CHEM C2400 Materiaalit sidoksesta rakenteeseen (5op)

Transkriptio

1 CHEM C2400 Materiaalit sidoksesta rakenteeseen (5op) Kurssi-info Prof. Simo-Pekka Hannula Kemian ja materiaalitieteen laitos

2 Vastuuopettaja Prof. Simo-Pekka Hannula Lic. Tech., Physical Metallurgy, Helsinki U of Tech 1982 Post Doc., Res. Assoc., Cornell University Section Head, VTT Metallurgy Lab., D.Sci (Tech), Physical Metallurgy, Helsinki U of Tech, 1988 Lab. Director, professor, VTT Metallurgy Lab, Research Manager, Research professor, VTT Materials and Manufacturing, Professor, Dept. of Mat. Sci & Eng, Helsinki U of Tech, Aalto University, ; head , vice dean General Chair, 3rd International Symposium on Hybrid Materials and Processing (HyMaP 2014), Busan, Korea, Convener, ISO TC 107 WG1 Thermal Spraying, 2006Member, Advisory Board of the Finnish Metal Producers 2009Member, R&D Council, Fimecc Oy, Advisory Board for the Innovation Activities at Rautaruukki Oyj and SSAB Europe (2004-) Full CV and list of publications:

3 Luennoitsijat ja yhteystiedot Kurssin vastuuhenkilö: prof. Simo-Pekka Hannula, Materiaalitiede Kurssin muut opettajat: Yliopistolehtori Pirjo Pietikäinen, Polymeeriteknologia, Opettava tutkija Ilkka Penttinen, Materiaalitiede Prof. Orlando Rojas, Biomateriaalit

4 TuMa (A1400) MATE-kurssit SidRak (C2400) RakOmin (C2410) MatPerf (C2420) TeollPros (C2110) General intro General intro General intro General intro General intro Metallic Polymeric Natural Mat. properties Struct. of cryst. soli. Mechanical prop. polymers Failure Sustainability, recycling Metals, basics of structure, properties Metals, basics of deformation Polymers as tech. materials Polymers, structure and processing Imperfection in solids Thermal prop. polym. Corr. & degradation Pyro metall. processes. I Diffusion in solids Electrical prop. polym. Appli. & processing Pyro metall. processes. II Phase diagrams Spectroscopy Appli. & processing Hydro metall. Polymer structures Mech. prop. metals Thermoplastics Polymers I Functional Size of the molec. Disl. strength. mech. Thermosets Polymers II Composites Bonds, interact. Phase transform. Elastomers Polymers III Biomimetic Chryst, amorph Electric, thermal & magnetic prop. Biomaterias Bio-molecules Composites: basic principles Energy Ultrastructure Composites: structure vs. property Additives Ecological performance Environmental performance Ceramic, Powder metall. Wood I: solid wood, wood composites Wood II: fiber products Nanomat & Summ. Summary & concl. Summary & concl. Summary & concl. Econ., sum. & concl.

5 MATE-kurssien sisällöt CHEM-C2400 Materiaalit sidoksesta rakenteeseen Sisältö: Materiaalien rakenne nano- ja mikrotasolla: Metallit, polymeerit, luonnonkuitumateriaalit. Kiteisyys, kidevirheet, amorfisuus. Plastinen muodonmuutos metalleissa ja polymeereissa. Mekaaniset, termiset, sähköiset ja optiset ominaisuudet eri materiaaleissa. CHEM-C2410 Materiaalit rakenteesta ominaisuuksiin Sisältö: Metallien seostus, faasimuutokset, erkautuminen ja karkeneminen. Polymeerit teknisinä materiaaleina ja niiden työstö. Luonnonkuitumateriaalien mekaaninen käyttäytyminen. Materiaalien rakenteen modifiointi: metallit, polymeerit, luonnonkuitumateriaalit. Perehtyminen valittuun materiaaliin ryhmätyönä. CHEM-C2420 Materials Performance Content: Mechanical loading. Plastic deformation. Mechanics of failure. Viscoelasticity. The effect of temperature on mechanical properties. Corrosion. Oxidation in high temperatures. Microscopy, XRD, IR, the determination of molecular size. Thermal analysis. Studying chosen materials in groups. CHEM-C2110 Materiaalitekniikan teolliset prosessit Sisältö: Kiinteän olomuodon materiaalien käsittely, prosessitekniikka ja laitteet. Prosessiolosuhteiden ja tuoteominaisuuksien yhteys. Metallurgiset valmistusprosessit. Polymeerien työstö ja polymerointitekniikan perusteita sekä valmistuksen arvoketju. Kierrätysraaka-aineet eri valmistusprosesseissa. Prosessikonseptien suunnittelu ja virtauskaavioiden laadinta. Teollisuustalous ja kannattavuus.

6 CHEM C-2400 kurssin tavoitteet Kurssin suoritettuaan opiskelija: ymmärtää materiaalien rakenteen atomi-, molekyyli-, nanoja mikrotasolla, osaa kuvata metallin ja metalliseosten rakenteen ja rakennevirheet, osaa kuvata polymeerien rakenteen, osaa kuvata luonnonkuitupohjaisten materiaalien rakenteen ymmärtää materiaalin keskeisten ominaisuuksien yhteyden materiaalin rakenteeseen

7 Kurssin sisältö Metallien, keraamien, polymeerien ja luonnonkuitumateriaalien rakenne atomi-, nano- ja mikrotasolla Kiteisyys, kidevirheet, amorfisuus, kvasikiteisyys Plastinen muodonmuutos metalleissa ja polymeereissä Perehtyminen kirjallisuuteen laboratoriotöiden yhteydessä

8 Kurssin mitoitus 5 op = 135 h Luennot, 12 x 2 h (Ke ja Pe, 8-10; sali V2, materiaalitekniikka) Harjoitukset: ohjattu laboratoriotyöskentely/ laskuharjoitukset 18 h Oma työskentely 66 h Tenttiin valmistautuminen 27 h Tentti 3 h

9 Kurssipalaute 2015

10 Vuoden -15 palautteen pohjalta tehdyt muutokset Eniten kitkaa ryhmätöiden tekemisessä: Kolme ryhmätyöselostusta oli vaikea tehdä. Labraselostus 4-5 hengen ryhmissä ei tehokasta Labraselostus 4-5 hengen ryhmissä ei tehokasta Ryhmä-selkkarit nihkeitä viidenhengen kesken Merkittävin muutos: Kevään -16 kurssilta karsittiin ryhmätöitä

11 Kurssipalaute 2016

12 Kurssin toteutus Luennot Ke 8:30 10:00 sali V1 Pe 8:30 10:00 sali V1 Poikkeusaika: to :30-10:00, V1 (korvaa loppiaisen) 4 Luentokertaa metalleista (prof. Simo-Pekka Hannula, Ilkka Penttinen) 4 luentokertaa polymeereistä ( Pirjo Pietikäinen) 2 luentokertaa biomateriaaleista (prof. Orlando Rojas, luennot englanniksi)

13 Kurssin toteutus Laskuharjoitukset 3 kertaa, kaikille yhteiset To , (tiedonhakuharjoitus), toteutus on vielä auki To , sali U 149 (metalliaiheinen) To , sali U 149 (polymeeriaiheinen) Laboratoriotyöt (3 kpl; työt alkavat viikolla 2) Laboratoriotyö tehdään ryhmissä, ilmoittautuminen MyCourses-sivulla 1. työn (viikoilla 2 ja 3) ilmoittautuminen edellyttää esitehtävän suorittamista Jokainen tekee oman työselostuksen Palautus MC:n palautuslaatikkoon (palautusaika laboratoriotyökohtainen, 2 viikkoa työn suorituksesta) Yhden edeltä määrätyn laboratoriotyön esitys/ryhmä (pe 10.2) Tentti To 16.2 klo. 9-13, (sali Ke2)

14 Kurssimateriaali Luentokalvot (ladattavissa MyCourses sta) William D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering: An Introduction, John Wiley & Sons, Inc., 7. painos tai uudempi. Laskuharjoitusmateriaali (ladattavissa MyCourses sta) Laboratoriotyöohjeet (ladattavissa MyCourses sta)

15 Kurssin arvostelu Kurssi arvioidaan asteikolla 1-5. Arvosanaan vaikuttaa: Tentti 50% Työselostukset 50% Molemmista täytyy olla hyväksyttävä suoritus (vähintään 1/5)

16 Kurssin aikataulu Lecture'Day Time Lecture'hall SidRak'(C2400) Subject Teacher Chapters' (based'on'7th' ed.) EXERCISE'&'LABS' Lab''/'Exercise' groups Wed$4.1. $8:30,10 V1 General$intro Information,$definitions,$basic$characteristics$of$the$ material$groups$ SPH Wed.$11.1 $8.30,10 V1 Thu$12.1. $8.30,10 V1 Struct.$of$Cryst.$ Soli. Imperfection$in$ Solids Unit$cells,$metallic$crystal$structures SPH Callister$3,$12 Point$defects,$dislocations$and$boundaries$in$solids SPH Callister$4,$12 Lab$1.$(IP) week$2,3 Fri.$13.1. $8.30,10 V1 Diffusion$in$solids Diffusion$mechanisms,$phases$and$phase$equilibria SPH Callister$5,$12 Wed.$18.1. $8.30,10 V1 Phase$Diagrams Phase$diagrams,$Gibbs$phase$rule IP Callister$9,$12 Exercise$1.$(VP) open Fri.$20.1. $8.30,10 V1 Polymer$ structures Linear,$branched,$crosslinked,$network;$homo$and$ copolymers;$blends$and$composites;$fibres PP Callister$4,13 Exercise$2.$(IP) Thu.$19.1$at$13,17 Wed.$25.1. $8.30,10 V1 Fri.$27.1. $8.30,10 V1 Wed.$1.2. $8.30,10 V1 Size$of$the$ molecule Bonds$and$ interactions Crystallinity$&$ amorphousity Growing$polymer$chains;$molar$masses;$$polymerization PP Callister$4,13 Lab$2.$(PP) week$4,5 Primary$and$secondary$interactions;$Cohesion$energy;$ Viscoleasticity Crystallinity$vs.$large$molecules;$melt/$glass$transition$ temperature;$orientation PP Callister$4,13 PP Callister$4,13 Exercise$3.$(PP) Thu$2.2.$at$13,16 Fri.$3.2. $8.30,10 V1 Bio,molecules Main$bio,molecules,$structure,$function$and$occurrence$ OR Wed.8.2. $8.30,10 V1 Ultrastructure Fri$10.2. $8.30,10 V1 Summary$&$ conclusions Cell$wall$structure$of$plant$material;$structure,property$ relationships Students$presentation$on$the$lab$work$and$results. OR SPH/PP/ OR/IP Lab$3.$(OR) Tue$7.2$or$Thu$9.2$ 13,16

17 Kurssin järjestely ja tiedotus Tiedotus ja uutiset: MyCourses Ilmoittautuminen laboratoriotöihin: MyCourses Luento- ja laskuharjoitusaineisto: MyCourses

18 Kysymyksiä?