МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Фазовые и структурные превращения в конденсированном состоянии
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра общей и экспериментальной физики
Направление подготовки03.04.02. Физика
ПрофильФизика наносистем
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость5 ЗЕТ
Учебный план03_04_02_ФН-2-2020
Часов по учебному плану 180
в том числе:
аудиторные занятия 54
самостоятельная работа 99
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 3

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 2 (3) Итого
Недель 11
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 24 24 24 24
Лабораторные 30 30 30 30
Сам. работа 99 99 99 99
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 180 180 180 180

Программу составил(и):
д-р физ.-мат. наук, зав. кафедрой, В.А. Плотников

Рецензент(ы):
канд. физ.-мат. наук, доцент, Д.Д. Рудер

Рабочая программа дисциплины
Фазовые и структурные превращения в конденсированном состоянии

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стндарт высшего образования по направлению подготовки магистров 03.04.02 "Физика" утвержденный Министерством образования и науки РФ «28» августа 2015 г., № 913

составлена на основании учебного плана:
03.04.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д-р физ.-мат. наук, профессор В.А. Плотников

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Заведующий кафедрой д-р физ.-мат. наук, профессор В.А. Плотников

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Формирование теоретических и практических знаний о закономерностях фазовых и структурных превращениях и наноструктур в ходе их протекания в конденсированном состоянии

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-6: способностью использовать знания современных проблем и новейших достижений физики в научно-исследовательской работе
ПК-1: способностью самостоятельно ставить конкретные задачи научных исследований в области физики и решать их с помощью современной аппаратуры и информационных технологий с использованием новейшего российского и зарубежного опыта
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.Основные методы создания материалов, основные сведения о структурно-фазовом состоянии метеллических и неметаллических систем. Основные сведения о фазовых и структурных превращениях в конденсированном состояни, формирование информационной базы данных о явлениях и процессах в конденсированных состояниях.
3.2.Уметь:
3.2.1.Использовать новейшие достижения физики о материалах для конструированния и получения материалов с особыми свойствами. Использовать информационный банк данных о физических процессах и явлениях с целью создания новых материалов с заданными свойствами.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.владеть основными навыками постановки задачи в научно-исследовательской деятельности. Профессиональными навыками в организации и планировании физических исследований

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Введение. Основы термодинамики
1.1. Изучение диаграмм состояний двойных систем, термодинамический потенциал Гиббса Лабораторные 3 6 ОПК-6, ПК-1 Л3.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
1.2. Предмет физики фазовых и структурных превращений в конденсированном состоянии. Термодинамические функции, законы термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия. Энтропия. Энергия Гиббса. Условие термодинамического равновесия. Фазовое равновесие в однокомпонентной и многокомпонентной системах. Лекции 3 4 ОПК-6 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
1.3. Предмет физики фазовых и структурных превращений в конденсированном состоянии. Термодинамические функции, законы термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия. Энтропия. Энергия Гиббса. Условие термодинамического равновесия. Фазовое равновесие в однокомпонентной и многокомпонентной системах. Сам. работа 3 20 ПК-1 Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
Раздел 2. Диффузия в металлах и сплавах
2.1. Диффузия в металлах и сплавах. Формальная теория. Основные уравнения диффузии. Коэффициент диффузии. Парциальные коэффициенты диффузии. Атомный механизм диффузии. Энергия активации диффузионных процессов. Химический потенциал вакансий. Лекции 3 4 ОПК-6 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
2.2. Диффузия в металлах и сплавах Лабораторные 3 4 ОПК-6, ПК-1 Л3.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
2.3. Диффузия в металлах и сплавах. Формальная теория. Основные уравнения диффузии. Коэффициент диффузии. Парциальные коэффициенты диффузии. Атомный механизм диффузии. Энергия активации диффузионных процессов. Химический потенциал вакансий. Сам. работа 3 20 ПК-1 Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
Раздел 3. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем
3.1. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механическую смесь. Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью компонент. Диаграмма состояния с эвтектикой. Диаграмма состояния с перитектикой. Диаграмма состояния с химическим соединением. Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения. Практика термообработки сплавов. Лекции 3 4 ОПК-6 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
3.2. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем Лабораторные 3 4 ОПК-6, ПК-1 Л3.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
3.3. Диаграммы состояния двухкомпонентных систем Сам. работа 3 20 ПК-1 Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
Раздел 4. Фазовые превращения в твердом состоянии.
4.1. Фазовые превращения. Кристаллизация. Превращения в твердом состоянии. Превращение типа зарождение-рост. Прерывистый распад твердого раствора (дисперсионное твердение). Непрерывный (спинодальный распад) твердого раствора. Практика термообработки металлов и сплавов. Кооперативные фазовые превращения. Мартенситные превращения. Термоупругие мартенситные превращения. Уравнение состояния Клапейрона – Клаузиуса. Кристаллография мартенситных превращений. Математическое описание кристаллографической теории. Практика термообработки сплавов. Лекции 3 6 ОПК-6 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
4.2. Изучение диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов Лабораторные 3 4 ОПК-6, ПК-1 Л3.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
4.3. Фазовые превращения. Кристаллизация. Превращения в твердом состоянии. Превращение типа зарождение-рост. Прерывистый распад твердого раствора (дисперсионное твердение). Непрерывный (спинодальный распад) твердого раствора. Практика термообработки металлов и сплавов. Кооперативные фазовые превращения. Мартенситные превращения. Термоупругие мартенситные превращения. Уравнение состояния Клапейрона – Клаузиуса. Кристаллография мартенситных превращений. Математическое описание кристаллографической теории. Практика термообработки сплавов. Сам. работа 3 20 ПК-1 Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
Раздел 5. Механические свойства твердых тел.
5.1. Теоретическая и реальная прочность кристаллов. Хрупкая прочность твердого тела. Временная прочность твердых тел. Упругая деформация. Закон Гука. Пластическая деформация. Стадии пластического течения деформируемого кристалла. Дислокационное упрочнение кристаллов в ходе пластической деформации. Структурные параметры пластической деформации. Проблема повышения прочности твердых тел. Лекции 3 6 ОПК-6 Л1.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
5.2. Изучение распада пересыщенного твердого раствора Лабораторные 3 4 ОПК-6, ПК-1 Л3.1, Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
5.3. Теоретическая и реальная прочность кристаллов. Хрупкая прочность твердого тела. Временная прочность твердых тел. Упругая деформация. Закон Гука. Пластическая деформация. Стадии пластического течения деформируемого кристалла. Дислокационное упрочнение кристаллов в ходе пластической деформации. Структурные параметры пластической деформации. Проблема повышения прочности твердых тел. Сам. работа 3 19 ПК-1 Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
5.4. Термообработка стали (закалка, нормализация, отжиг). Лабораторные 3 4 ОПК-6, ПК-1 Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3
5.5. Исследование микроструктуры металлов и сплавов Лабораторные 3 4 ОПК-6, ПК-1 Л2.1, Л1.2, Л2.2, Л2.3

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
Предмет физики фазовых и структурных превращений в конденсированном состоянии.
Термодинамические функции, законы термодинамики.
Внутренняя энергия.
Энтальпия.
Энтропия.
Энергия Гиббса.
Условие термодинамического равновесия.
Фазовое равновесие в однокомпонентной и многокомпонентной системах.
Диффузия в металлах и сплавах.
Формальная теория.
Основные уравнения диффузии.
Коэффициент диффузии.
Парциальные коэффициенты диффузии.
Атомный механизм диффузии.
Энергия активации диффузионных процессов.
Химический потенциал вакансий.
Диаграмма состояния для сплавов, образующих механическую смесь.
Диаграмма состояния с неограниченной растворимостью компонент.
Диаграмма состояния с эвтектикой.
Диаграмма состояния с перитектикой.
Диаграмма состояния с химическим соединением.
Диаграмма состояния для сплавов, испытывающих полиморфные превращения.
Практика термообработки сплавов.
Фазовые превращения.
Кристаллизация.
Превращения в твердом состоянии.
Превращение типа зарождение-рост.
Прерывистый распад твердого раствора (дисперсионное твердение).
Непрерывный (спинодальный распад) твердого раствора.
Практика термообработки металлов и сплавов.
Кооперативные фазовые превращения.
Мартенситные превращения.
Термоупругие мартенситные превращения.
Уравнение состояния Клапейрона – Клаузиуса.
Кристаллография мартенситных превращений.
Математическое описание кристаллографической теории.
Практика термообработки сплавов.
Теоретическая и реальная прочность кристаллов.
Хрупкая прочность твердого тела.
Временная прочность твердых тел.
Упругая деформация.
Закон Гука.
Пластическая деформация.
Стадии пластического течения деформируемого кристалла.
Дислокационное упрочнение кристаллов в ходе пластической деформации.
Структурные параметры пластической деформации.
Проблема повышения прочности твердых тел.
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
Основные термодинамические функции и законы.
Термодинамическое равновесие.
Однокомпонентные и многокомпонентные системы.
Металлы и сплавы.
Явление диффузии.
Механизмы диффузии.
Диаграмма состояния.
Термообработка сплавов.
Виды превращений в твердом состоянии.
Применение кристаллографии для исследования фазовых превращений.
Прочность кристаллов.
Виды деформации.
Пластическое течение деформируемого кристалла.
Механизмы упрочнения кристаллов.
5.3. Фонд оценочных средств
см. приложение (ФОС)
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 И. Ф. Гинзбург Введение в физику твердого тела: учеб. пособия СПб. : Лань, 2007
Л1.2 Епифанов И.Г. Физика твердого тела [Электронный ресурс] : учебное пособие СПб.:Лань, 2011 https://e.lanbook.com/reader/book/2023/#2
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Калин Б.А. Физическое материаловедение. Т.3. Методы исследования стркукурно-фазового состояния материалов [Электронный ресурс]: учебник для вузов : в 6-х т. М. : МИФИ, 2008 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=237979
Л2.2 Мазалова В.Л., Кравцова А.Н., Солдатов А.В. Нанокластеры: рентгеноспектральные исследования и компьютерное моделирование [Электронный ресурс]: монография М.: Физматлит, 2012 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=275555
Л2.3 Вознесенский, Э.Ф., Шарифуллин Ф.С., Абдуллин И.Ш. Методы структурных исследований материалов. Методы микроскопии [Электронный ресурс]: учебное пособие Казань : Издательство КНИТУ, 2014 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=428294
6.1.3. Дополнительные источники
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л3.1 С.В. Макаров, В.А. Плотников Фазовые и структурные превращения в конденсированном состоянии. Лабораторный практикум: учеб. метод. пособ. АлтГУ, 2007
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 Фазовые и структурные превращения в конденсированном состоянии, автор Плотников В.А. https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=6569
6.3. Перечень программного обеспечения
Open Office
MS Office, Word, Excel, PowerPoint, Access, MS Paint
Adobe Photoshop
WinRAR, WinZIP
Far Manager, Total Commander
Internet Explorer, Google Chrome
Microsoft Windows
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека.
www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека.
www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека.
www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека.
www.microinform.ru/ Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ».
www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана.
www.intuit.ru/ Образовательный сайт
www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
www.osp.ru/ Журнал «Открытые системы»
www.ihtika.lib.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
news.rea.ru/portal/Departments.nsf/(Index)/Lib Библиотека Российской экономической академии им. Плеханова.

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное)
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
002К лаборатория физического материаловедения - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доски меловые 1шт. лазер ЛТИ502; лазер ЛТН-103; лазерная установка HTS 300; микроскоп металлографический Метам РВ-23; микроскоп НЕОФОТ -32; моноблок RAMEC Gale Custom G1610/ H61M-DG3/4 Гб ОЗУ/500 Гб НЖМД; насадка для микроскопа VEC-535 цветная в/к ПЗС-матрица 1/1,8" 1700ТВ лин 1,0Iuх; ноутбук Acer TM424WXMi Cel-M(380) 1,6GHz/14,1" WXGA/512Mb/60Gb/DVD-RW/LAN/Wlan b; оптико-электронная система (сканирующий зондовый микроскоп) Солвер Некст; проектор: Epson EMP-TW10H (V11H164040); системный блок Celeron 1000/128/FDD/HDD; системный блок P IV - 1800 Celeron/ 256 Mb/60 Gb/AGP 32/CD/Net/SB/SPK; термостат; установка "Дрон-3"; блок БВЦ 97-04; блок БГА-2-97; блок БПВ2-90; блок Д3У2-91; блок питания БНН-43; блок УВЦ-2-95; вакуумный пост универсальный ВУП-5; компьютер Intel Core i3-4160 3600MHz/HDD 1Tb/DDR3 DIMM 16Gb(2x8Db); компьютер Intel Core i3-4160 3600MHz/HDD 1Tb/DDR3 DIMM 16Gb(2x8Db); компьютер Intel Pentinm G3420 3200 MHz/DDR3 DIMM 4Gb/монитор 22"LG 22MP55HQ-P; компьютер Intel Pentinm G3420 3200 MHz/DDR3 DIMM 4Gb/монитор 22"LG 22MP55HQ-P; компьютер Intel Pentium G3420 3200MHz 3Mb/DDR3 DIMM 4Gb/монитор 22"LG 22MP55HQ-P; компьютер Intel Pentium G3420 3200MHz 3Mb/DDR3 DIMM 4Gb/монитор 22"LG 22MP55HQ-P; компьютер Intel Pentium G3420 3200MHz3Mb/DDR3 DIMM 4Gb/монитор 22"LG 22MP55HQ-P; микрокомпьютер Tandy 1000HX; монитор 15" RoverScan 115GS 0.28 TCO95; монитор 15" Samsung 550 S.28; монитор 17" Philips TFT; ноутбук ASUS BU401LG 14"HD,Ci7-4500U, 8192Mb,1Tb,GT730M-2Gb,WiFi, BT, Cam, W8Pro; ноутбук Asus K50IN (2,2GHz/4Gb/320Gb/DVD-RW/Bluetooth/факс-модем/веб камера; преобразователь акустической эмиссии; прибор АМА-0,2ф1; принтер HP LJ 1150; самописец 62201; система магнетронного напыления МАГ-2000; системный блок Celeron 733 INTEL; системный блок P - IV 3000MHz/Плата ЛА-2USB/АЦП ЛА-н150-14PCI; сканер HP SJ 6300; сканер ч/б; спектрофонометр 6ф-20; усилитель напряжения сигналов преобразователей акустической эмиссии; учебные наглядные пособия: "Лабораторные работы по физическому материаловедению"; "Специальный физический практикум по сканирующей зондовой микроскопии"" "Специальный физический практикум. Акустическая эмиссия в физике конденсированного состояния"
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

см. приложение (ФОС)