Materialvetenskap

Mål

Kursens målsättning är att ge en förståelse av material i en bred bemärkelse med metallegeringar, halvledare och keramer. Det innebär att studenten ska kunna:

• förklara sambanden mellan ett ämnes syntes, struktur, sammansättning, egenskaper och användning.
• förstå fastransformationer utifrån en termodynamisk beskrivning av fasta och smälta faser
• beskriva atomers diffusionsrörelser i material med koncentrationsgradienter med Fick's och Darken's ekvationer.
• söka kopplingar i materialförståelse med andra ämnen/kurser såsom metallurgi, halvledarteknik, hållfasthetslära, kristallära och materiefysik.
• förklara principerna för framställning av funktionella, avancerade och extrema material (inkl. legeringar och nanostrukturer samt ultrarena och defektfria material,).
• diskutera strukturella och funktionella materials mekaniska och elektroniska egenskaper utifrån en atomistisk bild med bl.a. dislokationer.
• kunna problematisera ett givet materials hållfasthet och brottsmekanismer.

Innehåll

Kursen behandlar olika klasser av material (halvledare, metallegeringar, keramer, polymerer) inkl. avancerade, funktionella och extrema material; Termodynamik för binära system; Fasdiagram; Jämvikt i lösningar; Metastabila tillstånd; Polytypbildning; Fasomvandlingar; Utskiljningsprocesser med eller utan kärnbildning; Kinetik för tillväxt; Diffusion som atomär process; Möjliga mikro- och nanostrukturer; Inverkan av punktdefekter (vakanser, interstitialer,..) och dislokationer; Koppling mellan teori, materialframställningsprocesser, materialstruktur/kemisk bindning och egenskaper; Elasticitet; Plasticitet; Brott; Termisk stabilitet. Kursen besvarar bl.a. följande utmanande frågor: Avancerade material;

• Vilka möjligheter ger oss nanoteknologin?
• Vilka nya material har upptäckts i år?;
• Hur kan material skräddarsys genom teori, modellering och beräkningar? Fasdiagram;
• När kristalliserar en ädelgas?
• Finns metalliskt väte? Med vad och hur kan man bäst dopa kisel eller kiselkarbid ? Diffusion;
• När kan diffusion av atomer ske för att förstärka en koncentrationsgradient? Metallytor
• Vad händer med gitterstrukturen och atomernas bindningar på gränsen mellan två kristallkorn? Kristalldefekter
• Kan vakanser och interstitialer slå sig ihop? Stelning och kärnbildning
• Är stelningstemperaturen verkligen lika med smälttemperaturen?
• Spelar kylhastigheten någon roll för mikrostrukturen? Deformation
• Vad händer med gitterstrukturen när man böjer ett material? Härdning
• Varför blir stål hårt när man slår på det? Minnesmetaller
• Hur kunde Uri Geller böja skedar genom att stryka fingret lätt över dem? LABORATION 1: Metallografi (identifiera faser i elektronmikroskop) LABORATION 2: Fraktografi (bli din egen haverikommission för en dag) LABORATION 3: Kaloriometri (tillämpad termodynamik - du får skapa fasdiagram)