ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД ДИСЦИПЛИНОЙ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ И КОНСТРУКЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

 

Программа, методические указания

И контрольные задания

 

 

Для студентов-заочников ускоренной формы обучения по направлению подготовки бакалавров

Электроэнергетика и электротехника»

Казань 2012

УДК 620.2

ББК 30.3

М34

 

 

М34	Электротехническое и конструкционное материаловедение:Программа, метод. указания и контрольные задания / О.С. Сироткин, Р. О. Сироткин, Шибаев П.Б., А. Е. Бунтин, – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2012. – 67 с.

Приведены общие рекомендации по работе над дисциплиной «Электротехническое и конструкционное материаловедение», программа дисциплины, методические указания к изучению дисциплины, и варианты контрольного задания.

Предназначено для студентов заочно-ускоренной формы обучения, обучающихся по направлению 140400. 62 – «Электроэнергетика и электротехника».

УДК 620.2

ББК 30.3

 

 

© Сироткин О.С., Сироткин Р.О., Шибаев П.Б., Бунтин А.Е., 2012

© Казанский государственный энергетический университет, 2012

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина «Электротехническое и конструкционное материаловедение» является одной из базовых дисциплин при подготовке бакалавров по направлению 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника».

Целью дисциплины является формирование знаний в области физико-химических основ материаловедения, современных методов получения и обработки материалов, способов их диагностики и улучшения свойств;

Задачей дисциплины являются приобретение студентами практических навыков в области материаловедения и эффективной обработки и контроля качества материалов.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать: основы материаловедения и технологии материалов; специфику функционирования электротехнических материалов в качестве компонентов электротехнического и электроэнергетического оборудования;

уметь: выбирать материалы для заданных условий эксплуатации с учетом требований технологичности, экономичности, экологичности, надежности и долговечности изделий; определять физические и механические свойства материалов при различных видах испытаний;

владеть: методиками выполнения расчетов применительно к использованию электротехнических и конструкционных материалов.

 

ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ
СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

Инновационные аспекты изложения дисциплины «Электротехническое и конструкционное материаловедение» сегодня приобретают важное методологическое и прикладное значение.

При изложении данной дисциплины кафедра МВТМ КГЭУ опирается на единую универсальную модель химического взаимодействия элементов тонкой электронно-ядерной структуры материалов (рис. 1), систему универсальных базовых понятий (рис. 2), классификацию основных уровней структуры металлов и неметаллов (рис. 3), систему химических связей и соединений (СХСС) гомо - и гетероядерных веществ в виде «Химического треугольника - ХТ» (рис. 4) и периодическую систему гомоядерных связей элементов (атомных остовов) в металлах, неметаллах и переходных между ними промежуточных (например, полупроводниковых) или полиморфных форм материалов на их основе (рис. 5) [1].

В рамках единой универсальной модели химической связи Сироткина О.С., степень обобществленных электронов (СОЭ) в результате наложения трех компонент химической связи и характера локализации – делокализации ОЭ в межъядерном пространстве химического соединения можно описать в общем виде уравнением суммарной волновой функции:

 

y_ОЭ = с₁y_ков + с₂y_мет + с₃y_ион , (1)

 

где с₁, с₂ и с₃ – коэффициенты, определяющие долю составляющих связи, которые в сумме равны единице или 100 %.

 

 

 

 

Рис. 1. Плоскостное изображение единой модели химической связи элементов тонкой структуры металлов и неметаллов, как совокупности ковалентной – К (точка К), металлической – М (вдоль оси Х) и ионной – И (вдоль оси Y), составляющих (компонент) реального взаимодействия атомных остовов (ядер) в гомо- (Э'-Э'') и гетероядерных (Э'-Э'') в тонком микроуровне их структурной организации

 

Эта модель послужила фундаментальной основой создания Системы химических связей и соединений (СХСС), объединяющей металлы и неметаллы и раскрывающей общий характер влияния химической микроструктуры на последующие уровни их строения и специфику свойств, включая оценку индивидуального вклада различных уровней в формирование конкретного эксплутационного свойства материала.

 

Уровни структуры и их размерный интервал	Структурные элементы в металлах	Структурные элементы в полимерах
1. Микроструктура:	Атомные остовы и обобществленные электроны, которые осуществляют химическую связь (преимущественно металлическую в металлах и преимущественно ковалентную в полимерах); точечные дефекты: вакансии и т.д. (0,0001–0,0005 мкм)
тонкая	1а) электронно-ядерная; ~1–5 Å (1–5·10–10м)
1б)молекулярная; ~5–10 Å (0,5–1·10–9 м)	Молекулы в металлах отсутствуют, поэтому структурными элементами данного уровня в них могут быть дефекты соответствующих размеров (0,0005–0,001 мкм)	Фрагменты макромолекул (атомные группировки) и единичные межзвенные (ван-дер-ваальсовые (ВДВ) и водородные) связи и низкомолекулярные вещества
1в)наноструктура; ~10 – 10 000 Å (10–9–10–6 м)	Наночастицы (0,001–0,1 мкм) и поверхности раздела; фрагменты, блоки, полигоны (0,1–1 мкм) и область когерентного рассеивания (0,001–0,01мкм); линейные дефекты: дислокации и дисклинации (0,1–1 мкм)	Макро(олиго-)молекулы, внутри- и межмолекулярное ВДВ и водородное взаимодействие; надмолекулярные соединения: наночастицы и поверхности раздела; кристаллиты, ламели и границыраздела; линейные дефекты
2. Мезоструктура ~104–107 Å (10–6–10–3 м)	Субзерна (1–100 мкм) и субграницы; зерна (100–1000 мкм) и границы между ними; поверхностные дефекты (дислокационные ансамбли)	НМС: небольшие аксиалиты, эдриты и сферолиты диаметром до нескольких десятков мкм; поверхностные и небольшие объемные дефекты (поры и т.д.)
3. Макроструктура ~107–109 Å (10–3–10–1 м)	Структуры, образованные зернами (волокна, дендриты и т.д.) и поверхность раздела; крупные объемные дефекты (усадочные раковины, поры, трещины и т.д.)	НМС: крупные надмолекулярные образования в виде крупных аксиалитов, эдритов и сферолитов (от нескольких десятков мкм и выше); объемные дефекты (трещины и т.д.)

Примечание: Если в полимерах, на основе линейных макромолекул, наличие наноструктурных элементов является практически естественным (размеры индивидуальных макромолекул реально соответствуют размерам коллоидно-дисперсных систем: 40–80нм), то в металлах появление наночастиц обычно определяется нанотехнологией [Сироткин О.С., Сироткин Р.О.]

 

 

Liм 23,42 76,57 Литий

Beм 39,69 60,31 Берилий

Beм 1 39,69 2 60,31 3 БЕРИЛИЙ 4

1 – обозначение элемента 2 – степень ковалентности – Cк, % 3 – степень металличности – См, % 4 – название элемента где м- металл

[C] 68,35 31,65 Углерод

Где, n – степень полимеризации 1,2,3-мерность структуры

[B] 51,03 48,97 Бор

[C] 68,35 31,65 Углерод

N2 78,80 21,20 Азот

O2 89,40 10,60 Кислород

F2 100 Фтор

Naм 22,51 77,48 Натрий

Mgм 33,26 66,74 Магний

Alм 44,52 55,48 Алюминий

[Si] 50,27 49,73 Кремний

[Р] ,P4 56,62 43,38 Фосфор

S8,[S] 65,75 34,25 Сера

Cl2 73,79 26,21 Хлор

Kм 20,67 79,33 Калий

Caм 26,51 73,49 Кальций

Scм 32,25 67,75 Скандий

Tiм 35,62 64,38 Титан

Vм 41,16 58,84 Ванадий

Crм 43,51 56,49 Хром

Mnм 43,84 56,16 Марганец

Feм 44,02 55,98 Железо

Coм 46,67 53,33 Кобальт

Niм 46,80 53,20 Никель

Cuм 49,33 50,67 Медь

Znм 46,54 53,45 Цинк

Gaм 44,24 55,76 Галлий

Ge 49,46 50,54 Германий

Asм [As] 53,1654,29 46,84 46,71 Мышьяк

[Se] ,Se8 65,29 34,79 Селен

Br2 71,06 28,94 Бром

Rbм 19,50 80,49 Рубидий

Srм 24,31 75,69 Стронций

Yм 30,36 69,64 Итрий

Zrм 33,14 66,86 Цирконий

Nbм 36,43 63,57 Ниобий

Moм 38,71 61,29 Молибден

Tcм 41,54 58,46 Технеций

Ruм 41,51 58,48 Рутений

Rhм 44,22 55,78 Родий

Pdм 38,65 61,35 Палладий

Agм 39,11 60,89 Серебро

Cdм 42,12 57,88 Кадмий

Inм 43,64 56,36 Индий

Snм [Sn] 45,6247,67 54,38 52.33 Олово

Sbм [Sb] 48,9650,07 51,04 49,93 Сурьма

[Te] 54,92 45,08 Телур

I2 59,24 40,76 Йод

Csм 18,59 81,41 Цезий

Baм 23,98 76,02 Барий

Laм 30,15 69,85 Лантан

Hfм 32,71 67,29 Гафний

Taм 35,64 64,36 Тантал

Wм 38,48 61,52 Вольфрам

Reм 42,18 58,82 Рений

Osм 41,21 58,79 Осмий

Irм 43,69 56,31 Иридий

Ptм 38,60 61,39 Платина

Auм 38,43 61,39 Золото

Hgм 41,13 58,84 Ртуть

Tlм 42,52 57,48 Таллий

Pbм 44,98 55,02 Свинец

Biм 47,20 52,80 Висмут

Poм 49,38 50,62 Полоний

At2 55,69 44,31 Астат

 

Рис. 3. Периодическая система гомоядерных химических связей элементов и основных типов исходных металлических и неметаллических соединений и материалов их основе. [Сироткин О.С.]

ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД ДИСЦИПЛИНОЙ

«ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ И КОНСТРУКЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

Работа студента над дисциплиной «Электротехническое и конструкционное материаловедение» состоит из следующих этапов: самостоятельное изучение разделов дисциплины по учебникам и учебным пособиям с последующей самопроверкой и выполнением контрольного задания; индивидуальные консультации (очные и письменные); выполнение лабораторного практикума; посещение лекций; сдача зачета по лабораторному практикуму; сдача лекционного зачета по всей дисциплине.