CHEM C2400 Materiaalit sidoksesta rakenteeseen (5op)

Transkriptio

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

2 Responsible teacher 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 , professor, Dept. of Chem. & Mat. Sci 2017General Chair, 3rd International Symposium on Hybrid Materials and Processing (HyMaP), Busan, Korea, and Convener, ISO TC 107 WG1 Thermal Spraying, 2006Member, Advisory Board of the Finnish Metal Producers 2009Member, R&D Council, Fimecc Oy, Advisory Board for 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 luennoitsijat: Yliop. lehtori. Pirjo Pietikäinen, Polymeeriteknologia, Opettava tutkija Ilkka Penttinen, Materiaalitiede Prof. Orlando Rojas, Biomateriaalit CHEM

4 TuMa (A1400) MATE-kurssit SidRak (C2400) RakOmin (C2410) MatPerf (C2420) Metallic Polymeric Natural TeollPros (C2110) General intro General intro General intro General intro General intro Mat prop Struct. of cryst. soli. Mechanical prop. polymers Failure Sustainability, recycling Mat. groups Imperfection in solids Thermal prop. polym. Corr. & degradation Pyro metall. processes. I Metals Diffusion in solids Electrical prop. polym. Appli. & processing Pyro metall. processes. II Polymers Phase diagrams Spectroscopy Appli. & processing Hydro metall. Biomaterials Polymer structures Mech. prop. metals Thermoplastics Polymers I Ceramics 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. Additives Ceramic, Powder metall. Functional Bio-molecules Composites: basic principles Energy Ultrastructure Composites: structure vs. property Ecological performance Environmental performance 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 nanoja mikrotasolla: Metallit, polymeerit, luonnonkuitumateriaalit. Kiteisyys, kidevirheet, amorfisuus. Plastinen muodonmuutos metalleissa ja polymeereissa. Diffuusio. Tasapainopiirrokset. CHEM-C2410 Materiaalit rakenteesta ominaisuuksiin Sisältö: Metallien seostus, faasimuutokset, erkautuminen ja karkeneminen. Metallinen ominaisuuksien muuttaminen. Sähköiset, termiset ja magneettiset ominaisuudet. Ominaisuuksien heikentyminen. Polymeerit teknisinä materiaaleina ja niiden työstö. Luonnonkuitumateriaalien mekaaninen käyttäytyminen. Materiaalien rakenteen modifiointi: metallit, polymeerit, luonnonkuitumateriaalit. 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.. Application and processing of metals and ceramics. 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 arvioketju. 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 CHEM

7 Kurssin sisältö Metallien, keraamien, polymeerien ja luonnonkuitumateriaalien rakenne atomi-, nanoja mikrotasolla Kiteisyys, kidevirheet, amorfisuus, kvasikiteisyys Plastinen muodonmuutos metalleissa ja polymeereissä Binääriset faasidiagrammit Perehtyminen kirjallisuuteen laboratoriotyön yhteydessä CHEM

8 Kurssin mitoitus 5 op = 135 h Luennot, 12 x 2 h (Ke ja Pe, 8-10) Ke 2 Viikoittaiset harjoitukset: ohjattu laboratoriotyöskentely/laskuharjoitukset 18 h Oma työskentely 65 h Tenttiin valmistautuminen 27 h Tentti 4 h CHEM

9 Kurssin arvostelu Kurssi arvioidaan asteikolla 1-5. Arvosanaan vaikuttaa: Tentti 50% Työselostukset 50% CHEM

10 Kurssin järjestely ja tiedotus Tiedotus ja uutiset: MyCourses Ilmoittautuminen laboratoriotöihin: MyCourses Luento- ja laskuharjoitusaineisto: MyCourses, MasterEngineering CHEM

11 Kurssin aikataulu Lecture Day Time Lecture hall SidRak (C2400) Subject Teach er EXERCISE & LABS Lab / Exercise groups Wed ke2 General intro Information, definitions, basic characteristics of the material groups SPH Fri ke2 Struct. of Cryst. Soli. Unit cells, metallic crystal structures SPH Callister 3, 12 Wed ke2 Fri ke2 Imperfection in Solids Diffusion in solids Point defects, dislocations and boundaries in solids Diffusion mechanisms, phases and phase equilibria Wed ke2 Phase Diagrams Phase diagrams, Gibbs phase rule SPH Fri ke2 Polymer structures SPH SPH Linear, branched, crosslinked, network; homo and copolymers; blends and composites; Fibres PP Callister 4, 12 Callister 5, 12 Callister 9, 12 Callister 4,13 Lab 1. (IP) week 2-3 Exercise1. (IP) Thu at Wed ke2 Size of the molecule Growing polymer chains; molar masses; polymerization PP Callister 4,13 Lab 2. (PP) week 4-5 Fri ke2 Bonds and interactions Primary and secondary interactions; Cohesion energy; Viscoleasticity PP Callister 4,13 Wed ke2 Crystallinity & amorphousity Crystallinity vs. large molecules; melt/ glass transition temperature; orientation PP Callister 4,13 Excersise 2. (PP) Thu 1.2. at Fri ke2 Bio-molecules Main bio-molecules, structure, function and occurrence OR Wed ke2 Ultrastructure Fri ke2 Summary & conclusions Cell wall structure of plant material; structureproperty relationships Students presentation on the lab work and results. OR Lab 3. (OR) CHEM

12 Kurssin aikataulu Lecture Day Time Lecture hall SidRak (C2400) Subject Teach er EXERCISE & LABS Lab / Exercise groups Wed ke2 General intro Fri ke2 Struct. of Cryst. Soli. Information, definitions, basic characteristics of the material groups Unit cells, metallic crystal structures SPH Pearson1, 2 SPH Peason 3, 11 Wed ke2 Imperfection in Solids Point defects, dislocations and boundaries in solids SPH Pearson 4, 11 Lab 1. (IP) week 2-3 Fri ke2 Diffusion in solids Diffusion mechanisms, phases and phase equilibria SPH Pearson 5 Wed ke2 Phase Diagrams Phase diagrams, Gibbs phase rule SPH Pearson 9 Exercise1. (IP) Thu at Fri ke2 Polymer structures Linear, branched, crosslinked, network; homo and copolymers; blends and composites; Fibres PP Pearson 12 Wed ke2 Size of the molecule Growing polymer chains; molar masses; polymerization PP Pearson 12 Lab 2. (PP) week 4-5 Fri ke2 Bonds and interactions Primary and secondary interactions; Cohesion energy; Viscoleasticity PP Pearson 12 Wed ke2 Crystallinity & amorphousity Crystallinity vs. large molecules; melt/ glass transition temperature; orientation PP Pearson 12 Excersise 2. (PP) Thu 1.2. at Fri ke2 Bio-molecules Main bio-molecules, structure, function and occurrence OR Wed ke2 Ultrastructure Fri ke2 Summary & conclusions Cell wall structure of plant material; structureproperty relationships Students presentation on the lab work and results. OR Lab 3. (OR) CHEM

13 Palaute, yleisarvosana Palautetta antoi 17/45 CHEM-C2400

14 Palautetta Opetuksen toteutus Oma panostus Panostus vs. opintopisteet Vastasiko ilmoitettua kurssikuvausta

15 Palautetta Kurssin vaikutus opiskelumotivaatioon Vaativuus verrattuna muihin kursseihin Edistikö kurssi yleisemmin valmiuksiani

16 Sanallinen palaute Mielestäni ehdottomasti mielenkiintoisin kurssi tähän astisista korkeakouluopinnoistani (kiitos!) Pidin luennoista ja kurssista, koska ei ollut niin laskentapainoitteinen kuten aivan liian monet Aaltoyliopiston kurssit. ENG-puolen kursseihin verrattuna vaadittu työmäärä oli huomattavasti suurempi. Liekö CHEM-puolella kovempi vaatimustaso, mutta tuntuu että CHEM-kursseja on vaikea suorittaa useampaa kuin kahta rinnan. Kurssi oli tavattoman työläs. Kohtuuttoman työmäärän vuoksi kurssi oli lannistava kokemus.

17 Sanallinen palaute: luennot Ainoana miinuksena aamuluennot Metalliasiat esitettiin selkeästi, mutta biomolekyyliosuuden luentokalvot olivat vaikeasti hahmotettavia, ts. olisin kaivannut enemmän loogista etenemistä mikrotasolta makrotasolle. Pakolliset harjoitustehtävät (laskut tai teoria) esim. mycoursesissa auttaisivat viikottaista opiskelua. Pakollisuus on toteutettavissa, mutta päätetty pitää toistaiseksi vapaaehtoisena! CHEM-C2400

18 Sanallinen palaute: laskuharjoitukset Laskuharjoituksissa mentiin liian nopeasti eteenpäin, niin ettei ehtinyt itse laskea laisinkaan. Laskuharjoitukset, jossa käytiin kukin kolmesta aihealueesta läpi olivat hyvät. Harkkojen tarkoitus jäi epäselväksi. Kommentti: laskuharjoitusten tarkoitus on ohjata itse pohtimaan keskeisiä kohtia kurssissa à harjoitustehtävät jaetaan etukäteen, mikä antaa mahdollisuuden perehtyä niihin etukäteen!

19 Sanallinen palaute: labratyöt Laboratoriotöihin enemmän vaihtoehtoja. Sekavat ja ristiriitaiset ohjeet vaikeuttavat työn tekemistä ja työmäärä kasvaa kohtuuttomasti. Selkkareiden kirjoittamiseen enemmän apua/ohjeita. Labratöiden raportit olivat aika työläitä yksin tehtäviksi. (ryhmätöitä karsittiin aikaisemman palautteen perusteella) Laboratoriotyöt olivat nopeita suorittaa, mutta selostukset olivat vaikeita, koska aiheet, kuten teräksen raekoon määritys olivat vieraita. Selkkarit ovat vaativia ja vievät aivan kohtuuttomasti aikaa. Ohjausta niiden tekoon oli vähän, ja koin olevani täysin oman onneni nojassa uusien asioiden äärellä. Raporttien laajuus jäi hiukan epäselväksi. Metallilabran selkkari oli varsin laaja suhteessa työn kestoon (1,5 h). Työ oli kuitenkin kokonaisuudessaan hyödyllinen. Kolmannesta laboratoriotyöstä ja sen ajankohdista voisi ilmoittaa yhtä ajoissa, kuin muistakin labroista. Resurssit eivät riitä harjoitustöiden valinnaisuuden lisäämiseksi! Yhtenäistetään ohjeet ja järjestetään tarvittaessa ylimääräinen sessio, jossa tarjotaan apua labratöiden raportointiin! CHEM-C2400

20 Kysymyksiä? CHEM-C2400