Физика спроектированных материалов: металлы, сплавы и керамики
«Спроектированные» материалы – это материалы, разработанные на основе концепции многоуровневого конструирования, в котором создание («проектирование») материала осуществляется сразу на нескольких структурных уровнях – от атомарного до макроскопического, что позволяет создавать конструкционные многофункциональные материалы предназначенные для экстремальных условий эксплуатации. Особенно эффективны «спроектированные» мультимасштабные материалы в том случае, когда к изделию предъявляются трудносочетаемые требования с точки зрения физико-механических свойств (например, одновременно высокая прочность, пластичность и коррозионная стойкость в металлах, или одновременно высокая твердость, трещиностойкость и теплопроводность в керамиках). Эта задача решается за счет оптимизации структуры материалов на различных «структурных уровнях».
Микроструктура керамик, полученных методом электроимпульсного плазменного спекания. Растровая электронная микроскопия изломов (синтез порошков – Головкина Л.С., спекание керамики – Ланцев Е.А., электронная микроскопия – Мурашов А.А., Сахаров Н.В.)
Особенностью начальной части программы подготовки (уровень «бакалавриат») является ее междисциплинарный характер, направленный на формирование у выпускника кафедры физического материаловедения профессиональных компетенций в области физики, химии и механики новых материалов. Выпускники-бакалавры владеют знаниями в области фазовых превращений в сталях, теории дефектов, процессов диффузии в металлах и сплавах, физики прочности и пластичности и др., а также навыками работы с современным исследовательским оборудованием (рентгеноструктурный анализ, растровая электронная микроскопия, методы механических испытаний и др.), методами синтеза новых неорганических соединений. Междисциплинарность подготовки бакалавров обеспечивается за счет курсов по инженерному языку материаловедения, химии твердого тела и основам механики твердого тела.
Моделирование процесса деформации и разрушения титанового сплава, полученного методом послойного лазерного сплавления, при его нагружении пирамидой Берковича при наноиндентировании (авт. Пятерикова В.В., Берендеев Н.Н.)
Вторая часть программы подготовки (уровень «магистратура») ориентирована на научно-инновационный и прикладной вид профессиональной деятельности, поскольку разработка новых «спроектированных» материалов невозможна без одновременной разработки научных основ новых технологий их получения, а также разработки новых методик исследований структуры, свойств и характеристик этих материалов.
В связи с этим, особенностью второй части программы является направленность на получение опыта работы с современными технологиями получения материалов. Студенты изучают современные технологии спекания керамик, технологии получения нано- и ультрамелкозернистых металлов и сплавов, аддитивные технологии (послойное лазерное сплавление изделий сложной формы) и др. Основу программы обучения магистров составляют курсы, направленные на изучение физических процессов, лежащих в основе новых технологий и методик их изучения. Одновременно с этим магистрам преподаются углубленные курсы по механике деформируемого твердого тела и современным методам моделирования процессов деформации и разрушения.
Образование микротрещин при нагружении мелкозернистых керамик пирамидой Виккерса на твердомере Duramin Struers-5 (авт. Зеленов А.Ю.).
Важным элементом, направленным на формирование профессиональных компетенций выпускника, являются научно-исследовательская, производственная и технологическая практика, которые составляют существенный объем времени подготовки магистра. В ходе реализации программы практики бакалавры магистранты с использованием современного технологического и исследовательского оборудования решают типовые научно-практические задачи («кейсы») в области материаловедения, стоящие перед ведущими промышленными предприятиями Нижегородской области (АО «ОКБМ Африкантов», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», АО «ОКБ – Нижний Новгород», ФГУП «ПО Маяк», ООО «Газпром-трансгаз Нижний Новгород», АО «КБП Приборостроения», НПО «Специальных материалов» и др.). В ходе производственной и технологической практики студенты кафедры получают навыки разработки технологических процессов, документирования полученных результатов, а также навыки практической работы со сложным технологическим оборудованием мирового уровня, позволяющим получать новые перспективные металлы, сплавы и керамики, спроектированные (разработанные) под конкретные условия эксплуатации.
Востребованность выпускников на рынке труда решается за счет тесной связи получаемых выпускниками навыков и умений, с трудовыми функциями инженеров и специалистов в области технологий и материалов, а также, в целом, с трудовыми функциями специалистов в области научных исследований и конструкторских разработок.
Процесс электроимпульсного плазменного спекания порошков оксида циркония (авт. Попов А.А., Востоков М.М.) и поверхность режущей керамической пластины, изготовленной из сверхтвердой композиционной керамики на основе оксида алюминия, после операции шлифовки и полировки.