Рабочая программа дисциплины «Методы исследования материалов и процессов» (Структура и содержание дисциплины. Экзаменационные вопросы)

Виды учебной работы

Семестр

Объёмы учебной работы (в семестре/в неделю), ч.

Объёмы учебной работы в кредитах (зачётных единицах)

Аудиторные занятия

Самостоятельная работа

Всего

1. Предусмотренный рабочим учебным планом объём изучения дисциплины в учебных семестрах:

-всего

9

76/5

77

153/5

3

2. По видам аудиторных занятий:

9

-лекции

34/2

-

34/2

-практические занятия

17/1

-

17/1

-лабораторные занятия

25/2

-

25/2

-курсовое

проектирование

-

-

-

3. Аттестация по курсу:

-экзамены

9

-

-

36

4. Итого объём дисциплины по семестрам (записи в зачётную книжку):

-экзамены

9

153

5. Итого трудоёмкость дисциплины

-

-

-

188

9

1

Введение

Основные определения и термины, цели и задачи дисциплины, схема построения и содержание основных разделов лекций и лабораторного практикума, виды и формы самостоятельной работы, тематика и cодержание курсовой работы. Классификация физических методов исследования материалов и покрытий по явлениям и процессам, лежащим в их основе. Взаимосвязь физических явлений и методов исследования и контроля качества материалов и изделий. Техника статистической обработки экспериментальных данных.

2

9

2

Методы исследования технологических и эксплуатационных свойств материалов и покрытий

Стандартные и нестандартные методы физико-механических испытаний и определения, теплофизических, электрических, магнитных, оптических и специальных функциональных свойств материалов и покрытий на различных стадиях процессов их получения, обработки и переработки, установки и приборы для испытаний, образцы, получаемые результаты, методы их обработки и использования.

2

9

3

Оптическая (световая) микроскопия

Физические основы оптической микроскопии, длина волны света и разрешающая способность метода. Принципиальная схема микроскопа. Микроскопия в проходящем и отраженном свете, темнопольная микроскопия. Способы подготовки образцов. Варианты использования оптической микроскопии  для исследования материалов и покрытий. Методы обработки изображений, основы стереометрической металлографии.

2

9

4

Электронная микроскопия

Физические основы электронной микроскопии, волны Де Бройля, способы получения электронных пучков и основы электронной оптики, взаимодействие электронов с веществом. Принципы просвечивающей (трансмиссионной) и растровой (сканирующей) электронной микроскопии, зависимость разрешающей способности метода от длины волны электрона.

2

9

5

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ)

Принципиальная схема и устройство электронного микроскопа. Методы подготовки образцов, тонкие пленки и срезы, метод реплик, оттененение и контрастирование. Примеры использования и возможности ПЭМ в исследовании материалов и покрытий различной природы.

2

9

6

Растровая электронная микроскопия (РЭМ)

Принципиальная схема и устройство электронного микроскопа, подготовка образцов. Примеры использования и возможности РЭМ в исследовании материалов и покрытий различной природы.

2

9

7.   

Ультрафиолетовая (УФ) спектроскопия

Теоретические основы метода и связь УФ-спектров со строением вещества. Принципиальная схема и конструкция спектрофотометров, способы подготовки образцов, проведение экспериментов и анализ результатов. Примеры использования и возможности УФ-спектроскопии в исследовании материалов и покрытий различной природы.

2

9

8.   

Инфракрасная (ИК) спектроскопия

Теоретические основы метода и связь ИК-спектров со строением вещества. Принципиальная схема конструкции ИК-спектрофотометров. Способы подготовки образцов и проведение эксперимента, обработка и анализ результатов. Примеры использования и возможности ИК-спектоскопии в исследовании материалов и покрытий различной природы.

2

9

9.   

Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР)

Теоретические основы происхождения линий в спектрах КР. Сопоставление методов КР и ИК спектроскопии. Схема спектрометра комбинационного рассеяния и его устройство, подготовка образцов и проведение экспериментов. Области применения КР-спектроскопии.

2

9

10.   

Спектроскопия рентгеновского излучения (РИ)

Характеристические рентгеновские спектры, закон Мозли. Принцип рентгеноспектрального анализа и схема рентгеновского спектрометра, датчики рентгеновского излучения, способы подготовки образцов. Электроннозондовый рентгеноспектральный микроанализ. Использование методов РИ-спектроскопии в исследованиях электронной энергетической структуры атомов, молекул и твердых тел. Области применения и возможности метода в исследовании материалов.

2

9

11.   

Методы ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Магнитный резонанс как явление, лежащее в основе различных радиоспектроскопических методов, классификация методов. ЯМР томография.

2

9

12.   

Методы электронной спектроскопии

Электронная спектроскопия для химического анализа (ЭСХА), или рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) и Оже-спектроскопия, теоретические основы методов, аппаратурное обеспечение, образцы, методы получения и обработки спектров, возможности применения.

2

9

13.   

Методы рассеяния (дифракции) ЭМИ и корпускулярных излучений

Дифракция рентгеновских лучей, условия Вульфа-Брегга, радиальная функция распределения. Принцип устройства и конструкция рентгеновского дифрактометра, образцы, проведение экспериментов, расшифровка рентгенограмм. Компьютерный рентгеновский томограф. Примеры использования и возможности РСА, РФА и компьютерной томографии в исследовании материалов и покрытий различной природы.

2

9

14.   

Электронография и микродифракция

Электронограф и возможности использования просвечивающего электронного микроскопа. Методы подготовки образцов, обработка результатов, сопоставление электронографии и рентгеноструктурного анализа.

2

9

15.   

Методы термического анализа, масс-спектроскопии и хроматографии

Классификация термических методов анализа. Термогравиметрия и дифференциальный термическй анализ, схема и устройство приборов, применение метода для исследования материалов. Дифференциальная сканирующая калориметрия, схема прибора, применение метода.

2

9

16.   

Масс-спектрометрия

Разрушение вещества под действием потока электронов, основные процессы, принцип разделения продуктов распада. Масс-спектрометры с отклонением под действием магнитного поля, время-пролетные масс-спектрометры, масс-спектры. Применение метода.

2

9

17.   

Хроматография

Основные понятия и определения хроматографии: время удерживания, объем удерживания, селективность колонки, разделительный фактор колонки, хроматограммы, количественный хроматографический анализ, методы внутреннего и внешнего стандарта. Газовая, обращенная газовая, жидкостная и газо-жидкостная хроматография. Примеры использования и возможности методв хроматографии в исследовании материалов и покрытий различной природы.

2

Всего

34

№ пп

Тематика занятий

Цель и содержание работы

Кол-во академических часов

1.   

Механические испытания материалов

Ознакомление с методикой механических испытаний. Построение диаграмм растяжения, сжатия, усталости.

4

2.   

Твердость и микротвердость материала

Ознакомление с методикой определения твердости и микротвердости. Определение энергии Гиббса методом микротвердости

4

3.   

Определение теплофизических свойств материалов

Ознакомление с методикой определения теплопроводности. Исследование влияния температуры на коэффициент теплопроводности

4

4.   

Определение электрических свойств материалов

Ознакомление с методикой определения электрических характеристик материала. Исследование влияния температуры на электропроводность сталей и сплавов

4

5.   

Структурные методы исследования материалов и покрытий

Ознакомление с методикой определения микроструктур покрытий. Исследование влияния режимов газотермического напыления на пористость покрытия

4

6.   

Термические методы анализа

Ознакомление с методом дифференциального термического анализа. Построение кривой ДТА для сталей различного состава

5

Итого в 9-ом семестре

25

Итого по дисциплине в целом

25

№ пп

Тематика занятий

Цель и содержание работы

Кол-во академических часов

1

Диаграммы растяжения и сжатия

Ознакомление с методикой пересчета диаграмм растяжения и сжатия из относительных величин в истинные

2

2

Усталость материала

Расчет уравнений циклической долговечности (диаграмма Веллера) по результатам экспериментальных исследований.

3

3

Износостойкость материала

Ознакомление с методикой определения ресурса работы узла трения. Решение задач по расчету износостойкости материала

4

4

Электропроводность бинарных сплавов

Расчет электропроводности бинарных сплавов по диаграммам состояния

2

5

Теплоемкость бинарных сплавов

Расчет молярной теплоемкости бинарных сплавов по диаграммам состояния

2

6

Рентгеноструктурный анализ

Ознакомление с методикой обработки рентгенограмм при фазово-структурном анализе. Расчет плотности дислокаций, степени искажения решетки.

4

Итого в 9-ом семестре

17

Итого по дисциплине в целом

17

Номер темы

Компоненты самостоятельной работы

Кол-во академических часов

1.   

Методы исследования технологических и эксплуатационных свойств материалов и покрытий

7

2.   

Микроскопия, компьютерная металлография

7

3.   

Методы абсорбционной спектроскопии электромагнитных излучений (ЭМИ)

7

4.   

Методы электронной спектроскопии

7

5.   

Методы рассеяния (дифракции) ЭМИ и корпускулярных излучений

7

6.   

Методы термического анализа, масс-спектроскопии и хроматографии

6

Итого в 8м семестре

41

Вид самостоятельной работы

Число часов в неделю

Итого по видам работ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

Подготовка к лекциям

0.1

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.1

3

Подготовка к практическим занятиям

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

15

Подготовка отчета к лабораторным работам

2

2

2

2

2

2

2

2

16

Подготовка к контрольным мероприятиям

2

2

Изучение теоретических разделов дисциплины

2

3

3

3

3

3

3

3

3

3

2

2

2

2

2

2

2

41

Итого в 9-ом семестре

2

6,1

4,2

6,2

4,2

6,2

4,2

6,2

4,2

6,2

3,2

5,2

3,2

5,2

3,2

7,2

2,1

77