КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

Программа
вступительного экзамена в магистратуру по направлению
150600 «Материаловедение, технологии материалов и покрытий»
(аннатированная магистрская программа «Перспективные конструкционные материалы и высокоэффективные технологии»)
Часть 1. Полимерное материаловедение
Тема 1. Строение, способы получения и структура полимеров
Классификация, особенности строения и способы получения полимеров.
Классификация полимеров по происхождению, химическому составу и
строению. Способы получения полимеров и формы макромолекул. Термопластичные и термореактивные полимеры. Товарные формы полимеров.
Фазовые состояния полимеров. Кристаллическое и аморфное фазовое состояние. Надмолекулярная структура аморфных и кристаллических полимеров.
Физические состояния полимеров. Термомеханические кривые аморфных и кристаллических полимеров. Практическое значение термомеханического анализа полимеров.
Тема 2. Пластические массы
Основные ингредиенты пластмасс.
Особенности свойств, марочный ассортимент термопластов и реактопластов. Основные ингредиенты пластмасс, их назначение и требования к ним.
Термопластичные полимеры и материалы на их основе.
Полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол, фторопласты,
поливинилхлорид, полиметилметакрилат, полиамиды, полиуретаны, поликарбонаты, полиимиды, полиэтилентерефталат, полиформальдегид, полифениленоксид, полиэфирсульфоны, поливинилацетат, поливиниловый спирт. Способы
получения, состав, структура, свойства, марочный ассортимент и области практического применения материалов на их основе.
Термореактивные полимеры и материалы на их основе.
Фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорганические смолы. Способы получения, состав, свойства, марочный ассортимент и
области практического применения материалов на их основе.
Природные полимеры и их производные. Простые и сложные эфиры целлюлозы, гидратцеллюлоза. Способы получения, свойства и области применения.
Тема 3. Методы формования изделий из пластических масс
Сущность и классификация процессов переработки пластических масс в
изделия.
Прессование, литье под давлением и экструзия. Особенности процессов,
основные параметры и принципы действия оборудования.
Требования к конструкции деталей из полимерных материалов. Требования к технологическим свойствам полимерных материалов. Основы рационального выбора полимерных материалов, нормы расхода материалов на изготовление детали из полимерных материалов и себестоимость изготовления.
Тема 4. Армированные пластики
Строение, состав, классификация и принципы проектирования армированных пластиков. Стеклопластики, углепластики, органопластики и базальтопласты. Состав, классификация, важнейшие свойства, марочный ассортимент и
области применения.
Термопластичные композиционные материалы: непрерывноармированные термопласты, высокоармированные термопласты и предельноармированные органоволокниты. Способы получения, важнейшие свойства, марочный ассортимент и области применения.
Литература
1. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Химия, 1978., 544с.
2.Лахтин Ю.М. Материаловедение. М.: Высш.шк., 1991. 448 с.
3. Армированные пластики: Справочное пособие / В.А. Бунаков, Г.С. Головкин, Г.П. Машанская идр.: под ред. Г.С. Головкина, В.И. Семенова. М.:
МАИ, 1997. 404 с.
4. Галимов Э.Р., Маминов А.С. и др. «Материалы приборостроения»
Учебное пособие/Под общ ред. Э.Р.Галимова, А.С.Маминова. Казань: Изд. Казан.гос.техн.ун-та, 2008. 672 с.
Часть 2. Металлическое материаловедение
Тема 1. Строение и свойства металлов и сплавов
Методы исследования структуры металлов и сплавов. Металлический
тип связи. Атомно-кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических
решеток и их параметры. Дефекты строения металлов и их влияния на свойства.
Диффузия и самодиффузия в кристаллическом теле. Термические кривые
охлаждения при кристаллизации чистых металлов. Строение металлического
слитка. Полиморфные превращения в металлах.
Напряженно-деформированное состояние материалов деталей изделий и
стандартные механические свойства, характеризующие: прочность, твердость,
микротвердость; свойства, определяемые при статическом растяжении – пределы прочности, текучести, упругости, относительное удлинение и сужение, стадии деформирования на диаграмме статического растяжения; Реальная прочность металлов.
Тема 2. Конструкционные стали и сплавы
Физические, химические и механические свойства железа. Диаграмма состояния железо-углерод. Структурные составляющие сплавов железа с углеро2
дом в равновесном состоянии, их характеристика, условия образования и свойства. Классификация сплавов железа с углеродом по диаграмме состояния.
Классификация углеродистых сталей по качеству, маркировка, закаливаемость,
технологичность.
Белый чугун. Влияние углерода, кремния и скорости охлаждения на
структуру серого чугуна. Серый чугун. Ковкий чугун. Высокопрочный чугун.
Легированный чугун. Классификация чугунов по структуре металлической основы. Влияние формы графитовых включений и состава металлической основы
на свойства чугунов. Маркировка чугунов.
Государственные стандарты на углеродистые стали обыкновенного качества, качественные и высококачественные; группы марок и область их применения.
Маркировка, классификация легированных и углеродистых сталей: конструкционные, инструментальные и стали специального назначения.
Классификация конструкционных сталей: цементируемые, азотируемые,
улучшаемые, высокопрочные, пружинные, шарикоподшипниковые.
Классификация специальных конструкционных сталей: коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные, криогенные, радиоционно-стойкие, магнитные и др.
Углеродистые, низко-, средне- и высоколегированные стали. Углеродистые стали обыкновенного качества, качественные, высоко- и особовысококачественные.
Легированные стали: низко-, средне- и высоколегированные. Марганцовистые, кремнистые и марганцовисто-кремнистые. Хромистые, хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые теплостойкие стали. Низколегированные перлитные кремнисто-марганцовистые стали.
Никель. Классификация сплавов на основе никеля. Состав сплавов на основе никеля, марки, термическая обработка, свойства.
Сплавы на основе тугоплавких металлов: хрома, вольфрама, ниобия и др.
Марки. Защита от газовой коррозии. Сравнительные свойства и применение.
Тема 3. Теория и технология термической обработки стали и сплавов
Превращение в сталях при нагреве. Критические точки на стальной части
диаграммы состояния железо-углерод и происходящие в них превращения.
Влияние размера зерна на механические и технологические свойства сталей.
Превращения переохлажденного аустенита. Перлитное превращение.
Продукты перлитного распада аустенита, их строение и свойства. Мартенситное превращение. Строение мартенсита и свойства. Промежуточное превращение. Превращение при нагреве закаленной стали. Влияние температуры и продолжительности нагрева на строение и свойства закаленной стали. Старение
стали. Классификация видов термической обработки, их характеристика и применение.
Общая характеристика технологического процесса термической обработки стали. Способы и технология предварительной термической обработки: отжиг первого рода, отжиг второго рода.
3
Выбор температуры и скорости охлаждения, формирование структур и
свойств при проведении промежуточных видов термической обработки. Технология проведения изотермического отжига. Преимущества и недостатки. Отжиг
на зернистый перлит и цементит.
Закалка стали. Выбор температуры закалки по диаграмме состояния углеродистых и легированных сталей. Контролируемые атмосферы. Закалочные
среды и требования предъявляемые к ним. Закалочные напряжения.
Отпуск стали. Виды и назначение отпуска. Технология проведения отпуска. Влияние закалки и отпуска на механические свойства стали.
Термомеханическая обработка стали. Виды, технология проведения,
структура, свойства.
Поверхностная закалка, ее виды и области применения. Стали пониженной
и регламентированной прокаливаемости. Выбор температуры нагрева и скорости
охлаждения при поверхностной закалке. Структура и механические свойства поверхности и сердцевины.
Классификация видов ХТО. Физические основы химико-термической обработки. Цементация. Назначение цементации. Стали для цементации. Параметры цементации. Механизм образования цементированного слоя и его свойства. Термическая обработка после цементации, структура и свойства цементированных деталей. Нитроцементация и цианирование сталей. Азотирование
стали. Виды азотирования. Механизм образования азотированного слоя. Стали
для прочностного азотирования.
Тема 4. Конструкционные сплавы на основе цветных металлов
Алюминий. Коэффициент линейного расширения, электропроводность,
коррозионная стойкость, прочность и пластичность. Марки алюминия химической и технической чистоты.
Алюминиевые сплавы. Классификация алюминиевых сплавов по способу
изготовления заготовок и полуфабрикатов, по уровню прочности, по жаропрочности, по коррозионной стойкости и т.п.
Титан. Марки титана химической и технической чистоты.
Титановые сплавы. Классификация титановых сплавов. Маркировка.
Особенности термической обработки, структура, свойства и область применения.
Магний. Марки магния. Классификация магниевых сплавов.
Бериллий. Сплавы с бериллием: алюминий-беррилий-магниевые сплавы.
Марки. Свойства.
Медь. Сравнительная характеристика меди. Марки меди технической чистоты. Сплавы на основе меди: латуни и бронзы деформируемые и литейные.
Состав, маркировка, термическая обработка, структура, свойства.
Тема 5. Инструментальные стали и твердые сплавы
Виды инструмента: режущий, измерительный, штамповый. Требования к
металлу инструмента по видам назначения.
4
Классификация инструментальных сталей и твердых сплавов по химическому составу, по размерам инструмента (прокаливаемости), по служебным характеристикам (теплостойкости).
Углеродистые (нелегированные) инструментальные стали.
Легированные инструментальные стали. Марки, состав, термическая обработка, структура, твердость, области применения.
Быстрорежущие стали. Общая характеристика состава, марки. Особенности термической обработки, структура, теплостойкость.
Штамповые стали для холодной и горячей штамповки, пресс-форм литья.
Состав, прокаливаемость, виды и режимы предварительной и окончательной
термической обработки, структура, свойства. Поверхностное легирование режущей кромки и эффективность.
Литература
1. Материаловедение: Учебник для вузов/ Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова,
Г.Г. Мухин и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 5-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 648 с.: ил.
2. Маминов А.С., Галимов Э.Р., Овечкина М.В., Солдаткин В.М. Металлические материалы в биомедицинской технике: Учебное пособие/ Под общ. ред.
А.С. Маминова. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2006 г. 514 с. Часть 1.
3. Материаловедение и технология металлов: учебник для вузов/Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высшая школа, 2002. – 638 с.
4. Материаловедение: Учебник для вузов/ Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова,
Г.Г. Мухин и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 5-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 648 с.: ил.
5. Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Справочник в пяти томах. Под общей редакцией д-ра техн. наук И.В.Кудрявцева. Том 3. Специальные стали и сплавы. Под редакцией д-ра техн. наук Ф.Ф. Химушина.
6. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и
доп. М.: Металлургия, 1986. 544 с.
7. Гуляев А. Л. Металловедение. М.: Металлургия, 1977. 647 с.
Часть3. Технология конструкционных материалов
Тема 1 . Технологии литейного производства
Изготовление отливок из различных сплавов. Литейные свойства сплавов.
Влияние литейных свойств сплавов на качество отливок. Способы изготовления отливок. Литейная форма, ее элементы и назначение. Требования, предъявляемые к литейным формам. Классификация литейных форм.
Правила проектирования отливок. Особенности конструирования литых
деталей с учетом литейных свойств сплавов, уровня напряжений в отливке,
направленности затвердевания отливки, технологии изготовления литейных
форм при различных способах литья. Литейная технологичность детали. Выбор вида литейной заготовки при проектировании. Технологические материалы
литейного производства.
5
Изготовление отливок в песчано-глинистых формах, сущность способа.
Изготовление отливок литьем в кокиль, сущность способа. Основные типы кокилей и материалы для их изготовления, теплоизоляционные покрытия и их
назначение. Изготовление отливок литьем под давлением, сущность способа и
схема процесса, машины для литья под давлением с холодной и горячей камерами прессования. Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям,
сущность способа, оснастка и оборудование. Изготовление отливок литьем в
оболочковые формы. Изготовление отливок центробежным литьем. Изготовление отливок литьем под низким и высоким давлением. Закономерности кристаллизации. Качество отливок. Классификаторы литейных дефектов. Методы
металлургического контроля литья. Выбор способа литья в зависимости от
группы сплава и условий работы литой детали.
Тема 2. Технологии обработки металлов давлением
Виды кузнечных заготовок и технологий.
Закономерности и характеристики технологической пластичности материалов. Закономерности пластической деформации и ограничение технологических регламентов. Нагрев заготовок перед деформацией и сопутствующие
ему явления. Требования, предъявляемые к процессу нагрева заготовок. Способы нагрева и типы нагревательных устройств.
Ковка. Сущность процесса ковки. Исходные заготовки. Операции ковки и
применяемый инструмент. Последовательность операций при ковке поковок
типа ступенчатого вала и кольца. Технологические возможности ковки.
Горячая объемная штамповка. Сущность процесса и исходные заготовки.
Разновидность горячей объемной штамповки. Штамповка в открытых штампах.
Напряженное состояние и особенности деформирования металла. Значение облоя при открытой штамповке. Штамповка в закрытых штампах. Напряженное
состояние и особенности деформирования металла. Основные этапы технологического процесса горячей объемной штамповки. Одноручьевая и многоручьевая
штамповка. Назначение заготовительных и окончательных ручьев. Способы получения фасонных заготовок. Применение периодического проката и вальцованных заготовок для горячей объемной штамповки.
Технологические возможности горячей объемной штамповки. Показатели
качества штамповок по геометрии, структуре и чистоте поверхности. Нормативы технологичности и точности. Возможности повышения точности штамповок. Методы контроля кузнечных штамповок. Характерные дефекты поковок.
Технологичность поковок, получаемых ковкой и горячей объемной
штамповкой. Ресурсосбережение.
Номенклатура штамповок из алюминиевых сплавов. Нормативы по степени деформации, нагреву и оборудованию. Предупреждение разнозерности.
Жидкая штамповка алюминиевых сплавов. Комбинированная технология – литье с доштамповкой. Методы контроля: травление, люминесцентный, анодирование как контрольная операция.
Номенклатура штамповок из титановых сплавов. Специфика штамповки
титана: условия нагрева, кузнечные смазки для защиты газонасыщения, пла6
вочное установление температуры нагрева относительно температуры фазового
превращения. Удаление альфированного слоя с кузнечных заготовок.
Нормативы точности.
Типовая номенклатура деталей. Группы деталей по габаритам. Достоинства сплавов на основе железа по кузнечной технологии. Температурные интервалы штамповки. Допустимые виды нагрева, деформации и степени деформации. Окисление и обезуглероживание стальных штамповок. Нормативы
мощности оборудования по массе детали. Типовые технологические процессы
кузнечных стальных заготовок. Нормативы припусков.
Типовая номенклатура деталей из жаропрочных сплавов. Противоречивая
взаимосвязь служебных и технологических свойств жаропрочных сплавов.
Температурные интервалы штамповки. Требования к точности температурного
интервала штамповки. Допустимые деформации. Разнозернистость, условия
возникновения и предупреждения. Особенности технологии высокожаропрочных сплавов: многопереходная штамповка, структурная сверхпластичность,
специальные смазки и покрытия (алитирование).
Тема 4. Технологические основы сварки и пайки.
Классификация видов сварки. Технологичность сварных конструкций.
Свариваемость однородных и разнородных материалов. Основные понятия и
определения технологического процесса пайки. Типы паяных соединений. Способы пайки. Характеристика способов пайки. Технологический процесс пайки.
Пайка твердыми и мягкими припоями. Низкотемпературные и высокотемпературные припои. Флюсы: безкислотные, активированные и кислотные. Выбор
типа соединения, припоя, флюса при пайке. Контроль качества сварных и паянных соединений, характерные дефекты сварных и паянных швов.
Дуговая сварка. Сущность процесса. Разновидности дуговой сварки.
Электрические и тепловые свойства дуги. Ручная дуговая сварка покрытым
электродом. Сварочная проволока, назначение и состав покрытия электрода,
применяемые электроды и оборудование.
Автоматическая сварка под флюсом. Ее особенности. Сварочные материалы. Технико-экономическая характеристика и область применения.
Сварка в атмосфере защитных газов. Сущность процесса и его разновидности. Сварка неплавящимся и плавящимся электродами. Защитные газы. Сварочные материалы. Технико-экономическая характеристика и область применения.
Электрическая контактная сварка. Сущность процесса. Способы контактной электросварки: сварка сопротивлением и оплавлением, точечная, шовная и
рельефная. Циклограммы процессов. Технологические режимы сварки.
Ультразвуковая сварка. Сущность и схема процесса. Особенности сварки
ультразвуком. Технологические режимы сварки. Область применения.
Холодная сварка. Сущность и схема процесса. Разновидности способа:
стыковая, точечная, шовная.
Тема 5. Технологии порошковой металлургии
7
Порошковые сплавы, марки, принципы получения, требования к дисперсности и чистоте. Способы изготовления изделий из металлических порошков. Маршрутная технология получения деталей порошковой металлургией.
Шихтовые процессы. Технология формования. Технология спекания. Служебные свойства деталей порошковой металлургии. Достоинства процесса. Коэффициент использования материала.
Литература
1. Материаловедение и технология металлов: учебник для вузов/Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; под ред. Г.П. Фетисова. – М.: Высшая школа, 2002. – 638 с.
2. Технологические процессы в машиностроении: учебник для вузов/С.И.Богодухов, Е.В.Бондаренко, А.Г.Схиртладзе, Р.М.Сулейманов, А.Д.
Проскурин. – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2005. – 792 с.
3. Материаловедение. Технология конструкционных материалов. Радиационное материаловедение: Учебн. пособие для вузов. А.М. Паршин, А.Н. Тихонов и др. СПб.: Изд-во СПбГПУ. 2003. 331с.
4. Дальский А. М. и др. Технология конструкционных материалов. М.:
Машиностроение, 2005.
5. Богодухов С.И., Схиртладзе А.Г., Гребенюк В.Ф., Сулейманов Р.М.
Основы проектирования машиностроительных заготовок: Учебное пособие. –
Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003. – 344 с.
6. Дриц М. Х. и др. Технология конструкционных материалов и материаловедение. М.: Высш. Школа, 1990.
7. Атрошенко А.П. и др. Металлосберегающие технологии кузнечноштампового производства. Л.: Машиностроение, 1990.
8. Специальные способы литья // Справочник. В. А. Ефимов и др. М.:
Машиностроение 1991.
8
ПРОГРАММА
вступительного экзамена в магистратуру для направления 551600 (150600)
«Материаловедение и технология новых материалов»
(магистерская программа: 551600 Перспективные конструкционные материалы
и высокоэффективные технологии)
1. Конструкционные и функциональные волокнистые композиты
1.1 Композиты как конструкционные материалы
1.1.1 Общее представление о полимерных композиционных материалах (ПКМ).
Место композитов среди традиционных материалов, назначение и роль современных КМ. Преимущества и недостатки ПКМ.
1.1.2 Назначение фаз в композитах. Характеристика непрерывной фазы (матрица, связующее) и ее роль в КМ. Требования, предъявляемые к связующему,
матрице. Физико-химические, реологические и технологические характеристики связующих. Характеристика фазы наполнителя и ее роль в КМ. Влияние
структуры наполнителя на свойства КМ. Требования, предъявляемые к армирующему материалу. Физические и химические характеристики поверхности
наполнителей. Влияние свойств поверхности наполнителей (химическая активность, гидрофильность и гидрофобность, энергия поверхности, пористость) на
прочность сцепления с полимерной матрицей.
1.1.3 Роль межфазного взаимодействия в реакции композита на внешние воздействия. Локальные напряжения на границе раздела. Взаимодействие фаз на
границе контакта и степень сохранения индивидуальных особенностей каждой
фазы в композите. Классификация композиционных материалов как гетерогенных систем по природе компонентов (фаз), форме и характеру их распределения (фазовой структуре) и взаимодействию по границе раздела фаз. Классификация композитов по типу наполнителей и форме частиц наполнителя. Классификация по способу получения: намоточные, прессованные и литейные. Классификация по назначению: конструкционные, жаропрочные, фрикционные и
антифрикционные и т.д.
1.2 Наполнители для композиционных материалов
1.2.1 Минеральные волокна, применяемые в качестве упрочняющих наполнителей. Стеклянные, кремнеземные, кварцевые волокна. Состав, способы приготовления, термо-, водо-, атмосферостойкость. Механические, электрические,
теплофизические свойства в зависимости от состава, степени увлажнения, температуры. Структура поверхности, поверхностная энергия, смачиваемость, адсорбционные свойства. Способы изменения состава и свойств поверхности.
Гидрофобизация, аппретирование, выбор аппретов в зависимости от типа волокна и матрицы. Базальтовые волокна. Состав, способы изготовления, типы и
9
свойства промышленных базальтовых волокнистых наполнителей. Свойства
поверхности, способы их применения. Асбестовые волокна, типы, состав, свойства природного волокнистого асбеста. Структура волокон, свойства поверхности.
1.2.2 Поликристаллические и монокристаллические волокна из карбида кремния, кварца, окиси магния, алюминия, титана. Микроволокна - нитевидные
кристаллы. Способы получения, составы, физические и механические свойства,
свойства поверхности.
1.2.3 Металлические волокна. Обзор и сопоставление свойств, весовые характеристики, свойства и структура поверхности
1.2.4 Борные волокна. Борные волокна на металлической, углеродной, кварцевой подложке. Способы изготовления, структура, свойства волокон, свойства
поверхностного слоя, способы обработки поверхности волокон для повышения
термоустойчивости и прочности сцепления с полимерной фазой. Углеродные и
графитированные волокна. Состав и структура углеродных и графитовых материалов. Способы изготовления углеродных и графитовых высокопрочных и
высокомодульных волокон карбонизацией волокон вискозы, сополимера полиакрилонитрила, мезофазных составов пеков. Структура и свойства поверхности карбоновых волокон в зависимости от степени и условий карбонизации.
Вискеризация углеродных волокон. Монокристаллические графитовые волокна. Углеродные и графитизированные нити, жгуты, ровинги, ленты, ткани.
1.2.5 Полимерные (органические) волокна. Природные и синтетические органические волокна. Полимерные волокна повышенной прочности, жесткости и
теплостойкости. Структура органических аморфных и аморфнокристаллических волокон. Ползучесть, усталостная прочность, водостойкость, химическая
стойкость. Сопоставление и анализ параметров, оценивающих применимость
волокон в ПКМ по сравнению с традиционными материалами.
1.2.6 Природные волокнистые материалы: растительного, животного и минерального происхождения. Волокна растительного происхождения: околосемянные, стеблевидные и листовые (морские водоросли). Виды, свойства и применение. Волокна животного происхождения: волокна волосяного покрова
(шерсть); волокна, выделяемые железами (шелк). Основные виды, свойства и
применение. Минеральные волокна: хризотил-асбест и амфибол-асбест. Состав,
свойства и применение.
1.2.7 Искусственные полимерные волокнистые наполнители: вискозные, медноаммиачные, ацетатные, альгинатные, белковые. Свойства: достоинства и недостатки, применение. Способы формования волокон: «мокрый» и «сухой».
Природные медицинские нити. Специальные требования. Классификация медицинских нитей натурального происхождения: рассасывающиеся и нерассасывающиеся. Кетгут: достоинства и недостатки. Нерассасывающиеся нити
натурального происхождения: шелк, хлопок, лен, конский волос. Свойства: достоинства и недостатки.
1.2.8 Нити: структура, свойства. Жгуты: свойства, основные виды структур.
Ленты и ткани. Структура тканных, вязанных, плетенных и нетканных материалов. Ткани, схема переплетения: полотняное, саржевое, сатиновое. Основа,
уток, их конструкции: двухслойная, трехслойная, многослойная. Недостатки
10
тканых материалов; пути их устранения. Трикотаж, структура, свойства, возможности. Основные структуры: основно-вязанные, уточно-вязанные, основные с приложенными уточными нитями, многослойные. Плетенные структуры.
Виды, свойства, основные достоинства и ограничения плетенных материалов.
Нетканные материалы: волокнистые маты, иглопрошивные и клеенные материалы. Основные свойства, недостатки.
1.2.9 Сравнительный анализ различных форм волокнистых наполнителей, тканей различной текстуры и оценка их влияния на физико-механические свойства
композитов.
1.2.10 Измельченные штапельные минеральные волокна. Волокна: франклин,
даусонит, файбекс. Нитевидные кристаллы: свойства и применение.
1.3 Полимерные связующие для КМ
1.3.1 Требования к технологическим и эксплуатационным свойствам полимерных матриц. Особенности технологических и эксплуатационных свойств матриц из отверждающихся смол и термопластических полимеров.
1.3.2 Технологические и конструкторские достоинства термопластичных связующих, их недостатки. Способы устранения основных недостатков термопластов.
1.3.3 Типовые составы полиэтиленовых, полистирольных, фенольных (новолаки) и фторполимерных связующих. Свойства материалов: физико-химические,
диэлектрические, теплофизические. Применение.
1.3.4 Связующие на основе поливинилхлорида, полиметилметакрилата, полисульфона, полиамида, полифениленсульфида. Свойства и применение.
1.3.5 Связующие на основе отверждающихся смол, применяемых в качестве
матриц. Технологические, теплофизические и электрические свойства, а также
применение эпоксидных, фенолоформальдегидных, полиэфирных связующих.
1.3.6 Технологические, теплофизические и электрические свойства, а также
применение полиуретановых, кремнийорганических и имидных смол.
1.3.7 Природные смолы. Молодые, полуископаемые и ископаемые природные
смолы. Состав, свойства и применение. Растительные масла. Классификация
растительных масел: высыхающие, полувысыхающие и невысыхающие. Основные виды, состав, свойства и применение. Способы получения: отжим и
экстрагирование. Основные этапы технологического процесса получения растительных масел. Сырые, нерафинированные и рафинированные.
1.4 Композиты на основе полимерной матрицы
1.4.1 Стекло-, базальто-, углепластики. Основные технические, физикомеханические и химические характеристики ПКМ.
1.4.2 Органо-, боро-, карбидопластики. Основные технические, физикомеханические и химические характеристики ПКМ. Сопоставление композитов
с полимерной матрицей по их технологическим и эксплуатационным свойствам
с традиционными материалами.
11
1.5 Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ)
1.5.1 Углеродные композиты, их назначение. Выбор наполнителей и матриц.
Получение углеродных КМ. Карбонизация полимерной матрицы. Осаждение
пироуглерода из газовой фазы: изотермический и неизотермический метод. Достоинства и недостатки. Физико-механические свойства УУКМ. Окисление волокон и способы повышения оксилительной стойкости УУКМ.
1.5.2 Способы повышения монолитности УУКМ. Графитизация. Термобарический способ получения высокоплотных УУКМ. Процесс получения УУКМ с
комбинированными матрицами.
1.6 Нанокомпозиты
1.6.1 Основные определения. Классификация наноматериалов: по природе матрицы, по форме фаз, по способу получения. Нанослои, нанопленки, наночастицы, нанотрубки, нанопоры. Углеродные нанотрубки: структура, свойства и методы получения. Тонкие структурированные пленки. Методы получения: метод
эпитаксии, химическое парофазное осаждение веществ, метод молекулярного
наслаивания, технология Ленгмюра-Блоджетт.
1.6.2 Технология получения металлосодержащих наноразмерных частиц. Конденсационные и диспергирующие методы. Термодинамические и физикохимические свойства наночастиц. Нанокомпозиционные материалы на полимерной матрице: методы получения и свойства.
1.7 Природные композиционные материалы
1.7.1 Кожа натуральная как композиционный материал. Технологический процесс получения кожи. Дубление кожи. Дубящие вещества: минеральные, органические (животного происхождения (ворвани), растительного происхождения
(танниды), искусственные, синтетические (синтаны)). Классификация кожи: по
виду сырья, по назначению. Свойства и применение. Кожа искусственная. Способы получения. Классификация. Свойства и применение.
1.7.2 Древесина как конструкционный композиционный материал. Древесные
породы, применявшиеся в самолетостроении. Состав и структура древесины.
Физические и механические свойства. Достоинства и недостатки. Способы
улучшения физико-механических свойств древесины: химическая, механическая, химико-механическая, термохимическая и радиационно-химическое модифицирование. Древесные материалы: шпон, фанера, древесно-стружечные
плиты (ДСП), древесно-войлочные плиты (ДВП), плиты без добавления связующего. Технология получения, свойства и применение. Целлюлоза и древесная
масса: технология производства, свойства и применение. Бумажные материалы.
Производство бумажных материалов. Переработка бумажной массы в бумагу и
картон. Классификация бумаги и картона. Свойства бумаги и картона и методы
их определения. Применение.
12
1.8 Физико-химические основы получения КМ
1.8.1 Термодинамика смачивания. Равновесный, неравновесный, динамический
и статический краевые углы смачивания. Закон Юнга. Гистерезис смачивания.
Порядковый и физико-химический гистерезис. Ориентация на поверхностях
раздела. Адсорбционная активность полимерных связующих. Управление смачиванием с помощью поверхностно-активных веществ. Методы определения
угла смачивания.
1.8.2 Термодинамика растекания. Режимы растекания: кинетический, инерционный и вязкий. Влияние коэффициента шероховатости на процесс растекания.
Уравнение Венцеля-Дерягина.
1.8.3 Адгезия. Теории адгезии: термодинамическая, механическая, адсорбционная, электронная. Способы улучшения адгезионной связи на границе связующее/волокно.
Литература:
1. Андреева А.В. Основы физикохимии и технологии композитов: Учеб. посо-
бие для вузов. – М.: ИПРЖР, 2001. – 192 с.
2. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология:
учеб.пособие / М.Л.Кербер, В.М.Виноградов, Г.С.Головкин и др.; под ред.
А.А.Берлина – СПб.: Профессия, 2008. – 560 с.
3. Батаев А.А. Композиционные материалы: строение, получение, применение
/ А.А.Батаев, В.А.Батаев. - М.: Логос, 2006. – 400 с.
4. Суздалев И.П. Нанотехнология: физикохимия нанокластеров, наноструктур
и наноматериалов. - М.: КомКнига, 2006. – 592 с.
5. Генералов М.Б. Криохимическая нанотехнология - М.: ИКЦ Академкнига,
2006. – 325 с.
6. Амирова Л.М. Физикохимия полимеров. Учебное пособие / Л.М.Амирова,
И.Н.Сидоров, К.А.Андрианова. – Казань: КГТУ им. Туполева, 2005. – 220 с.
7. Чаус А.С. Металлические материалы / А.С.Чаус, Ф.Д.Гелин. – Минск: Высшая школа, 2007. – 396 с.
8. Мелешко А.И. Углерод, углеродные волокна, углеродные композиты /
А.И.Мелешко, С.П.Половников. – М.: Радиотехника, 2007. – 192 с.
9. Крыжановский В.К. Технические свойства полимерных материалов. Учебносправочное пособие / В.К.Крыжановский, В.В.Бурлов, А.Д.Паниматченко,
Ю.В.Крыжановская. - С-Пб.: Профессия, 2003. – 240 с.
10. Карпинос Д.М. Новые композиционные материалы / Д.М.Карпинос,
Л.И.Тучинский, Л.Р.Вишняков. - Киев: Вища Школа, 1977. – 312 с.
11. Композиционные материалы: Справочник / Под ред. В.В.Васильева,
Ю.М.Тарнопольского. – М.: Машиностроение, 1990. – 512 с.
2. Изготовление деталей из композиционных материалов
13
2.1 Введение в технологию композитных конструкций
Влияние новых материалов на эволюцию летательных аппаратов.
2.2 Композиты как конструкционные материалы
2.2.1 Определение (техническое) композиционных материалов (КМ). Классификация КМ по материаловедческому признаку.
2.2.2 Классификация КМ по конструктивному признаку. Общие сведения о полимерных композиционных материалах. Полимерные связующие. Схемы армирования в ПКМ.
2.2.3 Характеристика наиболее употребляемых в транспортном машиностроении полимерных композитов. Конструкционные и технологические свойства
композиционных материалов. Конструкционные и технологические достоинства ПКМ.
2.2.4 Технологические достоинства ПКМ. Конструкционные и технологические
недостатки композиционных материалов. Применение композиционных материалов в конструкциях летательных аппаратов. Краткая историческая справка.
2.3 Подготовка компонентов и методы совмещения
2.3.1 Основные этапы изготовления деталей из ПКМ. Подготовка компонентов.
Совмещение компонентов.
2.3.2 Методы сушки и нагрева: конвективные, кондуктивные.
2.4 Формирование структуры и геометрии изделий из КМ
2.4.1 Виды придания геометрии полуфабриката из ПКМ. Выкладка. Намотка
изделий из ПКМ: «сухая», «мокрая», поперечная, продольная (осевая), продольно-поперечная.
2.4.2 Намотка изделий из ПКМ: спиральная (геодезическая, кровельная), псевдонамотка.
2.4.3 Технологические оправки. Типы оправок для намотки: неразборные, разборные, разрушаемые, не удаляемые. Процессы изготовления оправок.
2.4.4 Пултрузия и роллтрузия. Напыление. Придание геометрии и структуры
плетением.
2.5 Процессы формования изделий из ПКМ
14
2.5.1 Определение процесса формования. Классификация схем формования.
Контактное формование (роликами, натяжением нити, обмоткой резиновым
жгутом, вибрациионное).
2.5.2 Пневмо-гидрокомпрессионные методы формования: упругое формование
вакуумированием, автоклавное формование, гидроклавное формование, формование в пресскамерах. Прессовое формование: жесткое прессование, упругое
прессование, формование в жестких формах пропиткой под давлением.
2.5.3 Термокомпрессионное формование: формование температурным расширением вкладышей, комбинированные способы формования. Выбор метода
формования из условий нагруженности деталей.
2.5.4 Температурный режим формования. Конвективный нагрев. Высокочастотный способ нагрева. Нагрев лучистой энергией. Термостабилизация. Требования к оснастке. Средства нагрева. Требования к влажности воздуха.
2.5.5 Технологические напряжения, возникающие в процессе формования.
Структурные, усадочные, термические напряжения. Приемы уменьшения технологических напряжений.
2.6 Краткие сведения о технологии металлических и углерод-углеродных композитов
2.6.1 Процессы получения МКМ и изделий из них. Общая характеристика
МКМ. Классификация способов и основные стадии получения МКМ. Косвенные методы получения МКМ. Горячее прессование. Холодное прессование и
спекание. Экструдирование и прокатка.
2.6.2 Сварка взрывом. Пропитка жидким металлом. Электролитическое осаждение. Плазменное напыление. Химическое осаждение из паров.
2.6.3 Прямые методы получения МКМ. Направленное эвтектоидное превращение. Направленные эвтектическая кристаллизация и рост дендридов. Деформирование двух фазных систем. Процессы получения углерод-углеродных композитов (УУКМ). Углеродная матрица и способы ее получения. Технологические
методы изготовления УУКМ.
2.7 Конструктивные варианты облегченной оснастки
2.7.1 Примеры оснастки для выкладки. Изготовление оснастки. Типовая схема
изготовления оснастки. Изготовление мастер-модели. Изготовление формообразующей оболочки из металлов.
2.7.2 Типовой процесс изготовления стеклопластиковой оболочки. изготовление формообразующей оболочки для внутренней обшивки. Сборка формообразующей оболочки с каркасом и рамой.
15
2.7.3 Изготовление имитатора заполнителя. Контроль и ремонт оснастки. Контроль мастер-модели и имитатора. Контроль обводообразующих оболочек. Ремонт.
2.7.4 Обеспечение увязки размеров оснастки. Варианты методов увязки и способов изготовления оснастки.
2.8 Типовые конструкции оснастки для выкладки
2.8.1 Примеры типовых конструкций оснастки для выкладки. Приспособления
для выкладки-сборки трехслойных конструкций. приспособление с монолитной
ваймой. Примеры монолитно-каркасных и облегченных приспособлений.
Оснастка для изготовления замкнутой трехслойной оболочки. Приспособления
для производства замкнутых конструкций с некруговым профилем. Пресскамера монолитной конструкции.
2.8.2 Пресскамера тонкостенной конструкции для производства лопасти.
Оснастка для выкладки-сборки каркасных конструкций. Тонкостенная оснастка
из композитов для изготовления рамы остекления.
2.8.3 Металлическая монолитная оснастка для изготовления каркаса кабины
пилотов. Оценка технологичности конструкции.
2.9 Краткие сведения о конструкциях интегрального типа
Интегральная конструкция – определение, преимущества, примеры. Квазиинтегральные конструкции. Особенности формования интегральных конструкций.
Литература:
1. Приоритеты авиационных технологий: В 2х кн. Науч. ред. А.Г. Братухин. М.:
Издательство МАИ, 2004 г. – 640 с.: ил.
2. Технология производства изделий и интегральных конструкций из композиционных материалов в машиностроении. Науч. ред. А.Г. Братухин, В.С. Боголюбов, О.С. Сироткин. М.: Готика, 2003 г. – 516 с.
3. Халиулин В.И., Шапаев И.И. Технология производства композитных изделий. Учебное пособие. Казань.: Издательство КГТУ-КАИ, 2004 г. – 332 с.
б) дополнительная литература
4. Халиулин В.И., Шапаев И.И. Технология производства изделий из композиционных материалов. Учебное пособие. Казань, КГТУ, 1998 – 80 с.
5. Крысин В.Н., Крысин М.В. Технологические процессы формования, намотки
и склеивания конструкций. М.: Машиностроение, 1989 – 240 с.
16