05.02.01 – материаловедение (химическая промышленность)

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 7 июня 2007 г. № 108
 

Цель изучения – формирование у аспирантов и соискателей ученой степени  целостной системы знаний структуры и свойств материалов, способы получения, обработки, переработки в изделия или сфера применения которых относятся к химическим технологиям.

Задачи изучения :

  • получение систематических знаний об органических и неорганических материалах конструкционного и технологического назначения, а также о композициях этих материалов, о характеристиках состояния, состава, структуры и свойств материалов, их взаимосвязи и изменения в результате технологических или эксплуатационных воздействий; 

  • овладение методами исследования состояния, состава, структуры и свойств материалов в условиях получения, обработки, переработки в изделия или эксплуатации;

  • овладение методами управления состоянием, составом, структурой и свойствами материалов и их компонентов с целью оптимизации технологических или эксплуатационных свойств.

Требования к уровню знаний

В результате изучения курса аспиранты и соискатели ученой степени должны:

знать

  • физико-химические основы строения и создания органических и неорганических материалов конструкционного и технологического назначения, в твердом, жидком или газообразном состоянии, включая металлические материалы и сплавы, синтетические и природные полимеры, в т.ч. вторичные, и их смеси,  стекло и керамику, каучуки и резину, волокнистые и пленкообразующие материалы, материалы растительного и животного происхождения, композиционные материалы на основе металлов, полимеров, древесины, керамики, нанокомпозиты; 

  • характеристики состояния, состава, структуры и свойств, закономерности их изменения на стадиях получения и переработки перечисленных выше материалов, формообразования и эксплуатации изделий из них, а также методы исследования этих характеристик;

  • методы управления состоянием, составом, структурой и свойствами материалов и их компонентов с целью более эффективного использования, оптимизации технологических и эксплуатационных свойств;

  • тенденции развития материаловедения, перспективы создания и применения новых материалов в химической промышленности;

иметь навыки

  • выбора материалов по технологическим и технико-экономическим критериям;

  • установления подходящих условий и режимов получения материалов и переработки в изделия;

  • исследования структуры и свойств материалов на различных стадиях технологического процесса их получения и переработки, при формообразовании и эксплуатации изделий.

Содержание

Введение

Предмет и основные задачи материаловедения. Материал, вещество, полуфабрикат, состав, структура, свойства, технология, отрасль, материаловедение. Роль материалов в технике и технологии. Классификация технических материалов по физической и химической природе, структуре, свойствам и условиям применения. Особенности материалов, получаемых и применяемых на предприятиях химической промышленности.

История развития науки о материалах. Достижения и современные проблемы материаловедения.

1. Теоретические основы материаловедения

Строение веществ. Атом, молекула, фазаХимическая связь. Фазовое состояниеГаз, жидкость, твердое телоСтруктура материалов на макро-, микро- и наноуровнях. Типы межатомных связей. Электронная теория. Наноструктурные образования. Кристаллическое строение твердых тел. Методы исследования. Анизотропия строения и физических свойств кристаллов. Элементы симметрии. Методы описания.

Диэлектрические свойства. Проводимость. Магнитные свойства. Тепловые движения атомов. Теплоемкость и тепловое расширение. Теплопроводность. Упругие свойства. Диффузия в твердом теле.

2. Металлы и сплавы

Классификация, строение, превращения. КристаллизацияДиаграммы состояния. Связь между структурой и свойствами сплавов. Механические и технологические свойства металлов и сплавов, характеристики и методы определения. Связь со структурой. Области применения.

Деформирование и разрушениеУпругость, пластичность и прочность металлических материалов. Много- и малоцикловая, термическая и коррозионная усталость. Дефектоскопия. Неразрушающие методы.

Изменение структуры и свойств при воздействии внешней среды. Адсорбция. Окисление. Коррозия. Эрозия. Кавитация. Радиационные воздействия. Фрикционные и антифрикционные свойства. Повышение стойкости металлов и сплавов к внешним воздействия (легирование, плакирование, поверхностное упрочнение).

Конструкционные стали с особыми свойствами - устойчивые к воздействию температуры, к изнашиванию при высоких давлениях, коррозионно-стойкие, кавитационно-стойкие, инструментальные, для вакуумной и криогенной техники. Методы получения и обработки изделий: литье, обработка давлением и резанием, термообработка, термомеханическая и химико-термическая обработка, сварка, пайка. Области применения.

Цветные металлы. Свойства и области применения.

Порошковые металлические материалы и покрытия. Основы получения металлических порошков и порошковых материалов. Методы получения и области применения изделий.

Металлические защитные и защитно-декоративные покрытия. Гальванические, диффузионные и распылительные процессы нанесения. Свойства покрытий. Методы контроля. Области применения.

 

3. Неорганические неметаллические материалы

Алмаз и графит. Структура и свойства. Углеродные волокна. Методы получения. Физико-механические свойства. Области применения.

Техническая керамика. Огнеупорные и кислотоупорные материалы. Технический фарфор. Особенности структуры и физико-механических свойств. Области применения.

Неорганическое стекло и стеклокристаллические материалы (ситаллы). Строение и свойства стекла и ситаллов. Области применения.

Стеклянные, кварцевые и кремнеземные волокна. Методы получения. Свойства и области применения.

Стеклянные смазки и защитные покрытия. Эмали. Технология нанесения.

Асбест, асбестовые материалы и изделия. Слюда. Тальк. Свойства и области применения.

4. Материалы животного и растительного происхождения

Техническая кожа. Волокнистые материалы животного происхождения. Особенности свойств и влияния внешних факторов в условиях эксплуатации. Области применения. 

Древесина. Структура и свойства. Анизотропия упругих и прочностных свойств. Влияние влажности, давления. Стойкость к возгоранию, биологическому воздействию. Способы улучшения эксплуатационных свойств. Области применения.

Волокнистые материалы из растительного сырья агротехнического происхождения (лен, джут, конопля). Особенности строения и свойств. Влияние внешних воздействий (температуры, влаги, давления, биологических факторов).

5. Полимерные материалы

Мономеры, олигомеры, полимерыПолимеризация и поликонденсация. Кинетика. Основные характеристики. Методы определения. 

Структура и физическое состояние полимеров. Структура макромолекул. Структура и физические состояния полимерных цепей. Конформации молекулВзаимная диффузия молекул и ее роль в консолидации полимерных материалов. Физические состояния полимеров. Стеклование и стеклообразное состояние. Высокоэластическое состояниеТермодинамика. Кристаллизация и кристаллическое состояние полимеров. Ориентированные структуры. Надмолекулярные образования.

Классификация полимеров по химической структуре, технологическим свойствам и областям применения. Термопластичные и термореактивные полимеры, их типичные представители, особенности свойств. Теплофизические, диэлектрические, антифрикционные свойства полимеров, горючесть, радиационная, химическая и биологическая стойкость. Методы определения и регулирования.

Конструкционные полимеры. Номенклатура и области применения.

Реология полимеров. Законы течения. Методы определения параметров. Особенности течения полимерных растворов и расплавов.

Совместимость полимеров. Термодинамические критерии. Параметр растворимости. Методы совмещения полимеров. Смеси полимеров. Структура смеси. Фазовое равновесие и устойчивость смесей. Особенности реологических, упругих, прочностных и тепловых свойств смесей. Модификация смесей наполнителями, пластификаторами, межфазными добавками. 

Вязкоупругость полимеров. Физическая природа и основные модели. Релаксационные явления. Применение для характеристики структуры и состояния полимеров. 

Упругость, пластичность и прочность полимерных материалов. Методы определения. Связь структуры и механического поведения полимеров. Влияние температурно-временных факторовхимических сред, электрических и магнитных полей.

Полимерные волокна и пленки. Методы получения. Свойства. Волокнистые материалы - нити, холсты, ткани, нетканые материалы. Высокопрочные полимерные волокна (арамидные, полиэтиленовые, полипропиленовые. Полимерные волокнистые фильтры. Фильтрационные свойства. Области применения.

Порошковые полимерные материалы. Способы получения. Покрытия из порошковых полимеров.

Пористые (газонаполненные) материалы (пенопласты). Методы получения. Особенности структуры и свойств. Области применения.

Ингибированные пластики. Принципы создания. Методы получения. Особенности структуры и свойств. Пленки с ингибиторами коррозии. Ингибированные покрытия и конструкционные материалы с антикоррозионными и антифрикционными свойствами. 

Технология получения изделий из полимерных материалов. Литье под давлением, экструзия, термоформование, выдувание. Особенности структуры и свойств полимеров в изделиях, получаемых. Применяемые материалы. Технологические характеристики. Основные параметры процессов. Области применения. 

Старение полимеров. Влияние кислорода, озона, излучений, тепла и света, механических напряжений, микроорганизмов и бактерий. Основные закономерности и методы оценки процессов старения. Прогнозирование долговечности изделий из полимерных материалов. Стабилизация полимеров. Принципы и методы.

Экологические аспекты применения полимерных материалов. Методы оценки воздействия на биосферу при производстве и использовании полимеров. Утилизация полимерных материалов. Вторичные полимерные материалы. Особенности свойств, методов переработки и условий применения. 

6. Композиционные материалы

Принципы создания. Компоненты - матричные материалы и наполнители. Классификация по типам матриц и наполнителей, по видам структуры и областям применения.  

Структура композиций и композиционных материалов. Форма и размеры частиц, их пространственное расположение. Анизотропия. Типы анизотропной структуры. Однородность композиций, методы оценки и способы повышения. Влияние структуры на поведение композиции на стадии совмещения компонентов, на условия формообразования изделий и на свойства композиционных материалов. Методы прогнозирования свойств.

Совмещение компонентов 3в жидкой и твердой фазах. Влияние условий совмещения компонентов и формообразования изделий на структуру и свойств композиционных материалов.

Поверхностные явления и межфазное взаимодействие в композиционных материалах. Смачивание и поверхностное натяжение. Адгезионная связь, ее природа и характеристики. Методы регулирования.

Волокнистые и дисперсные наполнители. Стеклянные, углеродные, органические, природные волокна и изделия из них. Механические свойства армирующих волокон. Методы определения. Влияние внешних воздействий. Области применения.

Нанокомпозиты. Типы нанонаполнителей. Особенности структуры и свойств. Перспективы технического  применения.

Полимерные композитыСовмещение полимеров с наполнителями в твердой фазе порошковые и волоконные технологииПропитка волокнистых наполнителей полимерными растворами и расплавами. Получение препрегов и гранулированных материалов. Совмещение в червячном экструдере. Технологические свойства связующих и препрегов, методы определения. Структура, технологические и эксплуатационные свойства получаемых материалов. Прогнозирование по свойствам компонентов и характеристикам структуры. Методы испытаний. Области применения.

Формообразование изделий. Особенности поведения полимерных композиций на стадии формообразования изделий. Прессование препрегов и премиксов с термореактивным и термопластичным связующим, металлических порошков и волокон. Контактное формование и напыление.Формообразование эластичной диафрагмой, в автоклаве, в вакуумной камере. Непрерывные процессы  – укладка препрега, намотка, экструзия, пултрузия и профилирование. Влияние параметров процессов формообразования изделий на структуру и свойства материала в изделии. Управление структурой и свойствами материалов в изделиях с целью оптимизации технологических режимов и характеристик получаемых изделий по технико-экономическим критериям.

Структура и свойства композитов с металлической матрицей, получаемых путем осаждения, напыления связующего, методом литья, прессования порошков, прокатки лентой.

Воздействия внешней среды на свойства композиционных материалов. Учет при проектировании и эксплуатации изделий. Эффективность применения композиционных материалов в изделиях различного назначения.

7. Технологические жидкости и газы

Технологические жидкости и газы, рабочие тела, смазочные материалы. Смазочные масла. Присадки. Свойства. Пластичные смазки. Механизм действия смазочных материалов. Смазочно-охлаждающие и технологические жидкости. Теплофизические свойства. Стойкость к воздействию внешней среды. Влияние на контактирующие материалы.

Список литературы

  1. Материаловедение и конструкционные материалы/Л.С.Пинчук, В.А.Струк, Н.К.Мышкин, А.И.Свириденок; Под ред. В.А.Белого. – Мн.: Вышэйшая школа, 1989. – 461 с.

  2. Конструкционные материалы: Справочник/Под ред. Б.Н.Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1990. – 688 с.

  3. Сборники стандартов по испытанию материалов. -М.: Госстандарт, 1991-2000.

  4. Бабаевский П.Г., Чалый А.Б., Козлов Н.А. Физико-химические основы полимерного матриаловедения. – М.: Колос, 2005. – 800 с.

  5. Киреев В.В. Высокомолекулярные соединения. – М.: Высшая школа, 1992. – 511 с.

  6. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. – М.: Высшая школа, 1991. – 420 с.

  7. Крыжановский В.К., Бурлов В.В. Прикладная физика полимерных материалов. – СПб.: СПб ГТИ (ТУ), 2001. – 261 с.

  8. Практикум по полимерному материаловедению/ Под ред. П.Г.Бабаевского. –  М.: Химия, 1980. - 256 с.

  9. Малкин А.Я., Аскадский А.А., Коврига В.В. Методы измерения механических свойств полимеров. - М.: Химия, 1978. – 336 с.

  10. Энциклопедия полимеров. – М.: Изд-во «Советская энциклопедия». – Т.1, 1972. – 1224 с.; Т.2, 1974. – 1032 с.; Т. 3, 1977.– 1152 с.

  11. Технические свойства полимерных материалов: Уч.-справ. Пос./ В.К.Крыжановский, В.В.Бурлов, А.Д.Паниматченко, Ю.В.Крыжановская. – СПб.: Профессия, 2003. – 240 с.

  12. Техника переработки пластмасс/Под ред. Н.И.Басова и В. Броя. – М.: Химия, 1985. – 528 с.

  13. Основы технологии переработки пластмасс/ С.В.Власов, Л.Б.Кандырин, В.Н.Кулезнев и др. – М.: Химия, 2004. – 600 с.

  14. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Выбор пластмасс для изготовления изделий. – Л.: Химия, 1987. – 416 с.   

  15. Кулезнев В.Н. Смеси полимеров. – М.: Химия, 1980. – 324 с.

  16. Мэнсон Дж., Сперлинг Л. Полимерные смеси и композиты. Пер. с англ. /Под ред. Ю.К.Годовского. – М.: Химия, 1979. – 420 с.

  17. Пинчук Л.С., Гольдаде В.А., Макаревич А.В. Ингибированные пластики. – Гомель: ИММС НАНБ, 2004. – 491 с.

  18. Папков С.П. Полимерные волокнистые материалы. - М.: Химия, 1986. – 224 с.

  19. Полимерные волокнистые melt-blown материалы /В.А.Гольдаде, А.В.Макаревич, Л.С.Пинчук и др. – Гомель: ИММС НАНБ, 2000. – 260 с.

  20. Плескачевский Ю.М., Смирнов В.В., Макаренко В.М. Введение в радиационное материаловедение полимерных композитов. – Мн.: Наука и техника, 1991. – 191 с.

  21. Бобкова Н.М., Дятлова Е.М., Куницкая Т.С. Общая технология силикатов. – Мн.: Вышэйшая школа, 1987. – с.

  22. Химическая технология стекла и ситаллов: Учебник для вузов/М.В.Артамонова, М.С.Асланова и др. – М.: Стройиздат, 1983. – с. 

  23. Наполнители для полимерных композиционных материалов: Справочное пособие/ Под ред. Каца Г.С., Милевски Д.В. – М.: Химия, 1981. – 736 с.

  24. Берлин А.А., Вольфсон С.А., Ошмян В.Г., Ениколопов Н.С. Принципы создания композиционных полимерных материалов. – М.: Химия, 1990. – 238 с. 

  25. Кербер М.Л., Берлин А.А., Зеленский Э.С. Научные основы создания полимерных композиционных материалов. – М.: Колос, 2005. – 560 с.

  26. Композиционные материалы.  В 8-ми т. Т. 6. Поверхности раздела в   полимерных   композитах/   Под   ред.  Э.Плюдемана. –  М.: Мир, 1978. – 294 с.

  27. Наполненные термопласты: Справочник/В.А.Пахаренко, В.Г.Зверлин, Е.М.Кириенко. Под ред. Ю.С.Липатова. – Киев: Технiка, 1986. – 182 с.

  28. Андриевский Р.А. Рагуля А.В. Наноструктурные материалы: Уч. пособие. – М.: Академия, 2005. – 192 с.

  29. Гуняев  Г.М.  Структура  и свойства полимерных волокнистых  композитов. – М.: Химия, 1981.-232 с.

  30. Ставров В.П., Дедюхин В.Г., Соколов А.Д. Технологические испытания реактопластов. – М.: Химия, 1981. – 248 с.

  31. Ставров В.П. Формообразование изделий из композиционных материалов. Теория и процессы: Уч. пособие для вузов. – Минск: БГТУ, 2006. – 488 с.

  32. Довгяло В.А., Юркевич О.Р. Композиционные материалы и покрытия на основе дисперсных полимеров. – Минск:  Наука и техника, 1992. – 256 с.

  33. Гольдаде В.А., Неверов А.С., Пинчук Л.С. Низкомодульные композиционные материалы на основе термопластов. – Минск: Наука и техника, 1984. – 231 с.

  34. Белый В.А., Врублевская В.И., Купчинов Б.И. Древеснополимерные конструкционные материалы и изделия. – Минск:  Наука и техника, 1980. – 280 с.

  35. Композиционные материалы:  Справочник/ Под ред. Д.М.Карпиноса. – Киев: Наукова думка, 1985. - 392 с.

  36. Роман О.В., Габриелов И.П. Справочник по порошковой металлургии: порошки, материалы, процессы. – Минск: Беларусь, 1988. – 175 с.