Структура за темами

  • Про освітній курс

    Згорнути все Розгорнути всі

    Рівень вищої освіти

    Другий (магістерський)

    Галузь знань

    13 Механічна інженерія

    Спеціальність

    132 Матеріалознавство

    Освітня програма

    Матеріалознавство

    Статус дисципліни

    Нормативна

    Форма навчання

    очна(денна)

    Рік підготовки, семестр

    1 семестр

    Обсяг дисципліни

    5 кредитів (150 годин)

    Семестровий контроль/ контрольні заходи

    Іспит, контрольні роботи

    Розклад занять

    лекція – 2 год на тиждень (30 год); семінарські роботи– 1 год на тиждень (15 год); самостійна робота – 105 год (в тому числі 30 год на підготовку до іспиту), іспит

    Мова викладання

    Українська

    Інформація про
    керівника курсу / викладачів

    Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України 


    Лектор: доктор технічних наук, професор, академік НАН України Рагуля Андрій Володимирович, andrey.ragulya@gmail.com

    Cемінарські: доктор технічних наук, професор, академік НАН України Рагуля Андрій Володимирович, andrey.ragulya@gmail.com

    Платформа для онлайн підключення

    Zoom, Google Meet


  • Тема 1. Вступ в матеріалознавство. Основні визначення, парадигми, підходи, ринки.

    Введення в матеріалознавство як мега-науки сьогодення. Відомості про сегмент ринку матеріалів в світі і динаміку його розвитку. Відомості про найбільш привабливі напрямки наукових досліджень в світі матеріалів. Історичні віхи розвитку науки про матеріали. Загальна характеристика матеріалів. Матеріалознавство - визначення. Основна парадигма науки про матеріали: склад-структура-властивості. Визначення складу матеріалу. Визначення структури матеріалу. Визначення властивостей матеріалу. Матеріалознавство як технологія, як вміння управляти структурою і властивостями. Нова парадигма матеріалознавства.


  • Тема 2. Класифікація матеріалів: Конструкційні і Функціональні матеріали. Класифікація за морфологією і розмірністю.

    Класифікація за морфологією і розмірністю. Класифікація матеріалів за типом хімічного зв'язку. Класифікація матеріалів за призначенням. Загальна характеристика кристалічного, аморфного і квазірідкого станів в залежності від термодинамічних умов. Основні поняття термодинаміки фазових перетворень. Кристалічні матеріали. Ізотропія і анізотропія кристалічних матеріалів.

  • Тема 3. Уявлення про хімічний зв'язок в матеріалах.

    Будова атомів і міжатомні взаємодії. Класифікація конденсованих систем. П'ять типів конденсованих систем: рідини, скла, аморфні тіла, рідкі кристали та кристали. Електронна будова атомів та періодична система. Припущення і співвідношення де Бройля. Звичайна форма стаціонарного рівняння Шредінгеру. Хвильова функція. Квантові числа. Принцип невизначеності Гайзенбергу, принцип Паулі і правило Гунда. Заповнення орбіталей. Електронні хмари. Сіли міжатомної взаємодії. Енергія зв'язку в кристалах. Типи хімічного зв’язку в твердих тілах: Класифікація кристалічних твердих тіл та хімічного зв'язку. Ковалентний зв'язок. Металевий зв'язок. Сили Ван-дер-Ваальса. Структури молекулярних кристалів. Дисперсійні сили.  Іонний зв'язок.

  • Тема 4. Структура: однорідність, анізотропія та симетрія. Кристалічна решітка. Решітка Браве.

    Зворотна решітка. Перехід з прямого простору до зворотного. Відношення до дифракції. Решітка Браве.

  • Тема 5. Області Вороного, комірки Вігнера−Зейтца, зони Брилюена.

    Визначення області Вороного, комірки Вігнера−Зейтца, зони Брилюена. Типи комірок Вігнера−Зейтца. Щільні упаковки у структурах. Координаційний багатогранник, координаційне число. Дефекти упаковки. Тверді розчини заміщення і втілення. Міжвузлові тверді розчини.

  • Тема 6. Структура кристалів. Різновиди кристалів. Несумірні кристали і квазікристали. Кіральність.

    Несумірні кристали і квазікристали. Кіральність – універсальна характеристика природи і структур. Кіральність і кіральні структури як важливий елемент синтезу живих організмів

  • Тема 7. Дефекти кристалічної структури. Вакансії та міжвузельні атоми. Тверді розчини. Рівноважні і нерівноважні концентрації точкових дефектів. Уявлення про дифузію точкових дефектів.

    Точкові дефекти: вакансії та міжвузельні атоми. Енергія утворення точкових дефектів. Рівноважна концентрація точкових дефектів. Ентропія точкових дефектів. Рухливість точкових дефектів. Вакансійний і міжвузельний механізми дифузії. Механізми Шоткі і Френкеля.

  • Тема 8. Дефекти кристалічної структури. Дислокації. Основні типи дислокацій. Джерело дислокацій Франка-Ріда. Консервативний і неконсервативний рух дислокацій. Пластична деформація

    Крайова та гвинтова дислокації. Ядро дислокації. Лінія гвинтової дислокації. Вектор зміщення – вектор Бюргерса. Рух дислокацій. Дифузійно-контрольований рух і бездифузійний рух дислокацій. Енергія і напруга зсуву. Напруги Пайєрлса. Хімічний зв’язок і дислокації. Переповзання крайової дислокації. Пластична деформація як рух дислокацій. Розмноження дислокацій при пластичній деформації (джерело Франка-Ріда).

  • Тема 9. Границі зерен. Решітка вузлів, що співпадають (РСУ). Потрійні стики. Специфіка дифузії по границях зерен.

    Кристалографія границь зерен. Малокутові границі є структурними границями. Висококутові границі. Енергія границь зерен. Швидкість дифузії вздовж границь зерен. Швидкість міграції границь. Зернограничне ковзання в взаємна мізорієнтація зерен. Острівцева модель Мотта. Решітка вузлів, що збігаються. Спеціальні (особливі або регулярні) границі

  • Тема 10. Стабільність структури. Ріст зерен. Міграція границь зерен. Ефективні методи керування структурою матеріалів

  • Тема 11. Фазові перетворення. Термічно активовані перетворення. Атермічні перетворення

    Швидкість перетворення, що відбувається шляхом зародження і зростання. Кінетична конкуренція зародження і зростання. Управління формою кристалів. Конкуренція поверхневої енергії і енергії деформації. Мартенситні перетворення. Швидкість мартенситних перетворень. Температурна залежність мартенситних перетворень. Доменна структура. Орієнтаційні співвідношення.

  • Тема 12. Властивості матеріалів в залежності від їх структури. Головні тренди. Конструкційні властивості

    Узагальнений принцип суперпозиції Кюрі. Тензорний опис фізичних властивостей кристалів. Властивості, що описані тензорами другого рангу. Пружні властивості кристалів. Модулі Юнга. Тензор пластичної деформації. Системи ковзання дислокацій в решітках різної симетрії. Текстура. Статистичні властивості: міцність, твердість, коефіцієнти інтенсивності напружень.

  • Тема 13. Функціональні властивості

    Електричні властивості твердих тіл. Температурна залежність електропровідності. Ефект Холу. Структурна залежність електропровідності. Сегнетоелектрики. Надпровідність. Магнітні властивості матеріалів. Феромагнетики. Парамагнетики і діамагнетики. Антиферомагнетикі. Оптичні властивості матеріалів. Прозорість і радіопрозорість. Індекси заломлення. Лазерні матриці

  • Тема 14. Ефективні властивості багатофазних та композиційних матеріалів

    Теорія середнього полю. Теорія ефективних властивостей Скорохода. Матричні структури. Усереднення по Хашину-Штрикману. Усереднення по Фойгту-Рейсу

  • Тема 15. Полімерні матеріали. Композити з полімерною матрицею

    Уявлення про сучасні полімерні матеріали. Упорядковані і розупорядковані полімери. Приклади утворення полімерних ланцюгів. Механізми полімеризації і поліконденсації. Принцип компліментарності для створення супрамолекулярних сполук. Конструкційні полімери. Функціональні полімери. З’єднання полімерних і неорганічних матеріалів - гібридні матеріали

  • Тема 16. Основи методів отримання матеріалів. Метали та сплави

    Класифікація методів отримання металів. Фізичні методи. Методи лиття металів і сплавів. Вирощування металевих монокристалів. еквіатомні (високоентропійні) сплави. Аморфні сплави і методи їх отримання. Хімічні методи отримання металевих матеріалів. Методи порошкової металургії: порошкові метали і сплави. Адитивні технології металів і сплавів. Явища спікання

  • Тема 17. Основи методів отримання керамічних матеріалів

    Класифікація методів отримання кераміки. Порошкові технології отримання кераміки. Методи лиття кераміки. Вирощування монокристалів тугоплавких сполук і оксидів. Еквіатомні (високоентропійні) карбіди і бориди. Отримання кераміки піролізом полімерів. Хімічні методи отримання керамічних матеріалів. Адитивні технології керамічних матеріалів і композитів

  • Тема 18. Основи методів отримання композиційних матеріалів

    Визначення композиційних матеріалів. Класифікація композиційних матеріалів. Парадігма поєднання корисних властивостей в одному матеріалі. Композити з металевої матрицею. Композити з керамічною матрицею. Композити з полімерною матрицею. Використання рідкої фази для отримання композитів з різною матрицею. Адитивні технології отримання композиційних матеріалів