Кристаллография и дефекты кристаллического строения

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 ООП по
направлению 261400
Декан МФ, проф.
__________ Е.И. Пряхин
«___» ___________ 2012 г.
Утверждаю
Зав. кафедрой МиТХИ, проф.
__________ Е.И. Пряхин
«___» ___________ 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Кристаллография и дефекты
кристаллического строения»
Направление: 261400.62 «Технология художественной обработки
материалов»
Профиль: Технология художественной обработки материалов
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель:
старший преподаватель
Е.Н. Костылева
Программа является приложением
к учебному плану в соответствии с ФГОС-2009
Санкт-Петербург
2012
1. Цель и задачи дисциплины.
Цель преподавания дисциплины — дать студентам соответствующие знания,
касающиеся кристаллических и аморфных материалов, их структуры и свойств, знания
основ кристаллохимии и кристаллофизики. Знания являются необходимыми при
теоретической и практической подготовке будущих специалистов в области технологии
художественной обработки материалов, которая является необходимой для оптимального
выбора материалов и технологий их обработки для производства художественных
изделий различного назначения.
Задачей изучения дисциплины «Кристаллография и дефекты кристаллического
строения» является овладение знаниями:
закономерностей, связывающих химический состав, структуру (строение) и
свойства материалов;
закономерностей изменения свойств материалов в процессе изготовления и
эксплуатации изделий;
методов целенаправленного изменения механических и декоративных свойств
материалов;
строения, свойств и областей применения основных видов промышленных
кристаллических и поликристаллических материалов, используемых для
производства художественных изделий.
2. Место дисциплины в структуре ООП.
Дисциплина «Кристаллография и дефекты кристаллического строения» входит в
базовую часть профессионального цикла дисциплин.
Изучается студентами специальности 261400 на 2 курсе в 3семестре.
Дисциплина является составной частью «Материаловедения» - науки изучающей
связь и закономерности изменения свойств под влиянием внешних воздействий,
возникающих в процессе производства и эксплуатации изделий из этих материалов. Курс
лекций посвящен углубленному изучению структуры идеальных кристаллов и дефектов
кристаллического строения, их классификации, элементов теории пластичности.
Соответственно курс лекций «Кристаллография и дефекты кристаллического
строения» основывается на знаниях, полученных в следующих предшествующих
дисциплинах:
«Химия»: атомная структура химических элементов, типы связей, структурные
химические формулы, электронные облака;
«Физика»: физические характеристики вещества (прочность, эластичность,
электропроводность, электропроводность);
«Информатика»: простейшие навыки работы на компьютере и в сети Интернет,
умение использовать прикладное программное обеспечение, в частности: пакеты
универсальных математических программ, текстовый процессор и редактор формул (для
оформления отчетов).
Минимальным требованием к «входным» знаниям, необходимым для успешного усвоения
данной дисциплины является:
удовлетворительное усвоение программ по указанных выше разделам, владение
персональным компьютером на уровне уверенного пользователя.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-4, ОК-5, ОК-6, ОК-11, ОНК-5, ОНК-8, ИК-1, ПК-3, ПК-7, ПК-12.
В результате изучения дисциплины студент должен:
2
Знать:
основные тенденции и направления развития современного теоретического и
прикладного материаловедения;
основы теории пластичности;
основные типы, классы и группы материалов, их составы, структурные
характеристики и свойства;
элементы симметрии кристаллических веществ;
классификацию дефектов кристаллического строения и их влияния на свойства.
Уметь:
определять вид материала по классифицирующим признакам;
расчитывать стехиохимическую формулу вещества;
работать с учебной, справочной и научной литературой;
производить оптималиный выбор материала и технологии его обработки для
изготовления художественных изделий различного назначения.
Иметь представление о:
методах определения свойств кристаллических материалов;
принципах рентгеноструктурного анализа;
влияния внешних факторов на свойства кристаллических материалов.
4. Объѐм дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоѐмкость дисциплины составляет 2 зачѐтные единицы.
Вид учебной работы
Всего
часов
Аудиторные занятия (всего)
17
В том числе:
Лекции
17
Практические занятия (ПЗ)
0
Семинары (С)
0
Лабораторные работы (ЛР)
0
Самостоятельная работа (всего)
55
В том числе:
Курсовой проект (работа)
0
Контрольная работа
0
Реферат
40
Другие виды самостоятельной работы:
Работа с литературой
20
3
Семест
ры
3
зачет
Вид промежуточной аттестации (зачѐт, экзамен)
Общая трудоѐмкость
час
зач. ед.
72
2
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
2
2.1
2.2
3
3.1
3.2
Наименование раздела
дисциплины
Предмет курса и задачи
его изучения.
Строение
кристаллических
материалов
Геометрическая и
структурная
кристаллографии
Элементы
кристаллохимии и
кристаллофизики
Идеальный кристалл и
дефекты строения
реальных
кристаллических
материалов
Точечные дефекты
Дислокации, их
движение и упругие
свойства
Содержание раздела
Предмет теории строения материалов и его место в
подготовке инженеров.
Значение науки для металлургической,
машиностроительной и других отраслей
промышленности; роль отечественных и зарубежных
ученых в ее становлении и развитии.
Основные характеристики кристаллического состояния
вещества.
Кристаллографические индексы узлов, узловых рядов и
узловых плоскостей. Элементы симметрии
кристаллических многогранников. Классы симметрии,
сингонии и категории кристаллов. Системы трансляций
(решетки Браве). Условия выбора и характеристики
элементарных ячеек. Пространственные группы
симметрии кристаллов. Правильные системы точек.
Координационные числа и координационные
многогранники. Плотноупакованные слои и
многослойные плотнейшие упаковки. Расположение,
число и размеры пустот в гранецентрированной
кубической (ГЦК), гексагональной плотноупакованной
(ГП) и объемноцентрированной кубической (ОЦК)
решетках. Основные структурные типы металлических
элементов. Структурные типы алмаза и графита.
Изоморфизм и полиморфизм. Симметрия и анизотропия
физических свойств кристаллов.
Понятие об идеальном кристалле. Классификация
дефектов строения реальных кристаллов.
Виды точечных дефектов. Энергия образования и
равновесная концентрация вакансий и межузельных
атомов. Миграция точечных дефектов, Источники и стоки
точечных дефектов. Комплексы точечных дефектов.
Теоретическая и реальная прочность кристаллов. Понятие
дислокации. Краевые, винтовые и смешанные
дислокации. Движение дислокаций. Контур и вектор
Бюргерса дислокаций. Плотность дислокаций. Поле
4
3.3
Дислокации и дефекты
упаковки в типичных
металлических
структурах
3.4
Пересечение
дислокаций и их
взаимодействие с
точечными дефектами
3.5
Дислокационные
системы и границы
раздела
упругих напряжений и упругая энергия дислокаций.
Взаимодействие дислокаций.
Полные и частичные дислокации. Дислокационные
реакции. Плотнейшие упаковки и дефекты упаковки.
Стандартный тетраэдр и дислокационные реакции в ГЦК
решетке. Вершинные дислокации и дислокации Ломер —
Котгрелла.
Пересечение единичных краевых, краевой и винтовой и
винтовых дислокаций.
Пороги на дислокациях.
Взаимодействие дислокаций с вакансиями и
межузельными атомами. Дисклинации.
Размножение дислокаций при пластической деформации.
Источник Франка-Рида. Источник Бардина-Херринга.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№ Наименование обеспечиваемых
п/п (последующих) дисциплин
№ № разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
1 2 2.1 2.2 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
Физические методы
исследования структуры
материалов
-
2
Металлы и сплавы для
художественных изделий
+ +
+
+
3
Технология изготовления
художественных изделий
обработкой давлением
- -
-
-
1
+
+
+
+
+
Ювелирные, поделочные и
облицовочные камни
-
5
Коррозия и методы защиты
изделий
-
–
+
-
+
+
+
+
+
+
+
4
+
–
+
+
-
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+
-
-
+
-
-
+
-
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1
2
Наименование раздела
дисциплины
Предмет курса и задачи его
изучения.
Строение кристаллических
материалов
Лекции Прак. Лаб.
зан. зан.
1
1
5
Семин.
СРС
Всего
час.
2.1
2.2
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Геометрическая и структурная
кристаллографии
Элементы кристаллохимии и
кристаллофизики
Идеальный кристалл и дефекты
строения реальных
кристаллических материалов
Точечные дефекты
Дислокации, их движение и
упругие свойства
Дислокации и дефекты упаковки
в типичных металлических
структурах
Пересечение дислокаций и их
взаимодействие с точечными
дефектами
Дислокационные системы и
границы раздела
2
2
1
2
1
3
2
2
6. Лабораторный практикум: не предусмотрен.
7. Практические занятия (семинары): не предусмотрены.
8. Примерные темы эссе, рефератов и др.:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Жидкие кристаллы.
Металлические стекла.
Кристаллические многогранники. Полиэдры.
Элементы симметрии, встречающиеся в кристаллических
многогранниках. Международное обозначение. Графическое обозначение.
Обозначение в формулах симметрии.
Пространственные группы симметрии.
История развития русской кристаллографии.
Эффективный радиус частицы в кристалле.
Плотнейшие слои и дефекты плотнейших упаковок.
Зернограничные дислокации.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1.Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия. — М.: Металлургия, 1987.
2.Новиков И.И., Розин К.М. Кристаллография и дефекты кристаллической
решетки. —М.: Металлургия, 1990.
3.Солнцев Ю.П., Пряхин Б.И., Войткун Ф. Материаловедение. — СПб.:
Химиздат, 2002.
б) дополнительная литература
6
4. Шаскольская М.П. Кристаллография. — М.: Высш. школа, 1984.
5.ШтремельМ.А. Прочность сплавов. 4.1. Дефекты решетки.—М.: Металлургия,
1982.
6.Актавина Г.В., Барсуков В.Н. Строение твердых фаз и диффузия в металлических
сплавах: Учеб. пособие. — Л.: СЗПИ, 1981.
7.Материаловедение: Учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г.
Мухин и др. —М.: Изд-во МГТУ, 2002.
в) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: ресурсы Интернет.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Кафедра МТХИ имеет следующие лаборатории для проведения занятий:
10.1. ауд. 6303 - мультимедийная лаборатория кафедры предназначена
для проведения лекционных и практических занятий.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Преподавание
дисциплины
и
дисциплины
основано
междисциплинарных
на
организации
образовательных
внутри
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 изучения
курса лекций и самостоятельного изучения литературных источников
(учебников и учебных пособий).
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 занятий;
Разработчики:
кафедра МиТХИ
старший преподаватель
Костылева Е.Н.
Эксперты:
кафедра МиТХИ
доцент
7
Барсуков В.Н.