第二章4陶瓷材料第二相颗粒强韧化教材

《无损检测》教学大纲课程类型：任选课程课程名称：无损检测开课单位：五系课程编号： 2050001总学时：32学时学分：2适用专业：材料成型及控制工程先修课程：物理学、电工电子学、热加工工艺学一、课程在教学计划中地位、作用本课程是一门工程技术基础课。

主要任务是讲授各种无损检测技术的原理、装置及应用，目的是供学生了解每种检测方法的工作原理、检测特点及应用埸所、初步学会正确选用无损检测手段检查评价工程构件质量和保障设备的安全运行。

二、课程内容、基本要求绪言无损检测概念，无损检测在工程技术革新中的意义和作用，常用无损检测方法及其特点。

第一章缺陷及其特征1．铸造缺陷2．热处理缺陷3．锻造缺陷4．焊接缺陷5．工件服役中形成的缺陷第二章射线探伤1．射线探伤概述2．X—射线的发生及其性质3．X—射线探伤装置简介4．射线照像法5．实时成像法及CT技术简介6．射线的防护与安全第三章超声检测1．超声检测的基础知识2．超声检测装置3．超声探伤方法概述4．缺陷信号的定性分析5．超声探伤的应用例第四章电磁检测1．磁粉及漏磁检测原理2．磁粉检测及其装置3．漏磁检测及其装置4．涡流检测原理5．涡流检测方法简介6．涡流检测装置7．电磁检测的特点及其应用第五章其它检测方法1．渗透检测2．声发射技术3．磁超声检测4．磁巴氏噪声及磁声发射技术三、实验实验一超声波探伤中回波信号的观察与分析实验二涡流检测中缺陷与图形花样的观察与分析四、学时分配《机械制造基础》教学大纲课程类型：技术基础教育课程课程名称：机械制造基础开课单位：五系课程编号：2050101总学时：64学时学分： 4适用专业：机械学科各专业先修课程：机械制图、金工实习一、课程在教学计划中的地位、作用《机械制造基础》是一门研究金属材料及金属制造工艺方法的综合性技术科学。

在高等工业学校中，《机械制造基础》是一门综合性的技术基础课，在教学计划中是机械类各专业必修课程之一。

它的作用是使学生了解常用金属材料的性能，基本掌握金属材料加工工艺的基础知识，为学习其它有关课程及以后从事机械设计和制造方面的工作，奠定必要的金属工艺学的基础。

陶瓷材料的增韧机理引言:现代陶瓷材料具有耐高温、硬度高、耐磨损、而腐蚀及相对密度轻等许多优良的性能。

但它同时也具有致命的弱点,即脆性,这一弱点正是目前陶瓷材料的使用受到很大限制的主要原因。

因此,陶瓷材料的强韧化问题便成了研究的一个重点问题。

陶瓷不具备像金属那样的塑性变形能力,在断裂过程中除了产生新的断裂表面需要吸收表面能以外,几乎没有其它吸收能量的机制,这就是陶瓷脆性的本质原因。

人们经过多年努力,已探索出若干韧化陶瓷的途径,包括纤维增韧、晶须增韧、相变增韧、颗粒增韧、纳米复合陶瓷增韧、自增韧陶瓷等。

这些增韧方法的实施,使陶瓷材料的韧性得到了较大的提高,使陶瓷材料在高温结构材料领域显示出强劲的竞争潜力。

增韧原理：1.1纤维增韧为了提高复合材料的韧性,必须尽可能提高材料断裂时消耗的能量。

任何固体材料在载荷作用下(静态或冲击),吸收能量的方式无非是两种:材料变形和形成新的表面。

对于脆性基体和纤维来说,允许的变形很小,因此变形吸收的断裂能也很少。

为了提高这类材料的吸能,只能是增加断裂表面,即增加裂纹的扩展路径。

纤维的引入不仅提高了陶瓷材料的韧性,更重要的是使陶瓷材料的断裂行为发生了根本性变化,由原来的脆性断裂变成了非脆性断裂。

纤维增强陶瓷基复合材料的增韧机制包括基体预压缩应力、裂纹扩展受阻、纤维拔出、纤维桥联、裂纹。

1.2 晶须增韧陶瓷晶须是具有一定长径比且缺陷很少的陶瓷小单晶,因而具有很高的强度,是一种非常理想的陶瓷基复合材料的增韧增强体[8]。

陶瓷晶须目前常用的有SiC 晶须,Si3N4晶须和Al2O3晶须。

基体常用的有ZrO2,Si3N4,SiO2,Al2O3和莫来石等。

采用30%(体积分数)B2SiC晶须增强莫来石,在SPS烧结条件下材料强度比热压高10%左右,为570MPa,断裂韧性为415MPa#m1/2，比纯莫来石提高100%以上。

王双喜等[10]研究发现,在2%(摩尔分数)Y2O32超细料中加入30%(体积分数)的SiC晶须,可以细化2Y2ZrO2材料的晶粒,并且使材料的断裂方式由沿晶断裂为主变为穿晶断裂为主的混合断裂,从而显著提高了复合材料的刚度和韧性。

《陶瓷材料学》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：陶瓷材料学英文名称：Ceramic Materials二、课程代码及性质课程代码:0801852课程性质:专业核心课,必修课三、学时与学分总学时：40（理论学时：40学时；实践学时：0学时）学分：2.5四、先修课程材料科学基础、材料力学、工程材料学、金属材料学五、授课对象本课程面向材料科学与工程专业、材料成型及控制工程专业学生开设六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程的教学目的:1. 掌握陶瓷材料的晶体结构及平衡相图，具备分析晶体结构并根据相图进行成分设计及工艺制定的能力；2. 掌握陶瓷材料的烧结机理，了解陶瓷材料的烧结工艺及影响因素，具备运用所学知识进行烧结工艺制定、组织结构分析的能力；3. 理解陶瓷材料的脆性断裂失效机理，掌握陶瓷材料的增韧方法及机理，具备运用所学知识进行高强高韧复合陶瓷设计的能力；4. 了解陶瓷材料的发展前沿，掌握其发展特点与动向，具备研发新型陶瓷材料的知识与能力。

七、教学重点与难点：教学重点：具体陶瓷材料的晶体结构，陶瓷材料的平衡相图，陶瓷材料的烧结，陶瓷材料的断裂力学与增韧。

教学难点：典型陶瓷材料的晶体结构分析、三元相图分析、陶瓷材料的断裂韧性分析。

八、教学方法与手段：教学方法：(1)以课堂讲授为主，阐述该课程的基本内容，保证主要教学内容的完成；(2)安排适量的课堂讨论环节，使学生通过课下的资料查阅而掌握基本的专业资料获取方法、途径、整理归纳和讲演能力。

教学手段：(1)运用现代教学工具，在课堂上通过PPT讲授方式，实现图文并茂，形象直观；(2)收集典型陶瓷实物，在课堂上进行针对性讲授。

九、教学内容与学时安排1.总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。

各章节的具体内容如下：第一章绪论(2学时)1.1 陶瓷材料的定义1.2 陶瓷材料的发展史1.3 陶瓷材料的键特性与基本性能1.4 典型陶瓷材料及其应用1.5陶瓷材料未来发展及关键问题第二章陶瓷材料的晶体结构(8学时)2.1 离子晶体的结构规则—鲍林规则2.2 几种典型的晶体结构2.2.1 MX结构2.2.2 MX2结构2.2.3 M2X结构2.2.4 M2X3结构2.3 硅酸盐陶瓷的晶体结构2.3.1硅酸盐陶瓷的晶体结构特点及分类2.3.2岛状硅酸盐陶瓷晶体结构2.3.3组群状硅酸盐陶瓷晶体结构2.3.4链状硅酸盐陶瓷晶体结构2.3.5层状硅酸盐陶瓷晶体结构2.3.6架状硅酸盐陶瓷晶体结构第三章非晶态与玻璃结构(4学时)3.1 非晶态原子结构3.1.1 非晶态原子结构特点3.1.2 非晶态物质的结构表征方法3.1.3 非晶态物质的热学参数表征3.1.4 非晶态结构的制备方法3.2 氧化物玻璃3.2.1硅酸盐玻璃3.2.2硼酸盐玻璃3.2.3磷酸盐玻璃第四章陶瓷材料的平衡相图(8学时)4.1陶瓷系统相平衡特点4.2单元系统相图4.2.1 SiO2系统相图4.2.2 ZrO2系统相图4.3 二元系统相图4.3.1 具有低共熔点的二元系统4.3.2 生成一致熔融化合物的二元系统4.3.3 生成不一致熔融化合物的二元系统4.3.4 固相中有化合物形成或分解的系统4.3.5 具有多晶转变的系统4.3.6 具有液相分层的系统4.3.7 形成连续固溶体的系统4.3.8 形成不连续固溶体的系统4.4 三元系统相图4.4.1 具有三元最低共熔点的系统4.4.2 生成一个一致熔融二元化合物的三元系统相图4.4.3 生成一个不一致熔融二元化合物的三元系统4.4.4 生成一个固相分解的二元化合物的三元系统4.4.5 具有低温稳定的二元化合物的三元系统4.4.6 具有同组成熔融三元化合物的系统4.4.7 具有异组成熔融三元化合物的系统4.4.8 具有两种液相分层的三化合物的系统第五章陶瓷材料的烧结(4学时)5.1概述5.2 烧结动力学5.3 固相烧结及机理5.4 液相烧结及机理5.5 陶瓷烧结的影响因素5.6 特色烧结方法及装备第六章陶瓷材料的脆性与增韧(2学时)6.1 陶瓷材料的脆性机理6.2 陶瓷材料的增韧6.2.1 相变增韧6.2.2 微裂纹增韧6.2.3 裂纹偏折和弯曲增韧6.2.4 裂纹分支增韧6.2.5 桥联与拔出增韧6.2.6 延性颗粒增韧6.2.7 残余应力增韧6.2.8 压电效应损耗能量增韧6.2.9 电畴翻转增韧6.2.10 复合韧化机制第七章陶瓷材料的断裂力学(6学时)7.1 陶瓷断裂强度的微裂纹理论7.2裂纹尖端应力和应力场强度因子7.3断裂韧度的测量与计算第八章先进结构陶瓷(6学时)8.1氧化铝(Al2O3)结构陶瓷8.2氮化硅(Si3N4)结构陶瓷8.3碳化硅(SiC)/高温结构陶瓷8.4增韧氧化物结构陶瓷8.5 其他结构陶瓷3.各章节的课后思考题（作业）及讨论要求思考题（课后作业）：第1章思考题：(1) 陶瓷材料的键结合有何特点，对性能有何影响?(2) 陶瓷材料的具体应用领域有哪些，其依据是什么?第2章思考题：(1) 分别以Al2O3、ZrO2、Si3N4为例，从结合键的角度分析这上述陶材料的切削加工性。

《陶瓷材料学》课程大纲课程代码0801161课程名称中文名:陶瓷材料学英文名：ScienceofCeramicsmateria1s课程类别专业课修读类别必修学分 2.0 学时32开课学期第5学期开课单位材料科学系适用专业无机非金属材料工程专业先修课程材料概论、材料科学基础后续有关专业课无机非金属材料工艺学、专业技能训练程和教学环节主讲教师/职称于刚/副教授、吴红亚/副教授、杨治刚/讲师考核方式及各环作业成绩+课堂讨论+实验+期末考试节所占比例（10%）+（10%）+（30%）+（50%）教材及主要参考（1）《陶瓷材料学》周玉编，科学出版社，2004年+ζ（2）《陶瓷材料导论》关长斌、郭英奎、刘玉成编，哈尔滨工程大学出版社，2005（3）《陶瓷导论》（美）金格瑞、（美）鲍恩、（美）乌尔曼编，高等教育出版社，2010（4）《现代陶瓷材料及技术》，曲远方主编，华东理工大学出版社，2002一、课程性质和目标《陶瓷材料学》属于无机非金属材料工程专业科学方向的必修课程。

本课程主要介绍陶瓷材料的类型、结构、合成与制备方法、性能特点及其应用领域等。

注重介绍当前工程行业内广泛应用的典型陶瓷材料（电子陶瓷、多孔陶瓷、高温结构陶瓷等），并以此为基础阐述材料的结构-性能■合成与制备之间的相互关系，结合课程内实验强化基础性实践技能的培养，为解决工程关键问题奠定理论和技术基础。

通过本课程的理论和实验教学，使学生具备基本的知识和能力，课程的具体课程目标如下：知识目标：•解释典型陶瓷材料的构效关系，正确选择合理的陶瓷合成制备加工方法和测试手段。

能力目标：•具备阅读、理解和翻译有关的科技英文文献和资料的能力，认识工程行业内特定陶瓷材料的发展现状和趋势，解释生产工艺对材料结构-性能的影响，认识到解决方案的多样性。

•具备操作关键实验设备的能力，以及使用现代软件对实验数据处进行采集、处理与分析的能力，并通过信息综合得到合理有效的结论。

第二章 材料科学与工程的四个基本要素 MSE 四要素；– 使用性能，材料的性质，结构与成分，合成与加工两个重要内容；– 仪器与设备，分析与建模§2.1 性质与使用性能 1. 基础概念2. 性质与性能的区别与关系3. 材料的失效分析4. 材料（产品）使用性能的设计5. 材料性能数据库6. 其它问题 2.1.1基础内容 材料性质：是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的应。

材料性质描述• 力学性质；强度，硬度，刚度，塑性，韧性物理性质；电学性质，磁学性质，光学性质，热学性质 化学性质；催化性质，防化性质 结构材料性质的表征----材料力学性质 强度：材料抵抗外应力的能力。

塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能 力。

硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。

刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。

疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。

抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载荷）作用下抵抗变形的能 力。

韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。

6强度范畴刚度范畴塑性范畴韧性范畴应力应 变2.1.1基础内容7材料的物理性质磁学性质光学性质电学性质· 导电性 · 绝缘性 · 介电性· 抗磁性 · 顺磁性 · 铁磁性· 光反射 · 光折射 · 光学损耗 · 光透性热学性质· 导热性 · 热膨胀 · 热容 · 熔化注：上面只列出了材料的主要物理性质2.1.1基础内容物理性质的交互性----材料应用的关键点现代功能材料不仅仅表现出单一的物理性质，更重要的是具备了特 殊的物理交互性。

例如： 电学----机械 电致伸缩 机械----电学 压电特性 磁学----机械 磁致伸缩 电学----磁学 巨磁阻效应 电学----光学 电致发光 性能定义在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的 规范所获得的表征参量。