Программа по дисциплине опд ф. 08 " Методы исследования материалов и процессов" для направления

Вид материалаПрограмма

Содержание


1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе.
1.2. Задачи изучения дисциплины.
1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых студентами
2. Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине.
Студент должен уметь
3. Распределение трудоемкости (час.) дисциплины
4. Содержание лекционного курса.
Методы исследования технологических и эксплуатационных свойств материалов и покрытий.
Структурные методы
Электронная микроскопия.
Ультрафиолетовая (УФ) спектроскопия.
Инфракрасная (ИК) спектроскопия.
Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР
Лазерная спектроскопия
Методы ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).
Диэлектрическая спектроскопия.
Электронография и микродифракция
Рассеяние нейтронов
Методы термического анализа, масс-спектроскопии и хроматографии
...
Полное содержание
Подобный материал:

Саратовский государственный технический университет

Энгельсский Технологический институт (филиал) СГТУ

кафедра “Материаловедение”


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине ОПД Ф.08


Методы исследования материалов и процессов”


для направления

150600 “Материаловедение и технология новых материалов”


Курс 3 Лекций 34 часа

Семестр 5 Практич. занятий нет

Часов в неделю 4 Лабор. занятий 34 часа

Курсовой проект - нет СРС 85 часов

Курсовая работа - 5 семестр Всего часов 153 часа

Расчетно-графическая работа - нет

Контрольная работа - нет

Экзамен - 5 семестр

Зачет - семестр


Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры МВ

30 августа 2010 года, протокол № 1


Зав. кафедрой_____________________Артеменко А.А.


Рабочая программа утверждена на заседании УМКН

02 сентября 2010 года, протокол № 1


Председатель УМКН ______________Артеменко А.А.


Энгельс 2010 г.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ.

    1. Цель преподавания дисциплины.

Цель преподавания данной дисциплины состоит в изложении принципов работы и определении возможностей использования инструментальных методов анализа состава, структуры и свойств материалов и покрытий, явлений и процессов в них на различных стадиях получения, обработки, переработки и эксплуатации.

1.2. Задачи изучения дисциплины.

Основными задачами освоения дисциплины являются:

- получение и закрепление теоретических и практических знаний в области физических и физико-химических явлений и процессов, лежащих в основе наиболее важных методов исследования состава, структуры и свойств материалов и покрытий и явлений в них (физико-механических испытаний, определения теплофизических, электрических, магнитных, оптических и специальных функциональных свойств материалов и покрытий и структурных методов их исследования - спектроскопии, микроскопии, дифрактометрии, термического анализа, масс-спектроскопии и хроматографии);

- понимание принципов устройства и работы типовых приборов и аппаратуры, используемых в данных методах, способов приготовления и подготовки образцов, обработки и анализа регистрируемых характеристик и источников возможных ошибок, определения точности экспериментов и их ограничений;

-приобретение знаний и навыков по оценке возможностей методов и их практическому использованию в исследовании материалов и покрытий различной природы, процессов и явлений в них.


1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых студентами

необходимо для изучения данной дисциплины.

Освоение данной дисциплины базируется на изучении студентом дисциплин циклов ЕН и ОПД: Математики, Информатики, Физики, Химии, Материаловедения, Технологии материалов и покрытий, Метрологии, стандартизации и сертификации


2. ТРЕБОВАНИЯ К ЗНАНИЯМ И УМЕНИЯМ СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ.

Студент должен знать:

- физические явления, лежащие в основе методов исследования и контроля состава, структуры и свойств материалов, покрытий и процессов в них, классификацию методов по этим явлениям;

- принцип работы и конструкцию типовых устройств и приборов, используемых в данных методах исследований и испытаний;

- практические возможности методов и используемой аппаратуры в исследовании и контроле состава, структуры и свойств материалов и покрытий, явлений и процессов в них на различных стадиях получения, обработки, переработки и эксплуатации.

Студент должен уметь:

- проводить необходимые эксперименты;

- получать результаты, их обрабатывать и анализировать в рамках метода;

- использовать полученные результаты в практических целях для разработки новых материалов, явлений и процессов в них, оценки и прогнозирования их технологических и эксплуатационных свойств.


3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТРУДОЕМКОСТИ (ЧАС.) ДИСЦИПЛИНЫ

ПО ТЕМАМ И ВИДАМ ЗАНЯТИЙ.


№ модуля

№ недели

№ темы

Наименование темы

Часы




всего

лекций

лаб. з.

прак. з.

СРС

1

1, 2

1

Введение

6

4

-

-

2

3-7

2

Методы исследования технологических и эксплуатационных свойств материалов и покрытий.

58

10

24

-

24

2

8-14

3

Структурные методы:

-микроскопия

-методы абсорбционной спектроскопии электромагнитных излучений (ЭМИ)

-методы электронной спектроскопии

-методы рассеяния (дифракции) ЭМИ и корпускулярных излучений

54

14

6

-

34

3

15-17

4

Методы термического анализа, масс-спектроскопии и хроматографии

35

6

4

-

25

Всего

153

34

34

-

85


4. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА.


№ темы

Всего часов

№ лекции

Тема лекции. Вопросы, обрабатываемые на лекции.

1

2

3

4

1

4

1-2

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 содержание 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

10

3-7

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.




1

2

3

4

3

14

8-14

Структурные методы:

-микроскопия

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.

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.

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), принципиальная схема и устройство электронного микроскопа. Методы подготовки образцов, тонкие пленки и срезы, метод реплик, оттенение и контрастирование. Примеры использования и возможности ПЭМ в исследовании материалов и покрытий различной природы.

Растровая электронная микроскопия (РЭМ), принципиальная схема и устройство электронного микроскопа, подготовка образцов. Примеры использования и возможности РЭМ в исследовании материалов и покрытий различной природы.










-методы абсорбционной спектроскопии электромагнитных излучений

Шкала электромагнитных волн и спектр ЭМИ. Теоретические основы и принципы методов абсорбционной спектроскопии ЭМИ, их классификация.

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.

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.

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.

Лазерная спектроскопия. Особенности и возможности лазерной спектроскопии в повышении информативности ИК- и КР- методов.

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.

Радиоспектроскопия. Теоретические основы и классификация методов.

Методы ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Магнитный резонанс как явление, лежащее в основе различных радиоспектроскопических методов, классификация методов. ЯМР томография.

кристаллизации, плавлении и др. превращениях.

Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Спектры ЭПР и ЭПР релаксация. ЭПР-спектрометры и их характеристики. Анализ результатов и связь регистрируемых параметров со структурой вещества. Методы подготовки образцов. Области применения ЭПР.

Диэлектрическая спектроскопия. Диэлектрическая поляризация в диэлектриках, релаксационный характер дипольной поляризации. Устройство диэлектрических спектрометров.

-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.

-методы рассеяния (дифракции) ЭМИ и корпускулярных излучений

Рентгеноструктурный (РФ) и рентгенофазный (РФ) анализ. 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.

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

Рассеяние нейтронов. Свойства нейтронов и их классификация по энергиям. Сечение ядра. Сечение поглощения и сечение рассеяния. Спектрометры и датчики нейтронов. Нейтронография. Применения для изучения структуры материала.

4

6

15-17

Методы термического анализа, масс-спектроскопии и хроматографии

Термический анализ. 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.

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.

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.



5. ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ.

Практические занятия учебным планом не предусмотрены.


6. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ.


№ темы

Всего

часов



работы

Наименование лабораторной работы.

Вопросы, обрабатываемые на лабораторном занятии.

2

2

1

Определение модуля продольной упругости Е.

2

2

Испытание образцов на удар при изгибе.

2




Отчет по лабораторным работам 1 и 2.

4

3

Определение электрических свойств материалов и покрытий

2




Отчет по лабораторной работе 3

4

4

Определение магнитных свойств материалов и покрытий

2




Отчет по лабораторной работе 4

4

5

Определение оптически свойств материалов и покрытий

2




Отчет по лабораторной работе 5

3

4

6

Структурные методы исследования материалов и покрытий

2




Отчет по лабораторной работе 6

4

2

7

Термические методы анализа

2




Отчет по лабораторной работе 7



7. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ.


№ темы

Всего

часов

Вопросы для самостоятельного изучения

Литература.

1

2

3

4

1

2

Введение

[1-14]

2

19

Методы исследования технологических и эксплуатационных свойств материалов и покрытий.

[1-14]

3

12

Микроскопические методы исследования

[1-14]

17

Методы абсорбционной спектроскопии электромагнитных излучений (ЭМИ)

[1-14]

8

Методы электронной спектроскопии

[1-14]

13

Методы рассеяния (дифракции) ЭМИ и корпускулярных излучений

[1-14]

4

14

Методы термического анализа, масс-спектроскопии и хроматографии

[1-14]



8. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ.

Курсовой проект учебным планом не предусмотрен.


9. КУРСОВАЯ РАБОТА.

Курсовая работа как вид самостоятельной работы студента заключается в изучении и описании одного из физических методов исследования материалов. Выполняется и оформляется согласно методическим указаниям.


10. РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА.

Расчетно-графическая работа учебным планом не предусмотрена.


11. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА.

Контрольная работа учебным планом не предусмотрена.


12. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Классификация физических методов исследования материалов и покрытий по явлениям и процессам, лежащим в их основе.

2. Взаимосвязь физических явлений и методов исследования и контроля качества материалов и изделий.

3. Техника статистической обработки экспериментальных данных.

4. Стандартные и нестандартные методы физико-механических испытаний.

5. Методы определения теплофизических свойств материалов и покрытий.

6. Методы определения электрических свойств материалов и покрытий.

7. Методы определения магнитных свойств материалов и покрытий.

8. Методы определения оптических свойств материалов и покрытий.

9. Методы определения специальных функциональных свойств материалов и покрытий

10. Физические основы оптической микроскопии.

11. Принципиальная схема оптического микроскопа.

12. Микроскопия в проходящем и отраженном свете, темнопольная микроскопия.

13. Способы подготовки образцов для оптической микроскопии.

14. Методы обработки изображений полученных оптической микроскопией

15. Стереометрической металлография.

16. Физические основы электронной микроскопии, волны Де Бройля, способы получения электронных пучков и основы электронной оптики, взаимодействие электронов с веществом.

17. Просвечивающая (трансмиссионная) и растровая (сканирующая) электронная микроскопия, зависимость разрешающей способности метода от длины волны электрона.

18. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), принципиальная схема и устройство электронного микроскопа.

19. Методы подготовки образцов для электронной микроскопии, тонкие пленки и срезы, метод реплик, оттенение и контрастирование.

20. Растровая электронная микроскопия (РЭМ), принципиальная схема и устройство электронного микроскопа, подготовка образцов. Примеры использования и возможности РЭМ в исследовании материалов и покрытий различной природы.

21. Шкала электромагнитных волн и спектр ЭМИ.

22. Теоретические основы и принципы методов абсорбционной спектроскопии ЭМИ, их классификация.

23. 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.

24. Инфракрасная (ИК) спектроскопия. Теоретические основы метода и связь ИК-спектров со строением вещества.

25. Принципиальная схема конструкции ИК-спектрофотометров.

26. Способы подготовки образцов и проведение инфракрасной спектроскопии, обработка и анализ результатов. Примеры использования и возможности ИК-спектоскопии в исследовании материалов и покрытий различной природы.

27. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР). Теоретические основы происхождения линий в спектрах КР. Сопоставление методов КР и ИК спектроскопии.

28. Схема спектрометра комбинационного рассеяния и его устройство.

29. Подготовка образцов и проведение экспериментов. Области применения КР-спектроскопии.

30. Лазерная спектроскопия. Особенности и возможности лазерной спектроскопии в повышении информативности ИК- и КР- методов.

31. Спектроскопия рентгеновского излучения (РИ). Характеристические рентгеновские спектры, закон Мозли.

32. Принцип рентгеноспектрального анализа и схема рентгеновского спектрометра, датчики рентгеновского излучения.

33. Способы подготовки образцов для рентгеноспектрального анализа.

34. Электроннозондовый рентгеноспектральный микроанализ.

35. Использование методов РИ-спектроскопии в исследованиях электронной энергетической структуры атомов, молекул и твердых тел. Области применения и возможности метода в исследовании материалов.

36. Радиоспектроскопия. Теоретические основы и классификация методов.

37. Методы ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

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

39. ЯМР томография.

40. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Спектры ЭПР и ЭПР релаксация.

41. ЭПР-спектрометры и их характеристики.

42. Анализ результатов и связь регистрируемых параметров ЭПР со структурой вещества.

43. Методы подготовки образцов для ЭПР. Области применения ЭПР.

44. Диэлектрическая спектроскопия. Диэлектрическая поляризация в диэлектриках, релаксационный характер дипольной поляризации.

45. Устройство диэлектрических спектрометров.

46. Электронная спектроскопия для химического анализа (ЭСХА)

47. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС).

48. Оже-спектроскопия, теоретические основы методов, аппаратурное обеспечение.

49. Образцы для оже-спектроскопии, методы получения и обработки спектров, возможности применения.

50. Рентгеноструктурный (РФ) и рентгенофазный (РФ) анализ. Дифракция рентгеновских лучей, условия Вульфа-Брегга, радиальная функция распределения.

51. Принцип устройства и конструкция рентгеновского дифрактометра.

52. Подготовка образцов для рентгеноструктурного (РФ) и рентгенофазного (РФ) анализов, проведение экспериментов, расшифровка рентгенограмм.

53. Компьютерный рентгеновский томограф.

54. Примеры использования и возможности РСА, РФА и компьютерной томографии в исследовании материалов и покрытий различной природы.

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

56. Рассеяние нейтронов. Свойства нейтронов и их классификация по энергиям. Сечение ядра. Сечение поглощения и сечение рассеяния. Спектрометры и датчики нейтронов.

57. Нейтронография. Применения для изучения структуры материала.

58. Термический анализ. Классификация термических методов анализа.

59. Термогравиметрия и дифференциальный термическй анализ, схема и устройство приборов, применение метода для исследования материалов.

60. Дифференциальная сканирующая калориметрия, схема прибора, применение метода.

61. Масс-спектрометрия. Разрушение вещества под действием потока электронов, основные процессы, принцип разделения продуктов распада.

62. Масс-спектрометры с отклонением под действием магнитного поля, время-пролетные масс-спектрометры, масс-спектры. Применение метода.

63. Хроматография. Основные понятия и определения хроматографии: время удерживания, объем удерживания, селективность колонки, разделительный фактор колонки, хроматограммы, количественный хроматографический анализ, методы внутреннего и внешнего стандарта.

62. Газовая, обращенная газовая, жидкостная и газо-жидкостная хроматография. Примеры использования и возможности методв хроматографии в исследовании материалов и покрытий различной природы.


13. СПИСОК ОСНОВНОЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ.

13.1. Список основной литературы

1. Сборники стандартов по испытанию материалов. -М.: Госстандарт, 2006-2010.

2. Физическая энциклопедия/ Гл. редактор Прохоров А.М. -М.: Научное издательство “Большая Российская энциклопедия”, 1988-1998, т.1-5.

3. Химическая энциклопедия/Гл. редакторы И.Л.Кнунянц, Н.С.Зефиров. Научное издательство “Большая Российская энциклопедия”, 1988-1998, т.1-5.

4. Соболев Д.А. Введение в технику физического эксперимента. Учебное пособие. -М.: МГУ, 1993, - 175 с.

5. Горелик С.С, Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. Учебное пособие для вузов. -М.: МИСИС, 1994, - 327 с.

6. Борисова О.М., Сальников В.Д. Химические, физико-химические и физические методы анализа. -М.: Химия,1991, - 267 с.

7. Лундин А.Г., Федин Э.И. ЯМР-спектроскопия. -М.: Наука, 1986, - 223 с.

8. Берштейн В.А., Егоров В.М. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физико-химии полимеров. -М.: Химия, 1990, - 256 с.


13.2. Список дополнительной литературы

9. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. -М.: “Высшая школа”, 1987, - 367 с.

10. Количественный электронно-зондовый микроанализ/ Под ред. В.Скотта, Г. Лава. -М.: Мир, 1986, 352 с.

11. Фельдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. -М.: Мир, 1987, - 342 с.

12. Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии/ Под ред. Д.Бриггса, М.Сиха. -М.: Мир, 1987, - 598 с.

13. Годовский Ю.К. Теплофизические методы исследования полимеров. -М.: Химия, 1996, - 340 с.

14. Количественный анализ хроматографическим методом/ Под ред. Э.Каца. -М.: Мир, 1990, - 536 с.


14. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАГЛЯДНЫХ ПОСОБИЙ, ТСО,

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ.

1. Токарный станок 1К62, фрезерный станок 6Р82, заточный станок 3Е642 (Лаборатория технологии конструкционных материалов).

2. Универсальный заточный станок 3Д642Е - модернизирован под процессы электроалмазного шлифования (Лаборатория технологии конструкционных материалов).

3. Твердомер: ТК-2, микроскопы ММУ-3, МБС-10 (Лаборатория материаловедения).

4. Инструментальный металлографический микроскоп ИМЦ (Лаборатория материаловедения).


Рабочая программа составлена______________________

15. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ


Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры


“_____”________2010 года, протокол № ___


Зав. кафедрой _________ Артеменко А.А.


Внесенные элементы утверждены на заседании УМКН ______

“_____”________2010 года, протокол № ___


Председатель УМКН _____________________ Артеменко А.А.