Программа

краткосрочного повышения квалификации преподавателей и научных работников

высшей школы по направлению

«Объемные конструкционные и функциональные наноструктурированные материалы

(металлы и сплавы, керамика, цементы, композиты и гибриды), технологии их получения»

на базе учебного курса

«Кристаллизация аморфных сплавов»

(наименование учебного курса) Цель Выявление основных закономерностей кристаллизации аморфных сплавов, полученных методом сверхбыстрой закалки Категория слушателей преподаватели и научные работники высшей школы Примерный срок обучения 24 часов Форма обучения _ дистанционно- очная Режим занятий 4 часов в день Целью данного курса является ознакомление с физическими процессами, протекающими при кристаллизации аморфных ленточных материалов, полученных методом сверхбыстрой закалки на вращающийся диск-холодильник. На установке дифференциального калориметрического анализа STA 409 CD фирмы «Netzsch»

(Германия), на примере аморфных лент из сплавов на основе Ti и Ni проводятся лабораторные работы по закреплению навыков, полученных в ходе изучения теоретического материала.

Требования к уровню освоения учебного курса.

Преподаватели должны:

Знать:

- структурные особенности аморфных металлических сплавов;

- физико-химические процессы, протекающие в аморфных металлических сплавах при нагревании;

- устройство установки для термического анализа STA 409 CD фирмы «Netzsch» (Германия) - модели структурны аморфных металлических сплавов;

Иметь навыки:

- сбора, систематизации и анализа научно-технической и другой профессиональной информации в области знаний, связанной с кристаллизацией аморфных металлических сплавов;

- включать приобретенные знания о процессах кристаллизации аморфных металлических сплавах в уже имеющуюся систему знаний и применять эти знания в самостоятельных научных и методических разработках;

- переносить полученных знания о процессах кристаллизации аморфных металлических сплавах на смежные предметные области и к использованию этих знаний для построения междисциплинарных научных и методических разработок.

Иметь представление:

- о технологиях получения аморфных металлических сплав;

- о физико-химических особенностях аморфных металлических сплавах;

- о применении аморфных и закристаллизовавшихся металлических сплавах.

Научные работники должны:

1.Знать:

- структурные особенности аморфных металлических сплавов;

- физико-химические процессы, протекающие в аморфных металлических сплавах при нагревании;

основы принципа работы высокотемпературного дифференциального термического анализатора;

- устройство установки для термического анализа STA 409 CD фирмы «Netzsch» (Германия) 2.Иметь навыки:

- сбора, систематизации и анализа научно-технической и другой профессиональной информации в области знаний, связанной с кристаллизацией аморфных металлических сплавов;

- включать приобретенные знания о процессах кристаллизации аморфных металлических сплавах в уже имеющуюся систему знаний и применять эти знания в самостоятельных научных и методических разработках;

- переносить полученных знания о процессах кристаллизации аморфных металлических сплавах на смежные предметные области и к использованию этих знаний для построения междисциплинарных научных и методических разработок.

- генерировать новые плодотворные научно-технические и инновационные идеи с применением знаний о процессе кристаллизии аморфных металлических сплавов 3.Иметь представление:

- о технологиях получения аморфных металлических сплав;

- о физико-химических особенностях аморфных металлических сплавах;

- о применении аморфных и закристаллизовавшихся металлических сплавах.

Учебный курс «Кристаллизация аморфных сплавов» состоит из дистанционной и очной частей.

Дистанционная часть учебного образовательного курса обеспечивает слушателя необходимым объмом знаний по выбранной тематике, включая подготовку слушателя к проведению лабораторного практикума. Задача дистанционной составляющей учебного курса – подготовить слушателя к очному посещению лаборатории в Национальном Исследовательском Ядерном Университете “МИФИ”.

В дистанционной (теоретической) части учебного курса изложены физические основы процесса кристаллизации аморфных металлических сплавов, которые обладают уникальными свойствами по сравнению со своими кристаллическими аналогами, полученными традиционными путями. Для слушателей курса предоставлена информация по применению подобных материалов. Теоретическая часть учебного курса состоит из четырех лекций:

Лекция 1. Структура аморфных металлических сплавов (АМС) Порядок в расположении атомов в АМС. Ближний порядок: химический ближний порядок, геометрический ближний порядок, ближний порядок искажений. Структурные особенности АМС и методы ее исследования. Функция радиального распределения.

Модели структуры АМС: определенная локальная координация, дислокационная модель, кластерная модель, случайная плотная упаковка твердых сфер. Структурные дефекты в АМС: дефект n-типа, дефект p-типа, дефект -типа.

Лекция 2. Влияние внешних факторов на АМС Термическая стабильность АМС. Структурная релаксация в АМС: низкотемпературная релаксация, высокотемпературная релаксация, локальная структурная релаксация на малых расстояниях (ЛСРМР) и кооперативная структурная релаксация на средних расстояниях (КСРСР). Степень аморфности.

Лекция 3. Кристаллизация АМС Кристаллизация АМС. Механизмы кристаллизации различных сплавов: Полиморфной, Эвтектическая кристаллизация, Последовательная кристаллизация,. Стабилизация аморфного состояния.

Лекция 4. Применение аморфных и полученных из них нанокристаллических сплавов Высокопрочные АМС. Коррозионно-стойкие АМС. Магнитно-мягкие АМС. Аморфные припои.

Очная (экспериментальная) часть учебного курса заключается в изучении процессов кристаллизации аморфных металлических сплавов на установке для термического анализа STA 409 CD фирмы «Netzsch» (Германия). Основные задания на лабораторный практикум:

- Подготовить образцы из аморфных ленточных сплавов на основе Ni и Ti термического анализа;

- На установке STA 409 CD фирмы «Netzsch» (Германия) провести эксперимент по определению температур кристаллизации аморфных сплавов при нагревании со скоростью 20 С/мин.

- по результатам эксперимента сделать итоговые выводы по каждому из сплавов.

Методические рекомендации по реализации учебной программы На дистанционную и очную части учебного курса отводится по 8 и 4 часа соответственно. Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного курса находится на сайте www.nanoobr.ru. Для контроля степени освоения теоретической части учебного курса (лекций) используются тестовые вопросы для самопроверки и контрольные вопросы.

Лекция 1: Структура аморфных металлических сплавов (АМС) 1. Свободный объем с уменьшением скорости закалки?

2. Согласно кластерной модели структура аморфных сплавов состоит из?

А) кристаллических зерен с высокой Б) 5 видов полиэдров концентрацией дислокаций 3. К структурным дефектам АМС относятся?

4. Если распределение атомов беспорядочное (статистическое), то параметр ближнего порядка равен?

5. По функции радиального распределения можно определить?

А) только среднее межатомное расстояние Б) только координационное число В) среднее межатомное расстояние и Г) среднее межатомное расстояние и 1. Для кристаллического состояния степень аморфности стремится к?

2. В процессе структурной релаксации:?

А) увеличивается теплопроводность, Б) увеличивается теплопроводность, вязкость, уменьшается свободный объем уменьшается свободный объем и вязкость В) увеличивается теплопроводность, Г) увеличивается свободный объем вязкость и свободный объем 3. Структурная релаксация протекает при температурах:?

4. Структурная релаксация сопровождается:?

5. Для быстрозакаленных аморфных лент значение степени аморфности :?

А) такое же как и у жидкого состояния Б) меньше среднего значения для жидкого 1. Процесс кристаллизации?

А) сопровождается выделением тепла Б) сопровождается поглощением тепла В) сопровождается как выделением так и Г) протекает без изменения теплового 2. Процесс кристаллизации протекает во времени в соответствии со следующим кинетическим уравнением, описывающим долю кристаллической фазы?

3. Энергия активации диффузии металлов в АМС?

А) такая же как и в кристаллах Б) меньше чем в кристаллах 4. стадия MS-I – это?

А) образование первичной кристаллической Б) образование первичной кристаллической метастабильной фазы в аморфной фазе путем метастабильной фазы в аморфной фазе путем гомогенного зарождения и роста, гетерогенного зарождения и роста, сопровождаемое выделением тепла, при этом сопровождаемое выделением тепла, при этом сохраняется некоторое количество аморфной сохраняется некоторое количество аморфной В) образование первичной кристаллической Г) образование кристаллической метастабильной фазы в аморфной фазе путем метастабильной фазы путем гомогенного гомогенного зарождения и роста, зарождения и роста, сопровождаемое сопровождаемое поглощением тепла, при этом выделением тепла, при этом аморфная фаза не сохраняется некоторое количество аморфной сохраняется.

фазы.

5. Полиморфной называется?

А) кристаллизацией, при которой одразуется Б) кристаллизация без изменения состава, когда несколько фаз, которые растут во аморфная фаза переходит в одну В) кристаллизация, которая сопровождается Г) кристаллизация, при которой изменяется выделением первой кристаллической фазы, состав, и аморфная фаза переходит в одну состав которой существенно отличается от кристаллическую состава матрицы, перестроение матрицы и е превращение в кристаллическую Лекция 4. Применение аморфных и полученных из них нанокристаллических 1. АМС Fe80B20 является:?

А) высокопрочным материалам Б) материалом с низкими прочностными В) припоем для пайки изделий из сплавов Г) идеальным сверхпроводником на основе титана 2. Среди магнитно-мягких материалов широкое применение в трансформаторах и преобразователях нашли АМС системы типа:?

3. АМС нашли применение как:?

А) припои, магнитно-мягкие материалы, Б) высокопрочные материалы, магнитнокоррозионно-стойкие материалы, мягкие материалы, припои, коррозионноматериалы со сверхпроводящими стойкие материалы свойствами В) материалы с низкими прочностными Г) высокопрочные материалы со 4. Внешние факторы, контролирующие свойства АМС:?

А) температура, давление, скорость Б) температура, диффузия, скорость охлаждения, деформация, атмосфера охлаждения, деформация, атмосфера В) температура, диффузия, скорость Г) атомные конфигурации, электронные охлаждения, деформация, коррозионная состояния, химический состав, структура, 5. легирование металлических сплавов элементами с малым атомным радиусом (B, P, C, Si):?

А) увеличивает скорость закалки для Б) увеличивает скорость закалки для аморфизации, т.е. снижает стабильность аморфизации, т.е. повышает стабильность В) снижает склонность сплава к Г) снижает скорость закалки для аморфизации, Контрольные вопросы для проверки материала в количестве 12 вопросов 1. Охарактеризуйте порядок в расположении атомов в АМС?

2. Опишите физический смысл радиальной (парной) функции распределения атомов для Опишите модель структуры АМС: случайная плотная упаковка твердых сфер?

Опишите модель структуры АМС: определенная локальная координация?

Опишите модель структуры АМС: дислокационная модель?

Опишите модель структуры АМС: кластерная модель?

Какие бывают типы дефектов в АМС?

Дайте подробные пояснения к кривой зависимости теплового эффекта от температуры АМС?

9. Какие процессы протекают в АМС при нагревании до температуры стеклования?

10. Опишите процесс кристаллизации АМС при нагревании?

11. Какими методами можно увеличить температуру кристаллизации АМС?

12. Какие области применения АМС вы знаете?

В конце очной части учебного курса слушатели готовят отчеты по темам контрольных рефератов, которые используются для контроля степени усвоения всего учебного курса на базе экспериментальных результатов и их обработки с применением знаний из дистанционной части курса.

1. Применение аморфных металлических сплавов в качестве припоев 2. Применение аморфных металлических сплавов в качестве магнитно-мягких материалов 3. Применение аморфных металлических сплавов в качестве высокопрочных армирующих материалов 4. Методы изучения структуры аморфных металлических сплавов 5. Высокотемпературный дифференциальный термический анализ аморфных металлических сплавов «Кристаллизация аморфных сплавов»

Лекция 1: Структура аморфных металлических сплавов Лекция 2: Влияние внешних факторов на Кристаллизация АМС Лекция 4: Применение аморфных и полученных нанокристаллических Список литературы (основной и дополнительной), а также других видов учебно-методологических материалов и пособий, необходимых для изучения (конспектов лекций, видеолекций, лазерных и др. дополнительных источников информации в кол-ве – 8.

1.Физическое материаловедение:Учебник для вузов: В 6 т./ Под общей ред. Б.А.

Калина. Том 5. Материалы с заданными свойствами/ М.А. Алымов, Г.Н. Елманов, Б.А.

Калин, А.Н. Калашников, В.В. Нечаев, А.А.Полянский, И.И.Чернов, Я.И.Штромбах, А.В.Шульга – М.:МИФИ, 2008.-672 с.

2. Калин Б.А., Солонин М.И., Осипов В.В. Физическое материаловедение. Модуль 1.Физико-химические основы выбора и разработки материалов. Учебное пособие. М.:

МИФИ, 2002.-108с.

3.Калин Б.А., Солонин М.И. Физическое материаловедение. Модуль 2. Структура материалов. Закономерности формирования структуры из расплава: Учебное пособие. М.:

МИФИ, 2004. 120 с.

4.Физическое металловедение: В 3-х т., 3-е изд., перераб. и доп./Под ред. Кана Р.У., Хаазена П. Т.2: Фазовые превращения в металлах и сплавах и сплавы с особыми физическими свойствами: Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1987. 624с.

5.Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела: Пер. с нем. – М.: Мир, 1986.-558 с.

6.Аморфные металлические сплавы /Немошкаленко В.В., Романова А.В., Ильинский А.Г. и др.-Киев: Наук. Думка, 1987.-248 с.

7.Аморфные металлы. Сузуки К., Фудизимори Х., Хасимото К. /Под ред. Масумото Ц.

Пер. с япон. – М.: Металлургия, 1987. 328 с.

8.Аморфные металлические сплавы /Под ред. Люборского Ф.Е.: Пер. с англ. – М.:

Металлургия, 1987. 584 с.

9.Структура и механические свойства металлов. Бернштейн М.Л., Займовский В.А.

М.: Металлургия, 1970, 472 с.

10.Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы: Учебник для студентов вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики».-3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. Шк., 1986.- 352с.

11.Металлические стекла /Под ред. Гилмана Дж.Дж. и Лими Х.Дж., США, 1978:

Пер. с анг. М.: Металлургия, 1984. 264 с.

12.Бакай А.С. Поликластерные аморфные тела.- М.: Энергоатомиздат, 1987.-192 с.

13.Ковнеристый Ю.К., Осипов Э.К., Трофимова Е.А. Физико-химические основы создания аморфных металлических сплавов. М.: Наука, 1983.- 145с.

Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного курса на сайте www.nanoobr.ru