Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Podstawy inżynierii materiałów
Tok studiów:
2012/2013
Kod:
CTC-1-502-s
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Technologia Chemiczna
Semestr:
5
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Dalczyńska-Jonas Stanisława (jonas@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
prof. dr hab. inż. Dalczyńska-Jonas Stanisława (jonas@agh.edu.pl)
prof. dr hab. inż. Grzesik Zbigniew (grzesik@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Kluska Stanisława (kluska@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Kyzioł Karol (kyziol@agh.edu.pl)
dr inż. Smoła Grzegorz (smola@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Stoch Paweł (pstoch@agh.edu.pl)
dr hab. inż. Tkacz-Śmiech Katarzyna (smiech@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych i procesów chemicznych w technologiach materiałowych TC1A_W05, TC1A_W11 Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_W002 Ma podstawową wiedzę w poszukiwaniu zależności pomiędzy parametrami otrzymywania materiałów a ich budową TC1A_W06, TC1A_W11 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 Ma podstawową wiedzę w zakresie badań struktury i mikrostruktury materiałów TC1A_W04 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności
M_U001 Wykorzystuje wiedzę matematyczną do opisu zjawisk fizycznych i procesów chemicznych w technologiach materiałowych TC1A_U09 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Potrafi posługiwać się wiedzą chemiczną dla opracowania, kontroli i realizacji procesów technologicznych TC1A_U05, TC1A_U09 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Potrafi zaplanować eksperymenty i przeprowadzić analizę danych eksperymentalnych, zaprezentować je i wyciągnąć poprawne wnioski TC1A_U07 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne
M_K001 Posiada świadomość ważności wiedzy podstawowej dla rozwiązywania problemów technologicznych TC1A_K10, TC1A_K09 Aktywność na zajęciach,
Egzamin
M_K002 Rozumie znaczenie wpływu chemii na rozwój nowoczesnych technologii TC1A_K02 Aktywność na zajęciach,
Egzamin
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. audyt.
Ćwicz. lab.
Ćwicz. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt.
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych i procesów chemicznych w technologiach materiałowych + - - - - - - - - - -
M_W002 Ma podstawową wiedzę w poszukiwaniu zależności pomiędzy parametrami otrzymywania materiałów a ich budową + - - - - - - - - - -
M_W003 Ma podstawową wiedzę w zakresie badań struktury i mikrostruktury materiałów + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Wykorzystuje wiedzę matematyczną do opisu zjawisk fizycznych i procesów chemicznych w technologiach materiałowych - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi posługiwać się wiedzą chemiczną dla opracowania, kontroli i realizacji procesów technologicznych - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi zaplanować eksperymenty i przeprowadzić analizę danych eksperymentalnych, zaprezentować je i wyciągnąć poprawne wnioski - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Posiada świadomość ważności wiedzy podstawowej dla rozwiązywania problemów technologicznych - - - - - + - - - - -
M_K002 Rozumie znaczenie wpływu chemii na rozwój nowoczesnych technologii - - - - - + - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

1. Podstawy inżynierii materiałów – wprowadzenie – 2 godz.

Rodzaj i zakres wiedzy przedmiotowej: wiedza dająca się uogólnić, wiedza użytkowa o projektowaniu i produkcji, zależności racjonalne: pomiędzy parametrami procesu otrzymywania a budową materiałów (pochodzące głównie z chemii), budową i właściwościami (pochodzące głównie z fizyki), procesy otrzymywania tworzyw: topienie i krystalizacja, topienie i witryfikacja, osadzanie z fazy gazowej, spiekanie w fazie stałej, spiekanie z udziałem fazy ciekłej, procesy elementarne: powstawanie i zanikanie faz.

2. Przemiany fazowe I i II rodzaju – 2 godz.

Trwałość faz: wartość entalpii swobodnej G (T, p, n), parametry określające odchylenia od stanu równowagi i ich wpływ na budowę materiałów w układach gaz-ciało stałe, roztwór-ciało stałe, stop-ciało stałe, warunki sprzyjające powstawaniu monokryształów, polikryształów, faz amorficznych.

3. Otrzymywanie materiałów z fazy gazowej z udziałem reakcji chemicznych (CVD) – 4 godz.

Transport masy i energii w układzie CVD, reakcje homo- i heterogeniczne, metody określania równowagi fazy gazowej względem powierzchni oparte na: obliczeniach termodynamicznych, izotermach Langmuira, teorii kompleksu aktywnego, wpływ parametrów CVD na kinetykę wzrostu warstw i ich budowę.

4. Spiekanie w fazie stałej w ujęciu modelowym – 6 godz.

Samorzutność procesu spiekania, siła napędowa spiekania, napięcie powierzchniowe i energia powierzchniowa, energia wewnętrzna fazy powierzchniowej, energia granic międzyziarnowych, mechanizmu spiekania: makroskopowy transport masy, procesy dyfuzyjne, odkształcanie plastyczne, płynięcie lepkościowe, ewolucja porów w trakcie spiekania.

5. Kinetyka spiekania – 2 godz.

Równania fenomenologiczne, szybkość spiekania dla mechanizmu dyfuzyjnego, zależność od temperatury, uziarnienia proszku, ciśnienia.

Rozrost ziarn w trakcie spiekania w fazie stałej – 2 godz.

Termodynamika rozrostu ziarn: lokalne odchylenie od stanu równowagi, przesunięcie równowagi, mechanizm rozrostu ziarn: gradient potencjału chemicznego, strumień dyfuzji, szybkość migracji granicy, kinetyka rozrostu.

Hamowanie rozrostu ziarn – 2 godz.

Hamowanie rozrostu w świetle termodynamiki, wleczenie porów i domieszek przez granice międzyziarnowe, spiekanie w fazie stałej proszków ceramicznych – odstępstwo od modelowego spiekania.

6. Fizyczne spiekanie z udziałem fazy stałej – 4 godz.

Samorzutność procesu, procesy transportu masy, czynniki określające przebieg transportu masy: lepkość cieczy, ilość cieczy, zwilżanie ciała stałego przez ciecz oraz ich wpływ na mikrostrukturę końcowego produktu, rozrost ziarn, kinetyka rozrostu ziarn.

Spiekanie „chemiczne” – 6 godz.

Aspekty termodynamiczne, mechanizmy przenoszenia masy: dyfuzja, płynięcie cieczy, płynięcie (dryf) pęcherzyków gazu w cieczy, czynniki określające przebieg spiekania: zwilżanie, ilość cieczy, lepkość cieczy, procesy prowadzące do zmiany składu chemicznego: reakcje chemiczne w fazie stałej, reaktywność stopu, krystalizacja ze stopu, odstępstwo od globalnej równowagi w zależności od czasu spiekania, dochodzenie do stanu równowagi wysokotemperaturowej i związane z nim efekty: powstawania nowych faz stałych, pojawianie się fazy ciekłej, zmiana składu fazy ciekłej, krystalizacja, równowaga niskotemperaturowa: przemiany faza ciekła-faza stała.

Ćwiczenia laboratoryjne:

Mają na celu praktyczne zapoznanie się z metodami otrzymywania materiałów.

1. Otrzymywanie warstw metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (PACVD)
2. Komputerowe modele upakowania ziarn.
3. Analiza problemu ciągłości faz – perkolacja.
4. Określenie dominującego mechanizmu przenoszenia masy w spiekaniu modelowym proszków.
5. Badanie kinetyki procesu spiekania.
6. Spiekanie z udziałem fazy ciekłej – wpływ kąta zwilżania ciała stałego przez ciecz.
7. Spiekanie „chemiczne” (konsolidacja) – analiza trójskładnikowych diagramów fazowych.

Zajęcia seminaryjne:

Ugruntowanie wiedzy zdobytej na wykładach, poprzez studia literaturowe, dyskusje, analizy przykładów, formułowanie i rozwiązywanie problemów w ujęciu ilościowym.

1. Przemiany fazowe I i II rodzaju – aspekty termodynamiczne.
2. Charakterystyka metody CVD w ujęciu ilościowym: obliczenia związane z ustaleniem szybkości przepływu gazów, stężenia reagentów w reaktorze, strumienia dyfuzji w gazie, przykłady mechanizmu wzrostu warstw w ujęciu teorii kompleksu aktywnego.
3. Wpływ parametrów CVD na strukturę i morfologię końcowych produktów.
4. Aspekty termodynamiczne procesu spiekania – obliczenia spadku entalpii swobodnej w trakcie spiekania określonych proszków.
5. Mechanizm procesu spiekania w fazie stałej – przegrupowanie ziarn, dyfuzyjny transport masy, energia aktywacji dyfuzji objętościowej po granicach ziarn, po swobodnych powierzchniach.
6. Kinetyka procesu spiekania
7. Katastrofy topologiczne.
8. Rozrost ziarn w procesie spiekania i jego hamowanie przez domieszki i pory.
9. Spiekanie fizyczne z udziałem fazy ciekłej – aspekty termodynamiczne i kinetyczne.
10. Spiekanie „chemiczne” – aspekty termodynamiczne.
11. Reakcje chemiczne w fazie stałej podczas spiekania.
12. Reakcje chemiczne stop-ciało stałe.
13. Równowaga wysokotemperaturowa i niskotemperaturowa.
14. Porównanie mechanizmu procesu spiekania fizycznego i chemicznego

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 210 godz
Punkty ECTS za moduł 7 ECTS
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 5 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 35 godz
Przygotowanie do zajęć 80 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 30 godz
Udział w zajęciach seminaryjnych 30 godz
Udział w wykładach 30 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Egzamin pisemny i ustny

0,4egzamin + 0,3seminarium + 0,3laboratorium
Uwaga:
W przypadku odpowiedzi ponad wymagany program,na egzaminie ustnym,powyższa zasada ulega zmianie na korzyść egzaminu

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Znajomość zagadnień z zakresu chemii fizycznej, krystalochemii i chemii ciała stałego nauczanych w trakcie pierwszych dwóch lat studiów

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1.F.Nadachowski, S.Jonas, W.S.Ptak; Wstęp do projektowania technologii ceramicznych.
Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 1999
2.R. Pampuch; Materiały ceramiczne. PWN, Warszawa 1988
3.R. Pampuch, K.Haberko, M.Kordek ; Nauka o procesach ceramicznych. PWN, Warszawa 1992
4.F. Nadachowski, S.Jonas, K.Wodnicka; Zarys Ceramografii; Ceramika/Ceramics, vol. 82,
2003.
5.„Wykłady z nauki o materiałach dla ceramików” w wersji elektronicznej, umieszczone
na serwerze Ośrodka Edukacji Niestacjonarnej AGH.

Literatura uzupełniająca:
1.A. Staronka; Chemia fizyczna
2.J. Dereń, J.Haber, R.Pampuch; Chemia ciała stałego

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak