edu_progr_Б3 - Физика твердого тела и неравновесных систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет _______физический___________
(наименование)
Кафедра ______ФТТ и НС__________
(наименование)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
________________В.П. Гарькин
«____»_______________ 2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Рентгенография конденсированных сред
образовательная программа направления 011200-Физика
цикл Б3.ДВ3. Профессиональный цикл. Дисциплины по выбору
Профиль подготовки
Физика конденсированного состояния вещества
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр физики
Форма обучения
очная
Курс 4 семестр 7
Самара
2011
1
Рабочая программа составлена на основании федерального государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования направления
(специальности) 011200 ФИЗИКА, утвержденного приказом Министерства образования и
науки Российской Федерации № 711 от 8 декабря 2009 г. Зарегистрировано в Минюсте России
8 февраля 2010 г. № 16295
Составители рабочей программы:
Журавель Л.В., доцент кафедры ФТТиНС, к.т.н.
Рецензент:
Покоев А.В., зав. кафедрой ФТТиНС Самарского государственного университета, д.ф.-м.н.,
профессор
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры ФТТиНС
(протокол № от «____» _____________ 2011 г.)
Заведующий кафедрой
____ _____________ 2011 г. _______________ А.В. Покоев
СОГЛАСОВАНО
Председатель
методической
комиссии факультета
____ _____________ 2011 г. _______________ И.С. Цирова
СОГЛАСОВАНО
Декан
факультета
____ _____________ 2011 г. _______________ В.В. Ивахник
(дата)
(подпись)
(Ф.И.О.)
СОГЛАСОВАНО
Начальник
методического отдела
____ _____________ 2011 г.
_______________
Н.В. Соловова
2
1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню
освоения содержания дисциплины
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
«Рентгенография конденсированных сред» дает основы классических методов
применения рентгеновского излучения для исследования структуры и свойств
конденсированных сред. Лекционный курс дает также описание методов структурного анализа,
позволяющих определять структурные изменения твердых тел после снятия внешних
воздействий, например, деформаций, термической обработки, лазерного облучения,
электромагнитного облучения.
При этом определяются фазовый состав, количество
остаточного аустенита в сталях, внутренние напряжения в металлах и сплавах, плотность
дислокаций,
концентрация и вероятность образования дефектов упаковки, размеры
кристаллитов и блоков когерентного рассеяния, параметры тонкой кристаллической структуры
твердых тел, текстура.
Целью изучения дисциплины является получение теоретических и практических знание
основ рентгенографии, что позволит студентам самостоятельно или в коллективе проводить
комплексные исследования особенностей структурного состояния различных материалов и
анализ структуры и свойств реальных конденсированных сред.
Изучив курс «Рентгенографии металлов» студенты самостоятельно могут анализировать
структурное состояние металлов и сплавов.
Задачи дисциплины: изучить основные рентгенографические методы анализа структур и
свойств конденсированных сред, применяя рентгеновское излучение; изучить основные методы
рентгеновского анализа твердых растворов; определять внутренние напряжения в металлах и
сплавах; изучить влияние структуры материала на его свойства с применением рентгеновских
камер различного типа; проводить индицирование рентгеновских дифракционных картин и
дифрактограмм.
1.2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен
знать:
- основные методы рентгенографического исследования реальных конденсированных
сред;
уметь:
- анализировать структуру реальных материалов с применением методов рентгенографии;
- анализировать дефектную структуру реальных кристаллических и некристаллических
твердых тел;
быть способным:
- анализировать структурное состояние конденсированных сред, подвергшихся различным
внешним воздействиям, и решать проблемы по изменению их свойств в нужном направлении;
владеть:
- представлениями о выборе необходимого метода или методики рентгенографического
исследования для анализа того или иного структурного состояния материала;
- навыками вести целенаправленный поиск литературы по заданным направлениям
физики конденсированного состояния и рентгенографии по реферативным журналам,
электронным библиотекам и другим Internet-источникам.
быть готовым:
- к пониманию общих фундаментальных принципов описания кристаллической структуры
и свойств твердых тел и методов их исследования;
- к углублению знаний в области рентгенографии конденсированного состояния вещества
и методов его исследования;
владеть компетенциями:
3
Код
компетен
ции
ОК-3
ОК-21
ПК-1
ПК-2
ПК-3
ПК-4
ПК-5
ПК-6
ПК-7
ПК-8
ПК-10
ПК-11
ПК-12
ПК-13
ПК-14
ПК-15
Наименование результата обучения
Способностью приобретать новые знания, используя современные образовательные и
информационные технологии
Способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного
информационного общества. Сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом
процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том
числе защиты государственной тайны
Способностью использовать базовые теоретические знания для решения
профессиональных задач
Способностью применять на практике базовые профессиональные навыки
Способностью эксплуатировать современную физическую аппаратуру и
оборудование
Способностью использовать специализированные знания в области физики для
освоения профильных физических дисциплин (в соответствии с профилем
подготовки)
Способностью применять на практике базовые профессиональные знания теории и
методов физических исследований (в соответствии с профилем подготовки)
Способностью пользоваться современными методами обработки, анализа и синтеза
физической информации (в соответствии с профилем подготовки)
Способностью формировать суждения о значении и последствиях своей
профессиональной деятельности с учетом социальных, правовых, этических и
природоохранных аспектов
Способностью понимать и использовать на практике теоретические основы
организации и планирования физических исследований
Способностью понимать и излагать получаемую информацию и представлять
результаты физических исследований
Способностью понимать общую структуру дисциплин профиля и взаимодействие
между ними
Способностью понимать профессиональные задачи в области научноисследовательской деятельности в соответствии с полученным профессиональным
профилем
Способностью практически использовать знания, полученные при изучении
профильных дисциплин
Способностью формулировать задачи прикладных исследований в избранной области
физики
Способностью демонстрировать понимание качества исследований, относящихся к
избранной области физики
1.3. Место дисциплины в структуре ООП
Изучение дисциплины «Рентгенография конденсированных сред» основывается на
знаниях, полученных слушателями при изучении курсов «Квантовая механика», «Введение в
физику конденсированного состояния», «Электронные свойства твердых тел», «Симметрия и
структура конденсированных сред», «Физическое материаловедение конденсированных сред»,
«Физика и структура реальных конденсированных сред», «Дифракционный структурный
анализ конденсированных сред».
Понятия и усвоенные закономерности, приобретенные навыки и умения, способности
сформированные в курсе «Рентгенография конденсированных сред» будут использованы в
обязательных курсах «Диффузионные процессы в конденсированных средах», «Электронная
микроскопия конденсированных сред» и при выполнении выпускной работы.
4
2. Содержание дисциплины
2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы
Семестр - 7, вид отчетности – экзамен
Вид учебной работы
Трудоемкость изучения дисциплины
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего)
Объем часов/
зачетных единиц
216 / 6
108
в том числе:
лекции
54
лабораторные занятия
54
Самостоятельная работа студента (всего)
60
в том числе:
Подготовка к лабораторным занятиям
27
Самостоятельное изучение тем
33
Подготовка и сдача экзамена
КСР
36/1
12
5
2.2. Тематический план учебной дисциплины
Наименование
разделов и тем
1
Раздел 1.
Рентгенографические методы
изучения реальных
конденсированных сред.
Тема 1.1.
Рентгенография твердых
растворов.
Содержание учебного материала,
лабораторные работы и
практические занятия,
самостоятельная работа
обучающихся, курсовая работа
(проект)
2
Лекции
1 Предмет рентгенографии
материалов.
2 Структура реального кристалла и
её дифракционная картина.
3 Рентгеновский анализ твёрдых
растворов с неограниченной и
ограниченной растворимостью.
4 Рентгеноанализ механической
смеси. Рентгеновский анализ
химических соединений.
5 Определение концентрации 2-х
компонентного твёрдого раствора
и предельной растворимости при
фиксированной температуре.
6 Определение типа твёрдого
раствора: замещения, внедрения,
вычитания. Рентгеноанализ
процессов упорядочения твёрдых
растворов.
Объем
часов/
зачетных
единиц
Образовательные
технологии
Формируемые
компетенции/
уровень
освоения*
Формы
текущего
контроля
3
68
4
5
6
Проблемная
лекция
ПК-1/1
ПК-4/1
ПК-7/1
ПК-11/1
ПК-12/1
-
12
6
Лабораторные занятия
Тема 1.2.
Рентгеноанализ
текстурированных
материалов.
1
Определение типа твердого
раствора по рентгенограммам.
2
Качественный фазовый
рентгеноструктурный анализ и
количественный фазовый
рентгеноструктурный анализ.
3
Определение предельной
растворимости олова в меди.
4
Структурный множитель для
твердых упорядоченных и
неупорядоченных растворов.
Самостоятельная работа студента
1 Самостоятельное изучение тем:
Рентгеновский анализ твердых
растворов замещения, внедрения
и вычитания.
Фазовый анализ твердых тел.
2 Подготовка к лабораторным
занятиям.
Лекции
1 Характеристики
текстурированного материала.
Графическое изображение
ориентировки кристаллитов с
помощью полюсных фигур.
2 Классификация текстур.
3 Связь между рентгенограммой и
полюсной фигурой.
4 Рентгеновские камеры,
применяемые для анализа
текстуры.
12
Экспериментальная
работа по заданному
алгоритму
ПК-1/2
ПК-3/1
ПК-4/2
ПК-5/1
ПК-13/2
ПК-1/1
ПК-4/1
ПК-6/1
ПК-10/2
7
Устное
собеседование
Собеседование
по теме
6
ПК-1/1
ПК-4/1
ПК-7/1
ПК-11/1
ПК-12/1
10
Устный опрос
Проблемная
лекция
7
Лабораторные занятия
1 Определение индексов осей
волокнистой текстуры.
2 Расчет рентгенограмм
текстурированных материалов.
3 Построение полюсных фигур
материалов с текстурой.
4 Определение оси текстуры
холоднотянутой алюминиевой
проволоки
Самостоятельная работа студента
1 Самостоятельное изучение тем:
Рентгенография
преимущественных ориентировок
(текстур).
«Обратные» полюсные фигуры
3 Подготовка к лабораторным
занятиям.
Раздел 2.
Рентгеноанализ реальных
конденсированных сред,
подвергшихся деформации и
термообработке.
Тема 2.1.
Рентгеноанализ
деформированных твердых
тел.
10
Экспериментальная
работа по заданному
алгоритму
ПК-1/2
ПК-3/1
ПК-4/2
ПК-5/1
ПК-13/2
ПК-1/1
ПК-4/1
ПК-6/1
ПК-10/2
6
Устное
собеседование
Собеседование
по теме
5
100
Лекции
1 Рентгеноанализ процессов,
происходящих при нагреве
деформируемого металла.
2 Низкотемпературный,
высокотемпературный отжиг
металла.
3 Рекристаллизация металла.
Лабораторные занятия
1
Рентгеноанализ зональных
напряжений.
10
Проблемная
лекция
ПК-1/1
ПК-4/1
ПК-7/1
ПК-11/1
ПК-12/1
Устный опрос
10
Экспериментальная
работа по заданному
алгоритму
ПК-1/2
ПК-3/1
ПК-4/2
ПК-5/1
Устное
собеседование
8
2
Расшифровка рентгенограмм
деформированных металлов до и
после их рекристаллизации
отжигом.
ПК-13/2
ПК-1/1
ПК-4/1
ПК-6/1
ПК-10/2
Самостоятельная работа студента
1
2
Тема 2.2.
Рентгеноструктурные
методы определения
остаточных напряжений в
конденсированных средах.
Самостоятельное изучение тем:
Изучение изменений,
протекающих при нагреве в
деформированном металле,
рентгенографическими методами.
6
Подготовка к лабораторным
занятиям.
5
Лекции
1 Напряжения 1, 2 и 3 рода.
2 Методы определения остаточных
напряжений 1 рода.
3 Определение напряжений 2 рода.
4 Определение статических
искажений кристаллической
решетки (напряжения 3 рода).
Лабораторные занятия
1 Расчет рентгенограмм с целью
определения числа, величины и
формы кристаллитов при
пластической деформации.
2 Вычисление относительной
интегральной интенсивности.
Самостоятельная работа студента
1 Самостоятельное изучение тем:
Рентгенография материала,
состоящего из кристаллитов
мозаичной структуры.
2 Подготовка к лабораторным
занятиям.
Собеседование
по теме
12
Проблемная лекция
ПК-1/1
ПК-4/1
ПК-7/1
ПК-11/1
ПК-12/1
Устный опрос
12
Экспериментальная
работа по заданному
алгоритму
ПК-1/2
ПК-3/1
ПК-4/2
ПК-5/1
ПК-13/2
Устное
собеседование
ПК-1/1
ПК-4/1
ПК-6/1
ПК-10/2
Собеседование
по теме
7
6
9
Тема 2.3. Рентгеноанализ
процессов закалки и отпуска
в металлах и сплавах.
Лекции
1 Определение степени
тетрагональности мартенсита
закаленной стали.
2 Ориентационные соотношения
аустенит-мартенсит.
3 Отпуск закаленной стали.
Дисперсионное старение.
Лабораторные занятия
1 Определение периодов решетки
мартенсита и содержания в нем
углерода, определение
ориентационных соотношений
для пары аустенит-мартенсит.
2 Изучение процессов закалки и
отпуска стали
Самостоятельная работа студента
1 Самостоятельное изучение тем:
Рентгеноанализ явлений,
протекающих при распаде
твердых растворов.
1 Подготовка к лабораторным
занятиям.
КСР
Подготовка и сдача экзамена
Всего:
10
Проблемная
лекция
ПК-1/1
ПК-4/1
ПК-7/1
ПК-11/1
ПК-12/1
Устный опрос
10
Экспериментальная
работа по заданному
алгоритму
ПК-1/2
ПК-3/1
ПК-4/2
ПК-5/1
ПК-13/2
Устное
собеседование
ПК-1/1
ПК-4/1
ПК-6/1
ПК-10/2
Собеседование
по теме
7
5
12
36
216/6
* В таблице уровень усвоения учебного материала обозначен цифрами:
1. – репродуктивный (освоение знаний, выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством);
2. – продуктивный (планирование и самостоятельное выполнение деятельности, решение проблемных задач; применение умений в новых
условиях);
3. – творческий (самостоятельное проектирование экспериментальной деятельности; оценка и самооценка инновационной деятельности).
10
2.3. Содержание учебного курса
Раздел 1. Рентгенографические методы изучения реальных конденсированных
сред.
Тема 1.1. Рентгенография твердых растворов.
Предмет рентгенографии материалов. Её место в системе физических методов
исследования. Структура реального кристалла и её дифракционная картина.
Рентгеноанализ механической смеси. Рентгеноанализ твёрдых растворов с
неограниченной растворимостью. Рентгеноанализ твёрдых растворов с ограниченной
растворимостью. Рентгеноанализ химических соединений.
Определение концентрации 2-х компонентного твёрдого раствора и предельной
растворимости при фиксированной температуре. Построение кривой границы
растворимости в твёрдом состоянии (построение диаграммы состояния рентгеновским
методом).
Твёрдые растворы замещения, внедрения, вычитания. Определение типа твёрдого
раствора.
Рентгеноанализ процессов упорядочения твёрдых растворов: упорядоченные и
неупорядоченные твёрдые растворы. Структурный множитель для упорядоченных и
неупорядоченных растворов.
Тема 1.2. Рентгеновский анализ текстурированных материалов
Характеристики текстурированного материала. Графическое изображение
ориентировки кристаллитов с помощью полюсных фигур. Классификация текстур. Связь
между рентгенограммой и полюсной фигурой. Определение индексов осей волокнистой
текстуры. Рентгеновские камеры, применяемые для анализа текстуры.
Раздел 2. Рентгеновский анализ реальных конденсированных сред,
подвергшихся деформации и термообработке.
Тема 2.1. Рентгеновский анализ деформированных твердых тел
Рентгеноанализ процессов, происходящих при нагреве деформируемого металла.
Низкотемпературный, высокотемпературный отжиг металла. Рекристаллизация металла.
Тема 2.2. Рентгеноструктурные методы определения остаточных напряжений в
конденсированных средах.
Напряжения 1, 2, 3 рода. Методы определения остаточных напряжений 1 рода.
Определение напряжений 2 рода. Определение статических искажений кристаллической
решетки (напряжения 3 рода).
Тема 2.3. Рентгеноанализ процессов закалки и отпуска в металлах и сплавах.
Определение
степени
тетрагональности
мартенсита
закаленной
стали.
Ориентационные соотношения аустенит-мартенсит. Отпуск закаленной стали.
3.Организация входного, текущего и промежуточного контроля обучения
3.1. Организация контроля:
1. Текущий контроль – использование балльно-рейтинговой системы;
2. Промежуточная аттестация выставляется на основании балльно-рейтинговой системы.
3.2. Тематика рефератов
Написание реферата по курсу не предусмотрено.
3.3. Курсовая работа
Курсовая работа по курсу не предусмотрена.
3.4. Балльно-рейтинговая система
Максимальная
сумма
баллов,
набираемая
студентом
по
дисциплине
«Рентгенография конденсированных сред», закрываемой семестровой аттестацией,
равна 100.
11
На основе набранных баллов, успеваемость студентов в семестре определяется
следующими
оценками:
«отлично»,
«хорошо»,
«удовлетворительно»
и
«неудовлетворительно».
- «Отлично» – от 86 до 100 баллов – теоретическое содержание курса освоено
полностью, без пробелов необходимые практические навыки работы с освоенным
материалом сформированы, все предусмотренные программой обучения учебные задания
выполнены, качество их выполнения оценено числом баллов, близким к максимальному.
- «Хорошо» – от 74 до 85 баллов – теоретическое содержание курса освоено
полностью, без пробелов, некоторые практические навыки работы с освоенным
материалом сформированы недостаточно, все предусмотренные программой обучения
учебные задания выполнены, качество выполнения ни одного из них не оценено
минимальным числом баллов, некоторые виды заданий выполнены с ошибками.
- «Удовлетворительно» – от 61 до 73 баллов – теоретическое содержание курса
освоено частично, но пробелы не носят существенного характера, необходимые
практические навыки работы с освоенным материалом в основном сформированы,
большинство предусмотренных программой обучения учебных заданий выполнено,
некоторые из выполненных заданий, возможно, содержат ошибки.
- «Неудовлетворительно» – 60 и менее баллов - теоретическое содержание курса не
освоено, необходимые практические навыки работы не сформированы, выполненные
учебные задания содержат грубые ошибки, дополнительная самостоятельная работа над
материалом курса не приведет к существенному повышению качества выполнения
учебных заданий.
Баллы, характеризующие успеваемость студента по дисциплине, набираются им в
течение всего периода обучения за посещение занятий, изучение отдельных тем,
выполнение домашних заданий и решение задач в аудитории.
Распределение баллов, составляющих основу оценки работы студента по
изучению дисциплины «Дифракционный структурный анализ конденсированных
сред» в течение 18 недель 7 семестра:
1. Посещение занятий (1 балл в неделю)
2. Выполнение заданий по лабораторным
занятиям дисциплины в течение семестра:
3. Выполнение дополнительных практикоориентированных заданий:
домашнее самостоятельное задание по теме
4. Сдача экзамена
Итого:
до 1 балл 27 занятий=27 баллов
до 2 баллов  27 занятий=54 баллов
до 2 балла 9 тем=18 баллов
до 30 баллов.
до 99 + 30 баллов.
4. Сведения о материально-техническом обеспечении дисциплины
№п/п
1
2
Наименование оборудованных учебных
кабинетов, лабораторий
Лекционная аудитория
Компьютерный класс
1.
2.
3.
4.
Перечень оборудования и технических
средств обучения
Мультимедийное оборудование
Мультимедийное оборудование
4.1. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ
Программа
Работа с ресурсами Internet
Слайды, презентации
Плакаты
12
5. Литература
5.1. Основная
1. Нестехиометрия, беспорядок, ближний и дальний порядок в твердом теле / А.И.
Гусев .— М. : Физматлит, 2007 .— 856 с. : ил. — (Фундаментальная и прикладная физика)
.— ISBN 978-5-9221-0609-2 (7 экз.).
2. Рентгенографический и электронно-оптический анализ: Учеб. пособие для вузов /
С.С.Горелик, Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: МИСИС,
2002 .— 358с. — ISBN 5-87623-096-0: 179.10 (6 экз.)
3. Уманский Я.С. и др. Кристаллография, рентгенография и электронная
микроскопия. – М.: МИСИС, 2002 (6 экз.)
4. Кристаллография : лабораторный практикум : учебное пособие для вузов / Под ред.
Е.В. Чупрунова – М.: Физико-математическая литература, 2005 .— 412 с.: ил. — (Реком.
УМО). – ISBN 5-94052-103-7 (12 экз.).
5. Кристаллография и кристаллохимия : учебник для вузов / Ю.К. Егоров-Тисменко .–
М.: КДУ, 2005. – 592 с.: ил. – (Допущ. МО) .— ISBN 5-98227-095-4 (50 экз.).
5.2. Дополнительная
1. Шаскольская М.П. Кристаллография: учебник для вузов.- М., Высшая школа., 1982.
(4 экз.)
2. Бокий Г.Б. Кристаллохимия: учебник для вузов.- М., Наука, 1971. (6 экз.)
3. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия: учебное пособие
для вузов / под ред. Уманского Я.С. и др. - М., Металлургия, 1982. ( 6 экз.)
4. Баррет Ч.С., Моссальский Т.Б. Структура металлов. Ч.I,II: учебник для вузов.. - М.,
1984.
5. Горелик С.С. и др. Рентгенографический и электроннооптический анализ: учебное
пособие для вузов. - М.,2002.( 4 экз.)
6. Современная кристаллография Т.1,2. М., 1979. ( 5 экз.)
7. Келли А., Гровс Г. Кристаллография и дефекты в кристаллах: учебник для вузов.М., Мир, 1974.
8. Попов Г.М., Шафрановский И.И. Кристаллография: учебник для вузов.- М., 1964.
9. Мейер К. Физико-химическая кристаллография учебник для вузов.М.,
Металлургия, 1972.
10. Ошибки измерений физических величин : учебное пособие [для ун-тов и втузов] /
А.Н. Зайдель .— 2-е изд., стер. — СПб. : Лань, 2005 .— 112 с. : ил., табл. — ISBN 5-81140643-6 (75 экз).
5.3. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины для
организации самостоятельной работы студентов (содержит перечень основной
литературы, дополнительной литературы, программного обеспечения и Интернетресурсы)
1. Алешина Л.А., Шиврин О.Н. Рентгенография металлов
http://fssp.karelia.ru/ala/BOOK/index.html
2. Электронный учебник «Рентгенография аморфных материалов и природа дефектов
в них»
http://solidbase.karelia.ru/edu/X-rays/Обложка1.htm
13