[ I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Рабочая программа дисциплины разработана в соответствии с
Федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС) высшего
профессионального образования по направлению подготовки 201000
«Биотехнические системы и технологии» (квалификация (степень) «Бакалавр»),
с учтом рекомендаций примерной основной образовательной программы
высшего профессионального образования по направлению подготовки 201000 «Биотехнические системы и технологии» (квалификация (степень) «Бакалавр») и примерной (типовой) учебной программы дисциплины (2011 г.).
Цель и задачи дисциплины 1.
Целью курса «Материаловедение и технология конструкционных материалов» является изучение студентами структуры и строения материалов, методов их исследования и практического использования для формирования профессиональных компетентностей в соответствии с ФГОС ВПО по направлению 201000 – «Биотехнические системы и технологии».
Задачей изучаемой дисциплины является выработать у студентов устойчивые знания об основных электрических, механических, магнитных и др.
характеристиках, которыми обладают диэлектрические, полупроводниковые, проводниковые и конструкционные материалы, а также о том, как они меняются под действием температуры, механической нагрузки, величины и частоты электрического напряжения и т.д. с целью использовать полученные знания на практике в процессе профессиональной деятельности.
Место дисциплины в структуре основной образовательной программы 2.
Место учебной дисциплины в структуре ООП: Дисциплина «Материаловедение и технология конструкционных материалов» относится к вариативной (профильной) части Профессионального цикла Б3. Приступая к изучению материала дисциплины, студенты должны знать физику в объме средней школы.
Таблица. 1. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с последующими дисциплинами.
№№ разделов данной дисциплины, необходимых № Наименования последующих для изучения последующих дисциплин п/п дисциплин 1 2 3 4 5 6 7 Элементная база электроники 1 + + + Электроника и микропроцессорная 2 + + техника Конструкционные и биоматериалы 3 + + + + + + + Узлы и элементы медицинской 4 + + + + + техники Медицинские приборы, аппараты, 5 + + системы и комплексы Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 3.
академических часов.
Вид учебной работы Всего часов Семестры I II Аудиторные занятия 57 ч. (всего), в том числе в интерактивной форме: не менее 3,6 час.
Лекции 20 Практические занятия 18 Семинары.
Лабораторные занятия 19 Самостоятельная 15 работа (всего) В том числе:
Курсовой проект - работа) Расчетно-графические - работы Реферат + + Другие виды + + самостоятельной работы Вид промежуточной экзамен аттестации (зачет, экзамен) Общая трудоемкость 108 ч. 3 ЗЕ Результаты обучения 4.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля):
ОК–8. Способность осознавать значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности;
ОК–10. Способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.
ПК–5. Способность владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных;
ПК–9. Способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей, компонентов и узлов биотехнических систем, биомедицинской и экологической техники;
ПК–10. Готовность выполнять расчет и проектирования деталей, компонентов и узлов биотехнических систем, биомедицинской и экологической техники в автоматизированного проектирования;
ПК–13. Готовность внедрять результаты разработок в производство биомедицинской и экологической техники;
ПК–19. Способность выполнять эксперименты и интерпретировать результаты по проверке корректности и эффективности решений;
ПК–25. Готовность выполнять задания в области сертификации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
Знать физический смысл параметров и характеристик материалов, их зависимость от методов получения и внешних факторов.
характеристик разных классов конструкционных материалов; понимать язык справочников и ГОСТов.
Уметь сделать выбор наиболее эффективного материала для конкретной цели;
прогнозировать технологичность, совместимость и надежность материала в различных условиях эксплуатации; ориентироваться в новейших открытиях в области биологического материаловедения и перспективах его использования.
Иметь представление о конструкционных материалах с особыми упругими, тепловыми, магнитными и электрическими свойствами, обеспечивающими их применение в биологии и медицине; методах обработки материалов с целью повышения стабильности параметров и характеристик; понимать природу и особенности основных групп конструкционных материалов.
5. Образовательные технологии В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 201000 «Биотехнические компетентностного подхода в рамках курса предусматривается использование в учебном процессе различных форм проведения занятий с применением компьютерных технологий (использование интернет - ресурсов, компьютерных программ, модельных представлений физических процессов с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся, традиционная и проблемная лекции, использование учебных мультимедийных презентаций, учебно-исследовательская работа студентов, подготовка рефератов). В самостоятельную работу студента входят следующие элементы:
подготовка к семинарским и практическим занятиям, написание рефератов, работа с Интернет-ресурсами, работа с компьютерными учебными программами. Практические занятия проводятся в лабораториях кафедры физики Волгоградского государственного медицинского университета.
Формы промежуточной аттестации Итоговый контроль — экзамен во 2-м семестре.
II. Учебная программа дисциплины 1. Содержание разделов учебной дисциплины
1. ПРЕДМЕТ ДИСЦИПЛИНЫ «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ». ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О
СТРОЕНИИ МАТЕРИАЛОВ.
1.1. Физико-химические, санитарно-гигиенические, технологические и потребительские свойства конструкционных материалов. Требования к материалам для медицинских изделий, обусловленные спецификой их применения: биологическая инертность по отношению к тканям и средам организма, с которыми они соприкасаются; возможность проведения необходимой обработки с целью соблюдения правил санитарии и гигиены без изменения свойств и формы.1.2. Проблема совместимости биологических тканей и функциональных свойств материалов, биологических тканей и технических материалов.
Значение профессиональной оценки и рационального выбора инженером конструкционных материалов, сочетающих необходимые функциональные качества, надежность, экономичность и экологическую целесообразность при проектировании биомедицинской и биотехнической аппаратуры.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Состав и структура материалов.Классификация материалов по агрегатному состоянию, типу химической связи.
Строение твердых тел (монокристаллическое, поликристаллическое, неупорядоченное, смешанное).
Взаимосвязь структуры и основных свойств материалов с процессами, протекающими в них при технологической обработке, воздействии электромагнитного поля, активных и агрессивных сред, изменении температуры.
2.2. Общие свойства материалов.
Классификация свойств материалов: механические, теплофизические, оптические, электрические, магнитные и др.
Классы конструкционных и специальных материалов, в том числе с особыми упругими, тепловыми, магнитными и электрическими свойствами.
Физические основы нормирования механических и физико-химических свойств. Типы и классы поверхности изделий.
Взаимодействие материалов с активными и агрессивными средами.
Классификация конструкционных материалов по строению энергетических зон, величине электропроводности и ее температурной зависимости.
Качественные особенности проводников, полупроводников и диэлектриков.
Связь строения, типа химической связи и электрических свойств материалов.
3. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
3.1. Свойства проводников Строение металлов, диффузионные процессы в металле, формирование структуры металлов и сплавов при кристаллизации, пластическая деформация, влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла.Механические свойства металлов и сплавов. Теория и технология термической обработки стали; химико-термическая обработка.
Особенности электропроводности металлов. Механические и квантовомеханические представления о физической природе электропроводности металлов. Зависимость электропроводности металлов от температуры.
Сверхпроводимость, эффект Мейснера; условия, необходимые для создания и поддержания состояния сверхпроводимости.
Влияние структуры и состава сплавов на их электрические свойства.
3.2. Применение технических проводниковых материалов Классификация конструкционных проводниковых материалов о точки зрения их использования для контактирования, коммутации, создания резистивных элементов.
Металлы высокой проводимости (медь, алюминий и т.д.); сплавы на их основе (бронза, латунь, дюралюминий, силумин и т.д.); маркировка и применение.
Сверхпроводниковые материалы (ртуть, ниобий, сплавы на основе ниобия и т.д.). Области и перспективы применения сверхпроводников и криопроводников.
Металлы и сплавы различного применения, их маркировка: тугоплавкие (вольфрам, молибден и т.д.); со средней температурой плавления (железо, никель, кобальт и т.д.); с низкой температурой плавления (свинец, олово, цинк, кадмий и т.д.). Особенности использования ртути.
Применение благородных, редкоземельных металлов и сплавов на их основе.
Конструкционные материалы для скользящих и разрывных контактов. Припои и флюсы.
Сплавы высокого сопротивления (константан, манганин, нихром, фехраль и т.д.); маркировка и области использования.
Применение неметаллических проводниковых материалов.
4. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
4.1. Электропроводность полупроводников Физическая природа электропроводности собственных полупроводников.Примесные полупроводники, особенности электропроводности, доноры и акцепторы, энергетические диаграммы. Механизмы рассеяния и подвижность носителей заряда. Температурная зависимость концентрации носителей заряда и удельной проводимости полупроводников. Электронно-дырочный переход.
Фотопроводимость и оптические явления в полупроводниковых материалах.
Термоэлектрические, гальваномагнитные явления и датчики на их основе.
4.2. Применение полупроводниковых материалов Классификация полупроводниковых материалов, маркировка, применение для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем — основы современной электронной техники.
Применение полупроводниковых материалов: оптико-электронные преобразователи (светодиоды, лазеры, фоторезисторы); датчики температуры (терморезисторы, транзисторы); полупроводниковые датчики влажности, радиоактивного, ионизирующего излучения и т.д.
5. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
5.1. Свойства диэлектрических материалов Газообразные диэлектрики (воздух, азот, водород, инертные газы), их характеристики и применение, Основные свойства и применение жидких (минеральных масел, синтетических компаундов).Строение и свойства полимеров, термопластичные и термореактивные синтетические материалы. Полимерные углеводороды (полиэтилен, полипропилен, полистирол; поливинилхлорид и т.д.). свойства и области их применения. Фторорганические полимеры, свойства и применение. Свойства и применение полиэфиров (полиметилметакрилата, полиэтилентерефталата), полиамидов (капрона и др.), полиимидов (полиуретанов). Применение глифталевых, эпоксидных, фенолоформальдегидных, кремнийорганических смол; искусственных полимеров. Слоистые пластики и материалы на основе целлюлозы. Свойства и области применения эластомеров (на основе натурального и синтетического каучуков). Применение природной слюды и электроизоляционных стекол, ситаллов, электроизоляционной керамики, асбеста. Области применения сегнетоэлектриков.
5.2.Электропроводность диэлектриков Физическая природа электропроводности диэлектриков, токи смещения, сквозной электропроводности (объемный и поверхностный), абсорбции.
Удельные объемное и поверхностное сопротивления диэлектриков, методы их измерения; зависимость от температуры, напряженности и времени приложения электрического поля, влажности и химической агрессивности среды. Особенности электропроводности газообразных, жидких и твердых диэлектриков.
5.3. Поляризация диэлектрических материалов Физические особенности поляризации диэлектриков. Относительная диэлектрическая проницаемость. Механизмы поляризации диэлектриков; связь относительной диэлектрической проницаемости с процессами поляризации.
Частотная и температурная зависимости относительной диэлектрической проницаемости диэлектриков равных типов.
Классификация диэлектриков по особенностям поляризации (полярные, неполярные) и зависимости относительной диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля (линейные, нелинейные).
Природа спонтанной поляризации. Зависимость заряда и относительной диэлектрической проницаемости сегнетоэлектриков от напряженности электрического поля, температуры, частоты. Прямой и обратный пьезоэффект.
5.4. Диэлектрические потери Определение, природа и характеристики диэлектрических потерь в постоянном и переменном электрическом поле. Векторная диаграмма для конденсатора с идеальным и реальным диэлектриками, угол диэлектрических потерь, тангенс угла диэлектрических потерь. Последовательная и параллельная схемы замещения конденсатора, содержащего реальный диэлектрик. Расчет величин тангенса угла диэлектрических потерь и мощности диэлектрических потерь в переменном электрическом поле.
Физические механизмы и виды диэлектрических потерь. Зависимость тангенса утла диэлектрических потерь от температуры, частоты, напряженности электрического поля и других факторов для диэлектриков разных типов.
Полный диэлектрический спектр.
5.5. Электрическая прочность диэлектрических материалов.
Определения пробоя и электрической прочности (ЕПР).
Природа и механизмы пробоя газообразных диэлектриков; зависимость электрической прочности газообразных диэлектриков от давления, формы электродов и расстояния между ними. Особенности пробоя жидких диэлектриков, значение их очистки для повышения электрической прочности.
Физическая природа и механизмы пробоя твердых диэлектриков. Влияние однородности и толщины диэлектрика на электрическую прочность. Влияние температуры, частоты и времени приложения электрического поля на ЕПР твердых диэлектриков. Условия для развития теплового пробоя; расчет критического напряжения. Методы повышения электрической прочности диэлектриков. Срок службы и надежность электрической изоляции.
6.МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
6.1. Классификация веществ по магнитным свойствам Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики.6.2. Основные свойства и параметры магнитных материалов проницаемость. Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Зависимость магнитной проницаемости сильномагнитных материалов от частоты и материалов в переменном магнитном поле. Потери энергии в магнитных материалах; на гистерезис, вихревые токи, последействие. Способы снижения потерь. Схема замещения и векторная диаграмма катушки индуктивности с магнитным сердечником. Тангенс угла магнитных потерь. Магнитная анизотропия и магнитострикция.
6.3. Техническое применение магнитных материалов Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей (железо, электротехническая сталь, пермаллои, аморфные сплавы и т.д.);
маркировка. Магнитные материалы для высоких и сверхвысоких частот.
Методы получения, особенности и марки ферритов; частотные диапазоны применения. Магнитодиэлектрики. Магнитотвердые материалы: маркировка;
легированные мартенситные стали; литые высококоэрцитивные сплавы;
благородных, редкоземельных металлов; металлопластические магниты.
специализированного назначения: ферриты и сплавы с прямоугольной петлей гистерезиса; термомагнитные материалы; сплавы с постоянной магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях; магнитные пленки;
магнитострикционные материалы.
7. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Классификация металлов. Механические свойства и строение металлов.Влияние дефектов строения металлов на их механическую прочность.
Металлические сплавы, строение и свойства. Строение и свойства железоуглеродистых сплавов. Понятие о термической обработке сталей.
Влияние углерода и постоянной примеси на свойства сталей. Общие сведения, классификация и маркировка углеродистых и легированных сталей.
8. ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.
Общие сведения о технологиях обработки металлов. Сварка, резка и пайка.Виды сварных соединений. Дуговая сварка. Контактная сварка. Газовая сварка и огневая резка. Пайка. Припои и флюсы. Основные виды литья. Основные виды обработки металла давлением и резанием.
III Рабочая учебная программа дисциплины (учебно-тематический план) Предмет дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов». Основные сведения о строении Классификация материалов. Проводниковые материалы.
Механические и электрические свойства металлов и сплавов Технологии обработки конструкционных материалов Классификация конструкционных материалов Свойства проводниковых материалов.
Полупроводниковые материалы.
Основные свойства диэлектриков.
Магнитные материалы.
Конструкционные материалы.
Технологии обработки конструкционных материалов Зачетное занятие.
Исследование свойств проводниковых материалов.
Изучение основных свойств диэлектриков.
Измерение относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь электроизолирующих Определение основных параметров конденсаторов.
Исследование характеристик терморезистора, фоторезистора и полупроводникового диода.
Измерение параметров и характеристик пьезоэлектрического преобразователя.
Исследование свойств и характеристик магнитных материалов в переменном поле.
Исследование механических свойств и характеристик конструкционных материалов.
III Рабочая учебная программа дисциплины (учебно-тематический план) 1. Примерная тематика лекционных занятий.
ПРЕДМЕТ ДИСЦИПЛИНЫ «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»,
КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ
2. Примерная тематика практических занятий.
ВВОДНОЕ ЗАНЯТИЕ. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
КЛАССИФИКАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ
3. Примерная тематика лабораторных работ п/п Исследование свойств проводниковых материалов.Изучение основных свойств диэлектриков.
Измерение относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь электроизолирующих материалов.
Определение основных параметров конденсаторов.
Исследование характеристик терморезистора, фоторезистора и полупроводникового диода.
Измерение параметров и характеристик пьезоэлектрического преобразователя.
Исследование свойств и характеристик магнитных материалов в переменном поле.
Исследование механических свойств и характеристик конструкционных материалов.
Учебно-тематический план дисциплины (в академических часах) и матрица компетенций*
СВЕДЕНИЯ О УИРС
СТРОЕНИИ
МАТЕРИАЛОВ
ФИКАЦИЯ УИРС,
МАТЕРИАЛОВ ЗК
НИКОВЫЕ УИРС
МАТЕРИАЛЫ
ВОДНИКОВЫЕ УИРС, Р
МАТЕРИАЛЫ
ТРИЧЕСКИЕ УИРС, Р
МАТЕРИАЛЫ
МАТЕРИАЛЫ УИРС,
МАТЕРИАЛЫ
ОБРАБОТКИ УИРС, Р
КОНСТРУКЦИО
ННЫХ МАТЕРИАЛОВ.Список сокращений: _ * - Примечание. Трудомкость в учебно-тематическом плане указывается в академических часах. Примеры образовательных технологий, способов и методов обучения (с сокращениями): традиционная лекция (Л), лекция-визуализация (ЛВ), проблемная лекция (ПЛ), лекция – пресс-конференция (ЛПК), занятие – конференция (ЗК), тренинг (Т), дебаты (Д), мозговой штурм (МШ), мастер-класс (МК), «круглый стол» (КС), активизация творческой деятельности (АТД), регламентированная дискуссия (РД), дискуссия типа форум (Ф), деловая и ролевая учебная игра (ДИ, РИ), метод малых групп (МГ), занятия с использованием тренажров, имитаторов (Тр), компьютерная симуляция (КС), использование компьютерных обучающих программ (КОП), участие в научно-практических конференциях (НПК), съездах, симпозиумах (Сим), учебно-исследовательская работа студента (УИРС), проведение предметных олимпиад (О), подготовка и защита рефератов (Р), проектная технология (ПТ), экскурсии (Э), подготовка и защита курсовых работ (Курс), дистанционные образовательные технологии (ДОТ). Примерные формы текущего и рубежного контроля успеваемости (с сокращениями): Т – тестирование, Пр – оценка освоения практических навыков (умений), ЗС – решение ситуационных задач, КР – контрольная работа, КЗ – контрольное задание, Р – написание и защита реферата, С – собеседование по контрольным вопросам, Д – подготовка доклада и др.
IV. Оценочные средства для контроля уровня сформированности компетенций (текущий контроль успеваемости, промежуточная аттестация по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов) осуществляется в процессе следующих форм контроля:
Текущего - проводится оценка овладения знаниями и практическими умениями в ходе практических занятий и выполнения лабораторный работ;
Рубежного: оценивается самостоятельная работа студентов:
подготовленный тематический реферат. Проводится контрольная работа.
Итогового: проводится экзамен по прилагаемому перечню вопросов.
Оценочные средства для текущего и рубежного контроля успеваемости Для текущего контроля успеваемости после изучения каждой темя дисциплины используются контрольные вопросы для собеседования и тесты.
Критерии оценки работы студента на практических занятиях.
«5» (отлично) – студент самостоятельно выполнил лабораторную работу, подробно отвечает на теоретические вопросы, правильно решает не менее 90% тестов, решает типовые и ситуационные задачи.
«4» (хорошо) – студент в целом справляется с выполнением лабораторной работы, но с помощью преподавателя; в целом отвечает на теоретические вопросы к лабораторной работе, выполняет не менее 80% тестов, решает типовые задачи; делает несущественные ошибки при выполнении и отчете результатов лабораторных работ.
«3» (удовлетворительно) – студент выполняет лабораторную работу с помощью преподавателя; поверхностно владеет теоретическим материалом по содержанию лабораторной работы, допускает существенные ошибки при выполнении и отчете лабораторных работ; выполняет 71-80% тестов;
«2» (неудовлетворительно) – не готов к выполнению лабораторной работы;
плохо владеет теоретическим материалом и делает грубые ошибки при выполнении и отчете лабораторных работ; выполняет менее 70% тестов и не решает типовых задач.
Оценочные средства для аттестации по итогам освоения дисциплины (экзамен) По итогам освоения дисциплины проводится зачет (перечень вопросов прилагается).
Критерии оценки знаний студента на зачете:
«5» (отлично) – студент подробно отвечает на теоретические вопросы, не делает существенных ошибок, может объяснить применение изученных законов и явлений в дальнейшей профессиональной деятельности.
«4» (хорошо) – студент в целом справляется с теоретическими вопросами, делает несущественные ошибки.
«3» (удовлетворительно) – поверхностное владение теоретическим материалом, допускаются существенные ошибки при ответе на теоретические вопросы;
«2» (неудовлетворительно) – не владеет теоретическим материалом и делает грубые ошибки.
Методические указания для самостоятельной работы студента Самостоятельная работа студентов по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» предполагает написание рефератов из расчета 2 академических часа на 1 реферат. Примерный перечень тем прилагается.
Примерный перечень тем для рефератов по материаловедению и технологии конструкционных материалов 1. Взаимосвязь структуры и основных свойств материалов с процессами, протекающими в них при технологической обработке.
2. Взаимосвязь структуры и основных свойств материалов с процессами, протекающими в них при агрессивных сред.
3. Взаимосвязь структуры и основных свойств материалов с процессами, протекающими в них при изменении температуры.
4. Применение в медицинской электронной аппаратуре металлов высокой проводимости (медь, алюминий и т.д.) и сплавов на их основе (бронза, латунь, дюралюминий, силумин и т.д.).
5. Конструкционные материалы для скользящих и разрывных контактов.
6. Фотопроводимость и оптические явления в полупроводниковых материалах.
7. Термоэлектрические и гальваномагнитные явления в полупроводниковых материалах.
Применение полупроводниковых материалов: оптико-электронные преобразователи (светодиоды, лазеры, фоторезисторы).
Применение полупроводниковых материалов: датчики температуры (терморезисторы, транзисторы).
10. Применение полупроводниковых материалов: полупроводниковые датчики влажности.
Примерный перечень вопросов, выносимых на экзамен 1. Физико-химические, санитарно-гигиенические, технологические и потребительские свойства конструкционных материалов. Требования к материалам для медицинских изделий, обусловленные спецификой их применения 2. Классификация материалов по агрегатному состоянию, типу химической связи.
3. Строение твердых тел.
4. Классификация свойств материалов: механические, теплофизические, оптические, электрические, магнитные и др.
5. Строение металлов. Механические свойства металлов и сплавов. Теория и технология термической обработки стали; химико-термическая обработка.
Особенности электропроводности металлов. Зависимость электропроводности металлов от температуры.
7. Классификация конструкционных проводниковых материалов о точки зрения их использования для контактирования, коммутации, создания резистивных элементов.
8. Металлы высокой проводимости (медь, алюминий и т.д.); сплавы на их основе (бронза, латунь, дюралюминий, силумин и т.д.); маркировка и применение.
9. Сверхпроводниковые материалы (ртуть, ниобий, сплавы на основе ниобия и т.д.). Области и перспективы применения сверхпроводников и криопроводников.
10. Металлы и сплавы различного применения, их маркировка: тугоплавкие (вольфрам, молибден и т.д.); со средней температурой плавления (железо, никель, кобальт и т.д.); с низкой температурой плавления (свинец, олово, цинк, кадмий и т.д.). Особенности использования ртути.
11. Применение благородных, редкоземельных металлов и сплавов на их основе.
12. Конструкционные материалы для скользящих и разрывных контактов.
Припои и флюсы.
13. Сплавы высокого сопротивления (константан, манганин, нихром, фехраль и т.д.); маркировка и области использования.
14. Применение неметаллических проводниковых материалов.
15. Физическая природа электропроводности собственных полупроводников.
16. Примесные полупроводники, особенности электропроводности, доноры и акцепторы, энергетические диаграммы.
17. Температурная зависимость концентрации носителей заряда и удельной проводимости полупроводников.
18. Электронно-дырочный переход. Фотопроводимость и оптические явления в полупроводниковых материалах. Термоэлектрические, гальваномагнитные явления и датчики на их основе.
19. Классификация полупроводниковых материалов, маркировка, применение для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем — основы современной электронной техники.
20. Применение полупроводниковых материалов: оптико-электронные преобразователи (светодиоды, лазеры, фоторезисторы); датчики температуры (терморезисторы, транзисторы); полупроводниковые датчики влажности, радиоактивного, ионизирующего излучения и т.д.
21. Свойства диэлектрических материалов 22. Газообразные диэлектрики (воздух, азот, водород, инертные газы), их характеристики и применение, 23. Основные свойства и применение жидких (минеральных масел, синтетических жидких диэлектриков) и твердеющих диэлектриков (лаков, эмалей, компаундов).
24. Строение и свойства полимеров, термопластичные и термореактивные синтетические материалы.
25.Электропроводность диэлектриков. Физическая природа электропроводности диэлектриков, токи смещения, сквозной электропроводности (объемный и поверхностный), абсорбции. Особенности электропроводности газообразных, жидких и твердых диэлектриков.
26. Поляризация диэлектрических материалов. Относительная диэлектрическая проницаемость. Частотная и температурная зависимости относительной диэлектрической проницаемости диэлектриков равных типов.
27. Классификация диэлектриков по особенностям поляризации (полярные, неполярные) и зависимости относительной диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля (линейные, нелинейные).
Диэлектрические потери. Определение, природа и характеристики 28.
диэлектрических потерь в постоянном и переменном электрическом поле.
29. Электрическая прочность диэлектрических материалов. Природа и механизмы пробоя газообразных диэлектриков; особенности пробоя жидких диэлектриков; физическая природа и механизмы пробоя твердых диэлектриков.
30. Классификация веществ по магнитным свойствам 31. Основные свойства и параметры магнитных материалов 32. Техническое применение магнитных материалов 33. Классификация металлов. Механические свойства и строение металлов.
Влияние дефектов строения металлов на их механическую прочность.
34. Металлические сплавы, строение и свойства. Строение и свойства железоуглеродистых сплавов. Понятие о термической обработке сталей.
35. Влияние углерода и постоянной примеси на свойства сталей. Общие сведения, классификация и маркировка углеродистых и легированных сталей.
36. Общие сведения о технологиях обработки металлов. Виды сварных соединений. Дуговая сварка. Контактная сварка. Газовая сварка и огневая резка.
37. Общие сведения о технологиях обработки металлов. Пайка. Припои и флюсы. Основные виды литья. Основные виды обработки металла давлением и резанием.
V. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) а) Основная литература:
1. Колесов С.Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов:
Учебник для вузов / С.Н. Колесов, И.С. Колесов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2008.–535 с., ил.
б) Дополнительная литература:
1. Антипов Б.Л. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы / Б.Л.
Антипов, В.С. Сорокин, В.А. Терехов. – 3-е изд., стер. – СПб.: «Издательство Лань», 2010 г. – 208 с.
2. Таиров Ю.М. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов: Учебник для студентов технических специальностей / Ю.М.
Таиров, В.Ф. Цветков. – 3-е изд., стер. – СПб.: «Издательство Лань», 2010 г. – 424 с.
3. Миролюбов И.Н., Алмаметов Ф.З., Курицын Н.А. и др. Сопротивление материалов: пособие по решению задач / И.Н. Миролюбов, Ф.З. Алмаметов , Н.А. Курицын Н.А. и др. – 9-е изд., стер. – СПб.: «Издательство Лань», 2010 г.
– 512 с.
4. Степин П.А. Сопротивление материалов: Учебник для студентов технических специальностей / П.А. Степин. – 11-е изд., стер. – СПб.:
«Издательство Лань», 2010 г. – 320 с.
4. Степин П.А. Сопротивление материалов: Учебник для студентов технических специальностей / П.А. Степин. – 11-е изд., стер. – СПб.:
«Издательство Лань», 2010 г. – 320 с.
в) Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
2. набор офисных программ (MS Office 2003, 2007);
3. пакет программ для статистической обработки данных (Statistica);
4. Интернет-обозреватели (Explorer и др.);
5. программные средства для контроля знаний на базе МЦСС 6. Сайт ВолгГМУ http://www.volgmed.ru.
VI. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля) 1. Арендуемая лаборатория материаловедения и технологии конструкционных материалов.
2. Компьютерные классы на базе МЦСС и библиотеки ВолгГМУ.
3. ММ проектор.
4. Экран.
Примерные темы лабораторных работ:
1. Исследование свойств проводниковых материалов.
2. Изучение основных свойств диэлектриков.
3. Измерение относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь электроизолирующих материалов.
4. Определение основных параметров конденсаторов.
Исследование характеристик терморезистора, фоторезистора и полупроводникового диода.
Измерение параметров и характеристик пьезоэлектрического преобразователя.
7. Исследование свойств и характеристик магнитных материалов в переменном поле.
8. Исследование механических свойств и характеристик конструкционных материалов.
VII. Научно-исследовательская работа студента Научно-исследовательская работа студентов представлена: проектной работой;
проведением научных исследований с последующим выступлением на итоговых научных студенческих конференциях ВолгГМУ и публикацией в сборниках студенческих работ; работа в СНК кафедры физики ВолгГМУ.
VIII. Протоколы согласования рабочей программы дисциплины (модуля) с другими кафедрами
«