Кристаллография

КРИСТАЛЛОГРАФИЯ

Код направления подготовки        22.03.01 Материаловедение и технологии материалов

Профиль подготовки                       «Материаловедение и технологии материалов в строительстве»

1.      Цели и задачи дисциплины

Подготовка выпускника к производственной деятельности в создании материалов с заданными технологическими и функциональными свойствами для различных областей техники и технологии.

2.      Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование и освоение следующих компетенций:

общепрофессиональные:

- способностью использовать в профессиональной деятельности знания о подходах и методах получения результатов в теоретических и экспериментальных исследованиях (ОПК-2);

- способностью сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ОПК-4);

профессиональные:

- способностью использовать современные информационно-коммуникационные технологии, глобальные информационные ресурсы в научно-исследовательской и расчётно-аналитической деятельности в области материаловедения и технологии материалов (ПК-1);

- способностью использовать на практике современные представления о влиянии микро- и нано-структуры на свойства материалов, их взаимодействии с окружающей средой, полями, частицами и излучениями (ПК-6).

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать

- элементы симметрии кристаллов, символы узлов, ребер и граней, симметрию кристаллических структур; основы кристаллохимии.

Уметь:

- определять элементы симметрии кристаллов и структур, определять координационное число и координационный многогранник, описывать основные типы структур.

Владеть:

- методикой кристаллографического индицирования.

3.      Содержание дисциплины. Основные разделы.

Дисциплина включает следующие разделы:

Тема 1. Общие понятия о кристаллографии. Понятие о кристалле, кристаллическом веществе, кристаллографии. Основные свойства кристаллов: анизотропность, однородность, способность самоограняться. Узлы кристаллической решётки, узловые ряды и сетки. Элементарная ячейка. Задачи кристаллографии. Связь кристаллографии с другими науками.

Тема 2. Гониометрия и проекции кристаллов.Характерные свойства кристаллов. Закон постоянства углов. Методы описания кристаллов. Кристаллографические проекции: линейная, сферическая, стереографическая и гномостереографическая. Стереографические сетки. Изменение кристаллов.

Тема 3. Симметрия кристаллов.Общие понятия. Элементы симметрии. Центр инверсии. Плоскости симметрии. Инверсионные оси. Закон симметрии. Сложение элементов симметрии. Вывод всех возможных для кристаллов видов симметрии. Сингонии. Распределение видов симметрии по сингониям (низшая, средняя, высшая категории). Определение простой формы и комбинации, общей и частной простой формы. Простые формы, их обзор по сингониям.

Тема 4.Установка кристаллов. Закон целых чисел. Установка кристаллов разных сингоний. Символы граней и ребер, связь между ними. Закон поясов. Точные методы определения символов граней (способ косинусов Вульфа).

Тема 5. Внутренняя симметрия кристаллов.Развитие теории структуры кристаллов. Теория Аюи. Пространственная решетка. Элементы симметрии бесконечных структур (трансляция, плоскости скользящего отражения и винтовые оси). РешеткиБравэ. Вывод пространственных групп симметрии. Законы пространственного расположения атомов в кристаллах (правильные системы точек).

Тема 6. Основные понятия кристаллохимии.Выделение элементарной ячейки. Определение типа решеткиБравэ. Подсчет числа формульных единиц, координационные числа и многогранники. Атомные и ионные радиусы. Геометрические пределы устойчивости структур с различными координационными числами. Классификация химических связей в кристаллах: ионная, ковалентная, металлическая, металлическая, Ван-дер-Ваальсова, водородная. Структура кристаллов и структурный тип. Плотнейшие шаровые упаковки: гексагональные и кубические.

Тема 7. Идеальные и реальные кристаллы. Изоморфизм и полиморфизм. Классификация типов полиморфизма по структурному признаку. Предел изоморфнойзаместимости. Морфотропия и полиморфизм. Изовалентный и гетеровалентный изоморфизм. Изоморфизм с заполнением пространства. Твердые растворы 2-го рода. Зависимость физико-химических свойств твердого тела от кристаллической структуры и природы химической связи. Проблема создания твердых тел с заранее заданными свойствами.

Тема 8. Возникновение и рост кристаллов. Образование кристаллов. Выращивание кристаллов из растворов. Концентрационные потоки. Формы роста реальных кристаллов.

Тема 9. Физическая кристаллография.Механические свойства кристаллов: твердость, спайность, упругость. Электрические свойства кристаллов. Пьезоэлектрический эффект. Практическое применение пьезоэлектриков. Тепловые и оптические свойства кристаллов.

Тема 10 .Заключение.Становление кристаллографии в России. Роль кристаллографии в развитии металлургической, химической, полупроводниковой, медицинской промышленности.