Материалы. Материаловедение. Наноматериалы (Нанотехнологии - см.621.3.049.76)

В данном пособии рассмотрены общие вопросы, касающиеся строения порошковых и композиционных материалов (КМ). Описаны способы получения порошковых материалов (физико-химические и механические), свойства и методы их исследования, а также получение из них композиционных материалов. Подготовлено на кафедре технология металлов и авиационное материаловедение.

В книге описываются концепции, которые, по мнению автора, занимают центральное место в науке о материалах. Адриан Саттон, почетный профессор Имперского колледжа Лондона, показывает развитие научного подхода в материаловедении от классической термодинамики XVIII века к наноструктурам, метаматериалам и активной материи XXI века. На простых моделях объясняются причины стабильности материала, особенности фазовых переходов, влияние дефектов структуры и их виды. Просто и доходчиво раскрывается роль квантовой механики в науке о материалах. Читатель узнает о практических направлениях работы ученых по созданию материалов, которые не существуют в естественных условиях, метаматериалов, и о том, какую роль играет материаловедение применительно к живой материи. Для изучения ряда тем понадобится знание физики, химии и математики на школьном уровне.

Практикум состоит из двух частей. Во второй части приведены лабораторные работы по изучению инструментов для подготовки и проведения инженерного анализа объектов с контролируемой микроструктурой композитных конструкционных материалов.

В учебном пособии описаны основные понятия в области нанонауки, дана классификация наноматериалов и методов их получения, представлены методы синтеза наноразмерных оксидных наноматериалов, рассмотрены основные нанотехнологии, позволяющие формировать структурированные наноматериалы. Представлено соотнесение терминов и определений на русском и английском языках, что будет полезно молодым ученым и исследователям для корректного понимания англоязычных авторов и написания рукописей на английском языке.

Содержит основные теоретические сведения и методические указания по выполнению лабораторных работ по разделу «Материаловедение» дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов». Для проверки полученных знаний предложены контрольные тестовые задания.

Изложены закономерности формирования строения материалов в процессе кристаллизации, пластического деформирования, термической обработки и сварки. Приведены технологические способы управления строением и свойствами сплавов, основные свойства конструкционных и инструментальных материалов. Рассмотрены физико-химические процессы, протекающие при изготовлении изделий в парогазовой, жидкой, твердожидкой и твердой фазах, принципы выбора оптимальной марки материала и метода получения проектируемых изделий. Даны примеры изготовления деталей машин обработкой давлением и резанием, литьем и сваркой. Второе издание (1-е изд. — 2014 г.) дополнено сведениями по аддитивным технологиям, формированию фасонных изделий из твердожидких заготовок, а также о новом технологическом процессе — сварке трением с перемешиванием.

Рассматриваются материалы, используемые для производства медицинских инструментов, их номенклатура и классификация. Предназначено для обучающихся по направлению 12.03.04 «Биотехнические системы и технологии», профиль «Инженерное дело в медико-биологической практике» и направления 12.04.04 «Биотехнические системы и технологии», программа «Медико-биологические аппараты, системы и комплексы».

Изложены краткие сведения о материалах с особыми магнитными и электрическими свойствами, которые применяют в современных конструкциях приборов и устройств. Приведена классификация пермаллоев, а также магнитотвердых материалов. Показано влияние химического состава и технологических факторов на свойства порошковых магнитомягких ферритов. Приведена методика экспериментального определения магнитных и электрических свойств материалов. Выполнение конкретных заданий на лабораторных занятиях направлено на установление закономерных связей, раскрывающих влияние химического состава и условий обработки на структурное состояние и свойства магнитомягких и магнитотвердых материалов, а также проводников электрического тока.

Рассмотрены научные основы создания различных групп сталей; особенности структуры, свойств материалов, легирования и обработки различных групп специальных сталей: строительных, коррозионно-стойких, жаропрочных, инструментальных и т. д.

Пособие включает в себя краткие основные сведения о физических эффектах в сверхпроводниках, справочный материал, задачи и примеры их решения. Основная цель настоящего пособия – дать краткую и необходимую информацию для закрепления материала в рамках курса Микро- и нанотехнологии.

Изложены основные сведения по теории и терминологии полиграфического и упаковочного производств. Даны основные представления о характеристиках и конструкциях полиграфической и упаковочной продукции. Рассмотрены основные виды материалов и основы построения полиграфического и упаковочного производств.

Пособие посвящено описанию конструкционных и расходных полиграфических и упаковочных материалов. Предназначено для подготовки бакалавров и магистров по направлению 29.03.03 «Технология полиграфического и упаковочного производства», а также может быть полезно для специалистов полиграфической и упаковочной отраслей промышленности.

Методические указания содержат информацию об основных законодательных актах, обеспечивающих единство измерений в сфере нанотехнологий, о стратегии развития приоритетных направлений экономики, об условиях формирования метрологических центров обеспечения и оценки соответствия продукции наноиндустрии, а также вопросы для обсуждения на практических занятиях.

Пособие представляет лабораторный практикум, составленный в соответствии с требованиями собственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. В нем содержатся задания для работы на занятии, теоретическое обоснование, указания по порядку выполнения лабораторных работ, указания по технике безопасности по темам лабораторных работ, контрольные вопросы и литература.

Лабораторный практикум составлен в соответствии с требованиями собственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, содержит задания для работы на занятии, теоретическое обоснование, указания по порядку выполнения лабораторных работ, указания по технике безопасности по темам лабораторных работ, контрольные вопросы, список литературы.

Рассмотрены основные методы компактирования и консолидации порошковых наноматериалов для получения из них изделий. В большей части внимание уделено объемным наноструктурным материалам и изготовленным на их основе керамическим изделиям конструкционного и функционального назначения. Подробно изложены метод УЗ-компактирования порошков, коллекторный метод прессования, приведены конструкции коллекторных пресс-форм для производства порошковых изделий различной геометрической формы. Проанализированы характеристики напряженно-деформированного состояния и реологические свойства уплотняемого порошкового материала, определяющие качество изделий.

Мы живем в эпоху нанотехнологий. Мы уже больше десяти лет прожили в эпохе нанотехнологий. Не знаете? Не верите? Сомневаетесь? Цель этой книги — дать знание, вселить веру, развеять сомнения. Взглянем на нанотехнологии непредвзято и увидим, что они есть не что иное, как новая синтетическая наукоемкая дисциплина, в рамках которой произошло долгожданное объединение физических, химических и биологических знаний. Вглядимся в окружающий мир, в нас самих — и увидим множество нанообъектов, составляющих материальную основу бытия. Посетим промышленные предприятия — и обнаружим разнообразные нанотехнологии. И наконец заглянем в будущее и представим, как нанотехнологии изменят нашу жизнь.

В книге в популярной форме рассказывается о междисциплинарном комплексе технологий, объединенных термином «нано». Одинаково просто рассказано как о «несложных» нанотехнологиях, связанных с вполне понятными на бытовом уровне эффектами, так и о технологиях квантовых, а равно технологиях, построенных на понимании и использовании механизма жизни. Легко и доступно рассказано о множестве возможных практических применений различных наноэффектов, т. е. тех технологий, которые нашли, или в ближайшем (а может и отдаленном) будущем найдут свое применение в различных секторах экономики и человеческой деятельности. Среди таких секторов энергетика, космонавтика, медицина и множество других.

Представлены описания лабораторных работ для студентов 2–3-х курсов, обучающихся по специальностям «Нанотехнологии в электронике» и «Квантовая электроника». В ходе выполнения работ студенты ознакомятся с некоторыми методами получения наночастиц и нанокомпозитов, приобретут навыки работы с объектами нанометрового размера и овладеют современными физико-химическими методами исследования. Каждый цикл работ предваряется теоретическим введением, которое может играть роль краткого конспекта лекций.

Работа посвящена изучению ползучести нанокомпозитных материалов на основе полимера с наполнителями в виде углеродных нанотрубок и ультрадисперсных алмазов. Выполненное математическое моделирование поведения полимерных нанокомпозитов с использованием ядра Абеля, опирающееся на теорию наследственной механики с определяющим уравнением в виде интегрального уравнения Вольтерра 2-го рода, показало удовлетворительный результат, что указывает на возможность применения вышеуказанной методики для прогнозирования ползучести нанокомпозитных материалов.

В соответствии с рабочей программой дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов» по разделу «Материаловедение» предусмотрено выполнение 8 лабораторных работ. В рабочей тетради к каждой работе дается домашнее задание, выполнение которого позволяет изучить часть теоретических вопросов и плодотворнее использовать время, отведённое для выполнения лабораторной работы. Приводятся схематические изображения оборудования и диаграмм, которые требуют определенной доработки, а также контрольные вопросы.

Лабораторная работа исследовательского характера посвящена изучению методов измерения комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрических образцов.

Представлены тезисы победителей I тура XXIII Менделеевского конкурса научно исследовательских работ студентов-химиков по номинациям: « Исследования по химии» и исследования по химической технологии», принявшим участие в работе XXIII Менделеевской конференции молодых ученых.

Рассмотрены основные методы исследования структуры материалов, параметры микроструктуры и способы ее визуализации. Особое внимание уделено методам микроскопии, применяемым в материаловедении, таким как оптическая, электронная и зондовая. Приведены сведения о дополнительных и специальных микроскопических методах.

В монографии представлены результаты исследований по определению научных основ процесса получения сульфидов из серы нефтегазового комплекса и аморфного диоксида кремния. Разработана технология сульфида силиката цинка с активацией хлоридом цинка исходных компонентов. Предложена технология сульфидного покрытия на силикатных бетонах методом пропитки в модифицированном серном расплаве. Таким образом, решается комплекс задач: экономических, технологических, экологических и материаловедческих.

Рассмотрены основные разделы материаловедения и технологии конструкционных материалов: диаграммы состояния, термическая и химико-термическая обработка металлов и сплавов, свойства и назначение металлов и сплавов; разрушение металлов и сплавов в результате коррозии, методы измерения коррозии, механизмы и способы защиты.

Кратко изложены основные разделы курса материаловедения и технологии конструкционных материалов, обязательные для выполнения контрольных работ, приведены вопросы для самопроверки по каждому разделу изучаемого курса.

В учебно-методическом пособии рассмотрены основные математические модели динамики наносистем. Представлены методы математического описания динамики взаимодействующих частиц. Описаны модели кластерных систем. Обсуждаются модели транспортно-диффузионного переноса.

В учебном пособии систематизированы методы определения текстуры с точки зрения целесообразности их применения к конкретным задачам исследования, описаны современные математические методы описания текстуры, произведено их сравнение.

Представлены общие сведения о материалах, используемых в современной электронике, и физике явлений, происходящих в проводниковых, полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалах. Рассмотрены электрические и магнитные свойства материалов. Показаны технологии производства важнейших материалов и их применение. Изложены физические принципы, положенные в основу материалов и технологий наноэлектроники.

В соответствии с рабочей программой по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов» предусмотрено выполнение 7 лабораторных работ. В рабочей тетради к каждой работе дается домашнее задание, что позволяет студенту лучше подготовиться к выполнению работы. Приводятся схематические изображения отдельных инструментов, приборов и т. п., которые требуют определенной доработки, что позволит лучше освоить материал.

В соответствии с рабочей программой дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов» по разделу «Горячая обработка металлов» предусмотрено выполнение 8 лабораторных работ. В рабочей тетради к каждой работе дается домашнее задание, что позволяет студенту лучше подготовиться к выполнению работ. Приводятся схематические изображения оборудования, инструментов, приборов и т. п., которые требуют определенной доработки, что позволит лучше усвоить материал.

Рассмотрены классификация, принципы маркировки сталей чугунов, алюминия, меди, титана, магния, сплавов, а также их микроструктура. Предназначены для студентов механических и технологических специальностей изучающих курс «Материаловедение».

Данная работа посвящена изучению взаимодействия электродуговой плазмы с углеводородами, исследованию термического воздействия на мазут при повышенных давлениях и получению угленаполненных сорбирующих материалов на основе остаточного продукта технического углерода для специальной одежды. Рассмотрены вопросы создание фильтрующих защитных материалов для спецодежды, обеспечивающей защиту от химически опасных веществ, на основе технического углерода, получаемого плазмохимическим методом.

Составлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по подготовке специалистов механического профиля. Представлена третья часть дисциплины «Материаловедение», в которой изучается основа термической обработки и поверхностного упрочнения деталей. Составлены и приведены варианты заданий для выполнения контрольной работы. Представлены общий алгоритм решения задач и методические указания к выполнению контрольной работы.

Представлена вторая часть дисциплины «Материаловедение», посвященная изучению основных механических и физико-химических свойств материалов. Составлены и приведены варианты заданий для выполнения контрольной работы. Представлены общий алгоритм решения задач и методические указания к выполнению контрольной работы. Данное учебно-методическое пособие рекомендуется для самостоятельной работы студентов всех форм обучения.

Составлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по подготовке специалистов механического профиля. Представлена первая часть дисциплины «Материаловедение», посвященная изучению строения различных материалов. Составлены и приведены варианты заданий для выполнения контрольной работы. Представлены общий алгоритм решения задач и методические указания к выполнению контрольной работы. Данное учебно-методическое пособие рекомендуется для самостоятельной работы студентов всех форм обучения.

Изложены краткие сведения о материалах с особыми магнитными и электрическими свойствами, которые применяют в современных конструкциях приборов и устройств. Выполнение конкретных заданий на лабораторных занятиях направлено на установление закономерных связей, раскрывающих влияние химического состава и условий обработки на структурное состояние и свойства магнитно-мягких и магнитно-твердых материалов, а также проводников электрического тока и сегнетоэлектриков.

Даны рекомендации к выполнению лабораторной работы, посвященной изучению микрорельефа изломов и механизмов разрушения материалов. Описаны методы микроскопического исследования изломов на примере образцов, испытанных на растяжение, ударную вязкость и вязкость разрушения. Представлена специальная терминология, используемая для описания строения изломов и результатов их анализа.

Даны рекомендации к выполнению лабораторной работы, посвященной изучению макрорельефа изломов и признаков очагов разрушения образцов и деталей. Описаны методы макроскопического исследования изломов на примере образцов, испытанных на растяжение, ударную вязкость и вязкость разрушения. Представлена специальная терминология, используемая для описания строения изломов.

Дано описание современных конструкционных материалов, применяемых в поршневых двигателях внутреннего сгорания для изготовления поршней, поршневых колец, клапанов, коленчатых валов, подшипников скольжения, деталей выпускного коллектора, деталей двигателей с турбонаддувом (сплавы на основе железа, алюминия, олова, свинца; композиционные материалы, керамика и металлокерамика).

Приведены сведения о процессах модификации свойств основных материалов, применяемых для изготовления деталей и узлов приборов ориентации, стабилизации и навигации (ОСиН), а также о физико-химических процессах, происходящих в материалах при нагреве в ходе термической обработки, и о связанных с этим изменениях физико-химических характеристик материалов. В таблице приложения представлены данные о режимах процессов термической обработки материалов и сплавов, наиболее часто используемых для изготовления деталей приборов ОСиН.

Рассмотрены положения науки о трении, износе и смазке машин, новые направления и проблемы износостойкости конструкционных материалов. Описаны характеристики экспериментальной базы для оценки трибологических свойств конструкционных и смазочных материалов. Представлены методы контроля микрогеометрии поверхности, оценки механических свойств поверхностных слоев, методология исследования структурного состояния зоны поверхностной пластической деформации при трении. Проанализированы критерии оценки триботехнических свойств. Дан пример экспериментального подхода к оценке макро- и микроскопических характеристик качества антифрикционных покрытий, полученных методом триботехнологии.

Изложены основы метода асимптотического осреднения (метода Бахвалова — Победри) для задач теории упругости, а также основы метода конечных элементов для решения локальных задач теории упругости на «ячейке периодичности» и расчета эффективных упругих характеристик композитов. Даны вариационные формулировки задач теории упругости и задач на «ячейке периодичности». Представлены оригинальные результаты относительно метода решения локальных задач. Приведены примеры численного решения локальных задач и результаты моделирования полей микронапряжений для различных типов композиционных материалов: однонаправленно-армированных, 3D ортогонально-армированных, армированных по диагоналям куба и тканевых. Представлены результаты численного расчета полей концентрации микронапряжений в компонентах композитов.

Даны рекомендации к выполнению лабораторной работы, посвященной изучению макрорельефа изломов и признаков очагов разрушения образцов и деталей. Описаны методы макроскопического исследования изломов на примере образцов, испытанных на растяжение, ударную вязкость и вязкость разрушения. Представлена специальная терминология, используемая для описания строения изломов.

В пособии изложены вопросы формирования структуры и свойств материалов, используемых в машиностроении. Большое внимание уделено фундаментальным основам прочности металлических материалов. Рассмотрены неметаллические материалы: полимеры, керамики и композиционные материалы с волокнистым упрочнителем.

Рассмотрено строение и свойства материалов на основе железа, диаграмма железо- углерод, основные классы сталей и чугунов, их свойства и применение. Большое внимание уделено теории и технологии термической, химико-термической и термомеханической обработки.

Работа посвящена модификации поверхностного нанослоя металлов, их сплавов, полупроводников, диэлектриков, тонкопленочных покрытий с помощью высокочастотных разрядов индукционного и емкостного типов при пониженном давлении. Описывается физическая и математическая модели модификации поверхности материалов в высокочастотной плазме пониженного давления, а также результаты теоретического исследования закономерностей формирования основных параметров процесса модификации.

В учебном пособии даны сведения по основам материаловедения и технологии конструкционных материалов. Предложен краткий курс лекций и лабораторных работ. Приводятся примеры оформления лабораторных работ.

Дано краткое описание работ по исследованию электрических и эксплуатационных свойств электроматериалов. Для каждой работы приведены краткие теоретические сведения об основных физических процессах, происходящих в исследуемых материалах, дано описание лабораторной установки, изложены методы испытаний и обработки экспериментальных данных, указаны требования к отчету. В конце описания каждой работы приведены контрольные вопросы для самоподготовки студентов.