.Ю.
Эксперты:
кафедра МиТХМ
профессор
Пряхин Е.И.