Программа

краткосрочного повышения квалификации преподавателей и научных работников

высшей школы по направлению

150600 «Материаловедение и технология новых материалов»

на базе учебного курса

«Ультразвуковое и коллекторное компактирование нано- и

полидисперсных порошков»

Цель: Изучение особенностей ультразвукового и коллекторного компактирования нано и полидисперсных порошков.

Категория слушателей: преподаватели и научные работники высшей школы Срок обучения: 24 часа Форма обучения: с частичным отрывом от работы Режим занятий: 8 часов в день Целью данного курса является ознакомление с разработанным перспективным методом для производства конструкционной керамики – методом сухого (без применения загрязняющих пластификаторов и связок) одноосного прессования нанопорошков при одновременном воздействии мощных ультразвуковых колебаний. Применение ультразвука при прессовании нанопорошков керамики различного состава влияет на зернистость, фазовый состав спеченной керамики, в которой формируется более однородная структура с сохранением наноразмерных зерен и субзерен, а в керамике из нанопорошка состава ZrO2 – 5% вес Y2 O3 стабилизируется высокотемпературная фаза.

Сухое прессование под действием мощного УЗ существенно влияет на свойства получаемой керамики. Кроме того, демонстрируется методика построения кривых уплотнения, позволяющие максимально корректно определить значения коэффициентов уравнения прессования, обозначены проблемы методов холодного прессования в закрытых пресс-формах. Изложены принципы коллекторного способа прессования, реализация которого в различных вариантах позволяет минимизировать перепады плотности по объму порошковых изделий различной формы. Описаны конструкции пресс-форм для производства порошковых изделий различной геометрической формы, реализующие коллекторный способ прессовании.

Требования к уровню освоения учебного курса Преподаватели должны:

Знать:

Методы получения нанопорошков Условия формирования наноструктурных материалов Влияние ультразвука на: твердофазный синтез, дислокационную структуру, механизм разрушения хрупких и пластичных материалов, диспергирование порошковых материалов, акустопластический эффект при пластической деформации.

Воздействие УЗ на процесс компактирования нанопорошков и его последующее влияние на свойства спекаемой керамики.

Иметь навыки:

сбора, систематизации и анализа научно-технической и другой профессиональной информации в области новых методов компактирования нанопорошков и методов их исследования.

включать приобретенные знания о новых методах компактирования нанопорошков и методах их исследования в уже имеющуюся систему знаний и применять эти знания в самостоятельных методических разработках;

переносить полученные знания о новых методах компактирования на смежные предметные области и к использованию этих знаний для построения междисциплинарных методических разработок.

Иметь представление:

о разработке новых подходов в теории и технологии прессования нанопорошков с учетом их специфических свойств, о принципиально новом способе прессования – коллекторном способе прессования;

о возникновении квазирезонансного эффекта, возникающего при совпадении размеров наночастиц или агломератов с их колебательным смещением под ультразвуковым воздействием;

о влиянии ультразвукового воздействия на процессы, происходящие в различных реакционных системах при синтезе материалов, на изменения, происходящие в первоначальной дислокационной структур, на механизм разрушения хрупких и пластичных материалов.

о методах исследования механических свойств, фазового состава и рентгеноструктурных особенностях получаемых керамик.

Научные работники должны:

Знать:

Методы получения нанопорошков Условия формирования наноструктурных материалов Влияние ультразвука на: твердофазный синтез, дислокационную структуру, механизм разрушения хрупких и пластичных материалов, диспергирование порошковых материалов, акустопластический эффект при пластической деформации Общее представление о методах компактирования нанопорошков.

Воздействие УЗ на процесс компактирования нанопорошков и его последующее влияние на свойства спекаемой керамики Иметь навыки:

сбора, систематизации и анализа научно-технической и другой профессиональной информации в области новых методов компактирования нанопорошков и методах исследования структуры и свойств;

планирования и проведения исследований и экспериментов с использованием новых методов компактирования нанопорошков;

генерировать новые плодотворные научно-технические и инновационные идеи с использованием технологии новых методов компактирования нанопорошков;

переносить полученных знания о новых методах компактирования нанопорошков и методах их исследования на смежные предметные области и к использованию этих знаний для создания новых объектов техники и технологии и для инновационной деятельности;

Иметь представление:

о разработке новых подходов в теории и технологии прессования нанопорошков с учетом их специфических свойств о принципиально новом способе прессования – коллекторном способе прессования;

возникновении квазирезонансного эффекта, возникающего при совпадении размеров наночастиц или агломератов с их колебательным смещением под ультразвуковым воздействием;

о методах исследования механических свойств, фазового состава и рентгеноструктурных особенностях получаемых керамик Учебный курс «Ультразвуковое и коллекторное компактирование нано- и полидисперсных» 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 Томком политехническом университете.

В дистанционной (теоретической) части учебного курса изложены физические основы метода ультразвукового и коллекторного прессования нано и полидисперсных порошков как один из перспективных для изготовления объемных порошковых материалов. Теоретическая часть учебного курса состоит из четырех лекций:

Лекция 1: Общие представления об особенностях наноструктуры, процессах формования порошковых материалов и особенностях воздействия ультразвука на твердофазные системы.

Введение в нанотехнологию. Особенности объемных наноструктурных материалов.

Условия формирования наноструктуры материала. Агломераты наночастиц. Основные методы получения нанопорошков. Особенности формования нанопорошков. Влияние ультразвукового воздействия на твердофазный синтез. Влияние ультразвукового воздействия на дислокационную структуру кристалла, акустопластический эффект.Механизм разрушения хрупких и пластичных материалов при ультразвуковом воздействии. Влияние кавитационного ультразвукового воздействия на диспергирование порошковых материалов.

Лекция 2: Эффекты активации наноструктурных порошков мощным ультразвуковым воздействием.

Влияние предварительной ультразвуковой обработки на технологические свойства порошков. Не кавитационная УЗ-активация нанопорошков ZrO2-5вес%Y2O3, Al2O3.

Особенности структуры наночастиц, активированных мощным ультразвуковым воздействием. Воздействие ультразвука на распределение элементов в наночастицах.

Лекция 3. Влияние ультразвукового воздействия при компактировании порошков на свойства спеченных керамик.

Разработка ультразвуковых пресс-форм для сухого прессования нанопорошков.

Распространение ультразвука в среде нанопорошков переменной плотности. Влияние УЗкомпактирования нанопорошка состава ZrO2-5вес%Y2O3 на микроструктуру циркониевой керамики. Свойства циркониевой керамики, изготовленной с применением УЗкомпактирования и спеченной в вакууме. Влияние УЗ-прессования нанопорошков YSZ и Nd3+Y2O3 на тврдость, прочность и ударную вязкость керамики.

Классификация эффектов УЗ-воздействия на компактируемые порошки.

Лекция4: Классификация эффектов УЗ-воздействия на компактированные материалы.

Структурно-масштабная иерархия нанокерамики Y-ТЦП. Анализ фазового состава нанокерамики Y-ТЦП методами ПЭМ. Дефектная субструктура нанокерамики Y-ТЦП.

Исследования микроструктуры нанокерамики Y-ТЦП методами АСМ.

Методические рекомендации по реализации учебной программы На дистанционную и очную части учебного курса отводится по 12 часов 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.

«Ультразвуковое и коллекторное компактирование нано- и полидисперсных»

Лекция 1: Общие представления об особенностях наноструктуры, процессах формования порошковых материалов и особенностях воздействия ультразвука на твердофазные системы.

1. Что такое нанотехнология?

А) технология, имеющая дело с элементами Б) технология, которая имеет дело с В) технологии, где используют основные Г) разработка и использование устройств с 2. Особенности наноструктурных материалов?

А) высокая скорость звука; Б) высокая температура плавления;

В) высокая твердость и пластичность;

3. Чем определяются свойства наночастиц?

А) химическим составом; Б) температурой плавления;

В) способом получения;

4. Чем вызвана агломерация нанопорошков?

А) стремление минимизировать Б) формой и размерами наночастиц;

поверхностную энергию;

В) химическим составом;

5. Необходимые условия формирования наноструктуры при спекании компактов?

А) высокая пористость компакта; Б) обеспечение высокой скорости В) понижение температуры;

6.Зависит ли форма частиц нанопорошка от способа получения?

В) не зависит;

7. Отличительные черты ультразвуковой обработки твердого тела?

А) увеличивает температуру начала Б) изменяет химический состав;

синтеза;

В) инициирует твердофазные превращения;

8.Как влияет ультразвуковое воздействие на дислокационную структуру?

А) приводит к образованию Б) изменение химического состава;

призматических петель и движению краевых дислокаций;

9. Каков механизм разрушения хрупких материалов?

А) изменение в химическом составе; Б) диффузионно-дислокационный;

В) образование пор как в зерне, так и на границе;

Лекция 2: Эффекты активации наноструктурных порошков мощным ультразвуковым воздействием Общие представления об особенностях наноструктуры, процессах формования порошковых материалов и особенностях воздействия ультразвука на твердофазные системы.

1.Методы получения наноматериалов влияют на формирование структуры и свойств?

2. Влияет ли предварительная ультразвуковая обработка на технологические характеристики пороков?

В) улучшает технологические характеристики; Г) ухудшает спекание;

3. Каким методом исследовались эффекты УЗ воздействия на кристаллическую структуру?

А) методом фазового рентгеноструктурного анализа; Б) методом БЭТ;

4. Каким методом можно исследовать прочностные свойства керамик?

А) методом определения микротвердости; Б) БЭТ анализом;

В) методом рентгенофазового анализа;

Лекция 3: Влияние ультразвукового воздействия при компактировании порошков на свойства спеченных керамик.

1. В чем заключаются проблемы компактирования нанопорошков?

А) в обеспечении равноплотности; Б) в сохранении пористости;

В) в высокой насыпной плотности;

2. В чем заключается эффект УЗ воздействия при компактировании?

А) обеспечивает достижение наибольшей Б) увеличивает пористость;

плотности;

В) увеличивает размер зерен;

3. Зависят ли плотность и механические свойства керамических образцов от плотности компактов, спрессованных при УЗ воздействии?

В) зависят от химического состава;

4. Влияет ли УЗ-воздействие на параметры структуры в спеченной керамике?

В) влияет на химический состав; Г) влияет на характер распределения пор;

Лекция 4: Классификация эффектов УЗ-воздействия на компактированные материалы.

1.Возможно ли существование двух структурных фаз в одной наночастице при УЗ компактировании?

2.Существует ли оптимальный диапазон УЗ-мощности, зависящий от природы нанопорошка, фактора формы прессовок, при котором компактируется образец и с сохранением наноструктуры прессовок нанопорошка?

3. Перспективен ли метод УЗВ воздействия при изготовлении оптической керамики?

В) Снижает коэффициент ослабления;

1.Сформулировать такие определения как нанотехнологии, наночастицы, нанонаука.

2.Дать определения наноструктруным материалам 3. Как изменяется прочность. Твердость и пластичность при изменении размера зерна.

4. Как влияет УЗ обработка на твердое тело (на твердофазные превращения, реакцию металлотермии, обменные реакции).

5.Влияние УЗ обработки на дислокационную структуру кристалла.

6. Механизм разрушения хрупких и пластичных материалов при УЗ воздействии.

7. Акустопластический эффект.

8. Кавитационное УЗ воздействие на диспергирование порошковых материалов.

9. Влияние предварительной УЗ обработки на технологические свойства нанопорошков.

10.Методы получения нанопорошков.

11.Мощное кавитационное акустическое воздействие как распространенный метод активации.

12.Использование УЗ колебаний для интенсификации технологических процессов и улучшения свойств изделий.

13 Некавитационная УЗ активация нанопорошков.

14. Особенности структуры наночастиц, активированных мощным УЗ воздействием.

15. Воздействие УЗ на распределение элементов в наночастице.

16.Конструкции УЗ прессформ для сухого прессования нанаопорошков.

17.Распространение УЗ в среде нанопорошков переменной плотности.

18.Влияние УЗ крмпактирования нанопорошков состава ZrO2-5%Y2O3 на микроструктуру.

19. Исследование микроструктуры нанокерамики методами АСМ 20. Влияние режимов УЗ прессования на улучшения характеристик оптической лазерной керамики.

21. Классификация эффектов УЗ-воздействия на компактируемые порошки.

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.

«Ультразвуковое и коллекторное компактирование нано- и полидисперсных Области использования наноструктурных материалов.

Перспективы развития нанотехнологий в России.

Перспективы использования функциональной керамики с высокими прочностными свойствами 4. Взаимосвязь структуры и механических свойств нанокерамик.

Перспективность применения различных методов прессования, в том числе и применении УЗ –прессования, для изготовления оптически прозрачных керамик.

Перспективные методы компактирования для производства функциональной керамики.

7. Влияние способа подведения УЗ колебаний на качество прессовок.

8. Основные технологические моменты для обеспечения равноплотности при коллекторном прессовании.

9. Изменение параметров кристаллической структуры нанопорошков при прессовании с применением УЗ разной мощности.

10. Применение метода наноиндентирования для определения динамических характеристик наноматериалов.

учебного курса и час. Дистанционные Самостоятельная Очный контроля и коллекторное компактирование нано- и полидисперсных порошков»

Общие представления об особенностях наноструктуры, процессах формования порошковых материалов и особенностях воздействия ультразвука на твердофазные системы.

Эффекты активации наноструктурных порошков мощным ультразвуковым воздействием Влияние ультразвукового воздействия при компактировании порошков на свойства спеченных керамик.

Классификация эффектов УЗвоздействия на компактированные материалы.

Список литературы (основной и дополнительной), а также других видов учебно-методологических материалов Методы компактирования и консолидации наноструктурных материалов и изделий / О.Л. Хасанов, Э.С. Двилис, З.Г. Бикбаева – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.- 196 с.

Попильский Р.Я., Пивинский Ю.Е. Прессование порошковых керамических масс. – М.: Металлургия, 1983.- 176 с.

Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. – М.: Металлургия, Бальшин М.Ю. Порошковая металлургия. – М.: Машгиз, 1948, 286 с.

Бережной А.С. О зависимости между давлением прессования и пористостью необожженных огнеупорных изделий // Огнеупоры. – 1947. - № 3. – С. 124-130.

Ультразвук: Маленькая энциклопедия / Гл. ред. И.П. Голямина. – М.:

Советская энциклопедия, 1979. – 400 с.

Агранат Б.А., Гудович А.П., Нежевенко Л.Б. Ультразвук в порошковой металлургии. – М.: Металлургия, 1986. – 168 с.

Кулемин А.В. Ультразвук и диффузия в металлах. – М.: Металлургия, 1978. – Хасанов О.Л. Научные основы сухого компактирования ультрадисперсных порошков в технологии изготовления нанокерамики: Дис. … докт. Техн. Наук.Томск.- 2003.- 405 с.

Эффекты мощного ультразвукового воздействия на структуру и свойства наноматериалов. /О.Л. Хасанов, Э.С. Двилис, Полисадова В.В. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.- 153 с.

Полное содержание лекций в электронной дистанционной части учебного курса на