ТГУ программа
TRANSCRIPT
«Методы и технологии формирования межфазных границ и наноструктурных неметаллических
полифункциональных покрытий»
ПРОГРАММА ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПЕРЕПОДГОТОВКИ
О потребности/необходимости в квалифицированных кадрах в области многопрофильного производства пористых
наноструктурных неметаллических неорганических покрытий в Томской области
Основные заказчики
• ООО «Сибспарк» (разработчик теории, методов, оборудования и технологии формирования наноструктурных неорганических неметаллических покрытий).
• Компания «ЭлеСи» (ведущий российский разработчик и производитель систем промышленной автоматизации).
• ЗАО «Манэл» (новое предприятие; учредители предприятия - Томский государственный университет, «РОСНАНО», ЗАО «ЭлеСи»). Его сфера деятельности - услуги и технологические линии для нанесения функциональных неметаллических неорганических керамических покрытий на поверхности металлов.
- ЗАО «Манэл» при выходе на проектную мощность планирует выпускать 12 технологических линий в год. То есть, каждый год нужны будут
специалисты для их обслуживания, а это 1 (2) технолога для каждой линии (в зависимости от ее производительности). Таким образом, минимальная
потребность в кадрах в ближайшее время - не менее 12 человек в год.
- ООО «Сибспарк» для разработки новых вариантов функциональных наноструктурных покрытий и их получения методом микродугового
оксидирования (МДО) необходимо уже в 2010-2011 г. не менее 5 молодых специалистов, подготовленных для работы в данной отрасли и способных
заниматься научно-исследовательской деятельностью (разработками), в том числе с дальнейшим повышением своей квалификации через
аспирантуру ТГУ.
Каждый год научные сотрудники ООО «Сибспарк» будут принимать и готовить не менее 2 аспирантов через аспирантуру ТГУ.
- Кроме того, потребность в специалистах, способных работать с наноматериалами или создавать их имеется и в других отраслях напрямую
не связанных с методами МДО и соответствующими производственными линиями
Технология микродугового оксидирования (МДО) обеспечивает изделиям из алюминия, магния, титана, циркония
и др. металлов/ сплавов свойства износостойкости (увеличение в 2–8 раз), защиту от коррозии, термостойкость,
декоративные и многие другие свойства. Проводить предварительную механическую обработку поверхности в данной
технологии необязательно, что особенно важно в случае крупногабаритных и много тоннажных изделий.
Наносимые покрытия позволяют существенно расширить функциональные свойства известных и широко
используемых материалов, а также разрабатывать новые направления их применения за счет возможности создания
покрытий с развитой пористостью, комбинирования их состава путем нанесения нескольких веществ, обладающих
различными свойствами.
Примеры изделий с МДО покрытием
Необходимость создания краткосрочной программы профессиональной переподготовки
кадров
Недостаток практического опыта выпускников вузов, обусловленный разрывом между соответствующими
требованиям профессиональной среды и уровнем их подготовки (не по объёму полученных знаний, а, прежде всего, по
несформированности специальных компетенций, необходимых для данного профиля деятельности) мешает их
быстрой адаптации в сфере производства, в том числе и в области многопрофильного производства пористых
наноструктурных неметаллических неорганических покрытий.
Кафедра имеет многолетний, себя оправдавший, опыт работы по подготовки молодых специалистов химиков,
владеющих специальными знаниями, по заказу предприятий электронной промышленности НПО «Восток» и «Изомер»
(г. Новосибирск) по специализации «химия полупроводников» (1976-1992гг); в последующие годы - для НИИПП (г.
Томск) - «химическое материаловедение».
Актуальность программы ОПП
Актуальность определяется необходимостью создания и апробирования системы опережающего обучения в новых условиях формирования наноиндустрии и обеспечения кадровой потребности инвестиционных проектов, поддерживаемых ГК «Роснанотех».
Особенно важно понизить дефицит квалифицированных специалистов в проектных компаниях Корпорации, что в свою очередь, будет способствовать повышению уровня реализуемости проектов, созданию и развитию кадрового потенциала, обеспечивающего потребности новых не развитых ранее рынков труда, в том числе и в области многопрофильного производства пористых наноструктурных неметаллических неорганических покрытий.
Цель данной программы ОПП
Получение слушателями (обучающимися) необходимых знаний, умений и навыков в области многопрофильного производства пористых наноструктурных неметаллических неорганических покрытий и в сопряженных областях науки, техники и нанотехнологии.
Предоставление возможности слушателям развить и продемонстрировать умения в данной области, в т.ч. в процессе прохождения стажировки, выполнения и защиты квалификационной работы, усвоения основного модуля программы («Методы формирования неметаллических наноструктурных покрытий путем локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз») и модулей, лежащих на стыке с данной наукой и технологией («Методы изучения неметаллических наноструктурных и композиционных материалов», «Свойства, применение, испытания и метрология покрытий»).
Задачи программы ОПП
•Сформировать у слушателей систему понятий и представлений по общей методологии нанесения и удаления вещества с поверхности твердого тела в жидких средах, по электрохимическому оксидированию (МДО) материалов путем локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз твердое тело–жидкость, методам и устройствам для нанесения и исследования наноструктурных покрытий в условиях микроплазменного разряда, а также их месте и роли в соотношении с другими известными методами и устройствами формирования поверхности твердого тела в низко- и высокотемпературной плазме, при воздействии электронных и ионных пучков.
•Освоить и применить наиболее распространенные методы исследования состава, морфологии и структуры покрытий.
•Развить системное понимание в области свойств и основных областей применения наноматериалов и покрытий, метрологического обеспечения контроля качества материалов, процессов и изделий, как основы дальнейшего развития и расширения инновационной технологии, обеспечения востребованности как непосредственно техпроцесса, технологических устройств, так и выпускаемой продукции.
штатные преподаватели и сотрудники Томского государственного университета, имеющие необходимую квалификацию, в том числе опыт
научных исследований в области пористых наноструктурных неметаллических неорганических покрытий и межфазных границ, ученые степени (8
кандидатов и 4 доктора наук), опыт оказания аналогичных услуг.
Поскольку для исследования наноразмерных наноструктурированных пористых покрытий требуется широкий круг методов и
дорогостоящих устройств, дополнительно будут привлечены специалисты Сибирского федерального университета, а также специалист из Feng
Chia University (Тайвань, проф. J. Wu).
Важно то, что в разработке и реализации программы принимают участие высококвалифицированные специалисты ООО «Сибспарк» (он
же и один из потребителей кадров), где разработаны технологические линии для нанесения неметаллических неорганических керамических
покрытий на поверхности металлов. ООО «Сибспарк» один из потребителей кадров. Кроме того, будет использоваться филиал кафедры ТГУ в
ОАО «Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов» (НИИПП). Предполагается проведение учебно-производственной
практики слушателей на базе этих компаний с привлечением имеющегося там оборудования.
Реализацию программы будут осуществлять
Образовательные технологии, используемые для достижения учебных целей Программы
1. Для эффективного обучения в короткие сроки специалиста используются технологии, позволяющие быстро и независимо от расстояния преподаватель - обучающийся предоставить последнему необходимые знания: дистанционные образовательные технологии, включая аудио- и
видеоконференцию, чат, вебинар, форум; электронные образовательные ресурсы; информационные и телекоммуникационные технологии, включая
работу с удаленными базами данных, компьютерные презентации, документ-камеры, интерактивные доски и др.;
современные образовательные технологии (деловые игры, метод проектов, кейсовая технология, проведение модельных занятий, мастер-классы и тренинги и др.).
2. Обучающиеся являются активными участниками образовательного процесса, Это достигается:
за счет применения электронных образовательных ресурсов и интерактивных форм обучения;
мотивированностью в получении знаний в форме стремления обучающихся к развитию и самопознанию для
овладения новым видом профессиональной деятельности как одного из элементов успешности в будущей научно-
исследовательской или производственной деятельности;
путем вовлечения обучающихся в НИР совместно с опытными специалистами и преподавателями при прохождении
стажировки, выполнении лабораторных (практических) работ, выполнении и публичной защите выпускных
квалификационных работ.
Все это позволит «научиться обучаться», создавать новое знание или разработку.
УЧЕБНЫЙ ПЛАН (9 курсов в составе 3 модулей)
№п/п
Наименование разделов, дисциплин и тем Всегочасов
В том числе:
лекции практич,
лаборат
Итог
М1 Методы формирования неметаллических наноструктурных покрытий путем локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз
198 112 86 Экзамен3зачета
М2 Методы изучения неметаллических наноструктурных и композиционных материалов
140 72 68 Экзамензачет
М3 Свойства, применение, испытания и метрология покрытий
68 36 32 2 зачета
Учебно-производственная практика/стажировка 104 104 Защита практики
Итоговая государственная аттестация 10 10 Защита проекта
Итого 520 204 316
УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН модуль1
Наименование разделов, дисциплин и тем
Всегочасов
В том числе:
лекции Практ./ лабор.
Методы формирования неметаллических наноструктурных покрытий путем локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз
198 112 86
Курс 1. Методы нанесения и удаления вещества с поверхности твердого тела в жидких средах
32 18 14
Курс 2. Электрохимическое оксидирование материалов путем локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз твердое тело–жидкость
62 36 26
Курс 3. Методы и устройства для нанесения наноструктурных покрытий в условиях микроплазменного разряда
38 20 18
Курс 4. Методы исследования и измерения параметров формирования наноструктурных неметаллических полифукциональных покрытий в наноразмерной условиях локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз
36 20 16
Курс 5. Формирование поверхности твердого тела в низко- и высокотемпературной плазме, при воздействии электронных и ионных пучков
30 18 12
1-й учебный курс 1-го модуля:Методы нанесения и удаления вещества с поверхности твердого
тела в жидких средах
Курс служит общим введением в технологию электрохимических процессов, кинетику и механизм межфазных превращений; в этой теме закладываются основы понимания направлений выбора исходных условий для нанесения покрытий и управления их составом. Закладывается знание в области физикохимии межфазных превращений в условиях равновесия (термодинамика, диаграммы Пурбэ, стационарное состояние) и его смещения в сторону развития анодных/катодных процессов (кинетика). Дается понимание сущности фундаментальных уравнений электрохимической кинетики и кинетики анодного оксидирования, физических и математических моделей описания процесса.
На этой основе формируется умение с помощью термодинамических и кинетических данных и расчетов предсказать возможный состав и структуру границ раздела фаз (поверхности) для реальных веществ, начиная от равновесных условий и заканчивая смещением процессов в сторону анодного оксидирования вплоть до развития процесса микроплазменного оксидирования.
2-й учебный курс 1-го модуля:Электрохимическое оксидирование материалов путем локализации
высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз твердое тело–жидкость
Дается понимание о процессе подачи энергии высокой плотности и ее наноразмерной локализации на границе раздела фаз: основные понятия, условия и механизм пробоя оксида, возникновение микроплазменного разряда и его локализация. Подробно рассматриваются методы и условия проведения процесса, дается их теоретическое описание при пропускании тока высокой плотности, при протекании основных и побочных электрохимических и химических реакций на границе раздела фаз, методах локализации высокоэнергетических импульсных потоков в тонком слое на границе раздела фаз, влиянию изменения длительности импульса тока (напряжения) и параметров микроплазменного разряда на качество и характеристики получаемых покрытий.
Важным элементом специального знания является понимание закономерности наноструктурирования поверхностного слоя в условиях воздействия концентрированных потоков энергии и особенности формирования структуры и свойств градиентных и слоисто-градиентных функциональных покрытий.
Поскольку одним из важных параметров покрытий является прочность и износостойкость, то отдельно рассматриваются физико-механические особенности поведения наноструктурного материала с пористым покрытием при механическом нагружении.
3-й учебный курс 1-го модуля:Методы и устройства для нанесения наноструктурных покрытий в
условиях микроплазменного разряда
В курсе дается обзор по уникальным методам и устройствам для нанесения наноструктурных покрытий в условиях микроплазменного разряда; рассматриваются отличительные особенности данной технологии от мировых и отечественных аналогов, рассматриваются основные типовые конструкторские решения по нанесению покрытий, основные организационные и технико-экономические вопросы производства наноструктурных покрытий.
Важным элементом в понимании путей управления профилем покрытия и создания необходимого рисунка межэлементных связей, а также как одного из методов получения наноразмерных покрытий является изучение раздела курса «Применение методов литографии в процессах нанесения слоев, формирования и переноса наноразмерного изображения на покрытия различного рода».
4-й учебный курс 1-го модуля:Методы исследования и измерения параметров формирования наноструктурных
неметаллических полифункциональных покрытий в условиях наноразмерной локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз
Слушатели получат необходимые знания и навыки в работе и методиках измерения электрических параметров быстротекущих микроплазменных процессов формирования наноструктурных неметаллических неорганических покрытий при наноразмерной локализации высокоэнергетических потоков на границе раздела фаз твердое тело–жидкость с помощью измерительного оборудования нового поколения, оснащенного компьютерной системой измерений, позволяющей регистрировать вольтамперные зависимости.
Вольтамперная зависимость является новым инструментом исследования природы явлений, происходящих в микроплазменном импульсном режиме при формировании наноструктурных неметаллических покрытий на границе раздела фаз. Знание динамики изменения вольтамперных зависимостей от режимов микроплазменного процесса, состава материала электрода, состава электролита и других факторов позволяет прогнозировать, контролировать и управлять процессами формирования покрытий, конструировать покрытия с заданными характеристиками и различными функциональными свойствами, а также управлять процессами формирования покрытий.
5-й учебный курс 1-го модуля:Формирование поверхности твердого тела в низко- и высокотемпературной
плазме, при воздействии электронных и ионных пучков
Курс объединяет вопросы, связанные с технологиями нанесения покрытий, как правило, без использования жидких сред с применением высокоэнергетических и низкотемпературных источников в воздушной среде или в вакууме.
Для эффективного использования возможностей плазменных и лучевых технологий в плане управления физическими и механическими свойствами покрытий рассмотрены процессы и изменения происходящие в составе и структуре при плавлении, испарении, стекловании и кристаллизации неметаллических неорганических покрытий.
Курс ориентирован на изучение механизмов поверхностных и структурных превращений и специфику взаимодействия различных видов излучений/полей с основой и нанесенными покрытиями.
УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН модуль 2 и 3
Методы изучения неметаллических наноструктурных и композиционных материалов
140 72 68
Курс 1. Методы исследования состава покрытий 79 41 38
Курс 2. Методы исследования морфологии и структуры покрытий 61 31 30
Свойства, применение, испытания и метрология покрытий 68 36 32
Курс 1.Свойства и основные области применения наноматериалов и покрытий. Защита интеллектуальной собственности
56 30 26
Курс 2 . Метрологическое обеспечение контроля качества материалов, процессов и изделий
12 6 6
Учебно-производственная практика/стажировка 104 104
Итоговая государственная аттестация 10 10
Итого 520 204 316
1-й учебный курс 2-го модуля:Методы исследования состава покрытий
Основная цель курса состоит в изучении теоретических основ широко применяемых методов спектроскопии (в различных вариантах) и формировании у обучающихся комплекса знаний и умений, необходимых для решения задач диагностики состава веществ различной природы и технологических сред, используемых при получении наноструктурных неметаллических полифункциональных покрытий и межфазных границ.
Обучающиеся также познакомятся с устройством и возможностями современных термоаналитических приборов; обучатся использованию термического анализа для исследования состава и свойств твердых веществ и материалов.
2-й учебный курс 2-го модуля:Методы исследования морфологии и структуры покрытий
Технология микроплазменного оксидирования позволяет формировать покрытия не только различного состава, но и с разной структурой и морфологией, а, соответственно, и с присущим этим параметрам комплексом физико-химических и физических свойств, определяющих многообразное функциональное назначение покрытий.
Поэтому специалист должен владеть комплексом методов для исследования этих параметров и их применения в процессе решения производственных задач. Это позволит ему также определять значащие и доминирующие факторы технологических процессов нанесения покрытий в связи с их функциональностью, организовывать и проводить испытания и контроль в ходе производства пористых наноструктурных неметаллических неорганических покрытий.
Основными из таких методов являются разные варианты электронной и оптической микроскопии, рентгеновская дифракция
1-й учебный курс 3-го модуля:Свойства и основные области применения наноматериалов и покрытий.
Защита интеллектуальной собственности
Исследование и изучение свойств наноструктурных неметаллических полифункциональных покрытий заданного качества в связи с реальными условиями и технологическими факторами их получения является приоритетным направлением этого курса.
Знания о зависимости формирующихся свойств покрытия (твердости, коррозионной стойкости, адгезии, толщины, пористости, шероховатости, сорбционных и кислотно-основных свойств и др.) от электрических параметров системы и составов электролитов, позволят прогнозировать свойства покрытий.
Слушатели также ознакомятся с защитой интеллектуальной собственности в области разработки оборудования, технологии и свойств покрытий.
2-й учебный курс 3-го модуля:Метрологическое обеспечение контроля качества материалов,
процессов и изделий
Цель курса заключается в установлении и применении научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений для обеспечения качества материалов, процессов и изделий.
Рассматриваются различные стадии метрологического обеспечения качества продукции, чтобы дать представление о широте его распространения и необходимости применения, как для повышения эффективности деятельности предприятия, так и для достижения более высокой конкурентоспособности продукции на внутреннем и внешнем рынках.