材料科学与工程教程24

材料科学与工程开设课程
摘要：
1.材料科学与工程的概述
2.材料科学与工程的专业课程设置
3.材料科学与工程的实践性课程设置
4.材料科学与工程的选修课程设置
5.材料科学与工程课程的重要性
正文：
一、材料科学与工程的概述
材料科学与工程是一门研究材料结构、性能、制备和应用的学科，它涵盖了金属、陶瓷、聚合物和复合材料等各种材料。

材料科学与工程专业旨在培养具备创新能力、实践能力和广泛应用知识的高素质人才。

二、材料科学与工程的专业课程设置
材料科学与工程专业的课程主要包括基础课程和专业课程。

基础课程旨在为学生提供扎实的理论基础，包括高等数学、线性代数、大学物理、化学、力学等。

专业课程则涵盖了材料科学的基础理论、材料物理、材料化学、材料力学、材料工程基础等。

三、材料科学与工程的实践性课程设置
材料科学与工程的实践性课程主要包括实验课和实习。

实验课旨在让学生通过实验了解和掌握材料科学的基本实验技术和方法，包括材料制备、材料性能测试、材料结构分析等。

实习则让学生在实际的工作环境中应用所学的知识和技能，提高学生的实践能力和就业竞争力。

四、材料科学与工程的选修课程设置
材料科学与工程的选修课程主要包括材料科学研究方法、材料工程设计、材料科学与工程前沿、材料科学与工程伦理等。

这些课程旨在拓宽学生的知识面，提高学生的研究能力和综合素质。

五、材料科学与工程课程的重要性
材料科学与工程课程的重要性不言而喻。

它是我国战略性新兴产业的重要组成部分，对我国的经济发展、国防建设和民生改善都有着重要的影响。

《材料科学与工程专业导论》课程大纲一、课程概述课程名称（中文）：材料科学与工程专业导论（英文）：Fundamentals of Materials Science and Engineering 课程编号：14241014课程学分：0.5 学分课程总学时：8学时课程性质：专业课二、课程内容简介（300字以内）本课程以四个讲座的形式主要介绍了材料科学与工程领域的基本专业知识。

主要内容包括材料概述、材料性质、材料的基本性能；生物质基工程材料种类、性能及其相关性质；生物质材料结构特点及其主要品质因子；生物质材料与生物质材料科学发展背景、基本内涵、研究重要意义和发展趋势。

三、教学目标与要求通过本课程的学习，让学生初步了解材料科学与工程专业的研究方向。

有一定的感性认识。

四、教学内容与学时安排第一讲绪论（2学时）1. 教学目的与要求：介绍材料科学与工程专业研究的对象和内容；简单了解生物质材料的性质、结构。

组成和应用。

2. 教学重点与难点：重点与难点：生物质材料的性质。

第一节《材料科学与工程》专业介绍（0.5学时）第二节材料的分类、性质（0.5学时）第三节生物质材料的概述（1学时）第二讲生物质基工程材料（2学时）1. 教学目的与要求：生物质基工程材料的种类、性能及其相关性质；生物质基工程材料在国民经济中应用。

2. 教学重点与难点：重点与难点：生物质基工程材料的性质及应用。

第一节生物质基工程材料的概述（0.5学时）第二节生物质基工程材料的性能（1学时）第三节不同生物质基工程材料的应用（0.5学时）第三讲生物质材料结构特点及其主要品质因子（2学时）1. 教学目的与要求：了解生物质资源的类别及其重要性、把握生物质材料结构特点与应用之间的关系，重点掌握影响生物质材料的品质因子及应用上的应对措施。

2. 教学重点与难点：重点在于理解生物质材料结构特点与应用之间的关系，难点是生物质材料主要品质因子确定、分析和应对措施的掌握。

材料科学与工程主修课程
材料科学与工程是一门综合性学科，涉及到物质的结构、性能及其制备、加工等方面。

以下是主修课程列表以及简要介绍。

1. 材料科学导论：介绍材料科学与工程的基本概念、研究内容、研究方法和应用领域。

2. 材料物理化学：介绍材料的物理与化学性质，如红外光谱、热力学性质、表面化学性质等。

3. 材料表征与测试技术：学习各种材料性能测试方法的基本原理和操作技巧，如扫描电镜、原子力显微镜等。

4. 材料结构与性能：介绍材料的晶体结构、晶格缺陷、相变行为等基本概念，并探讨材料结构与性能之间的关系。

5. 材料制备技术：学习材料的制备方法和工艺流程，如冶金、陶瓷、高分子、纳米等材料制备技术。

6. 现代材料加工技术：介绍材料加工的基本原理、方法和技术，包括锻造、热处理、焊接、铸造等现代加工技术。

7. 资源材料研究与开发：学习资源型材料，如矿产资源、植物资源、动物资源等的开发和利用。

8. 工程材料的性能与使用：学习工程材料的力学性能、耐热性能、耐蚀性能、耐磨性能等方面的性能特点，以及工程材料的选型和应用。

通过以上主修课程的学习，能够掌握材料科学的基本理论、测试技术和制备技术。

同时也能够了解不同材料的特性和应用范围，以及实际工程中的应用情况。

材料科学与工程基础课后习题答案习题1题目：什么是材料的物理性质？举例说明。

解答：材料的物理性质是指材料在没有发生化学变化的情况下所表现出的性质。

这些性质可以通过物理测试来测量和确定。

举例来说，导电性和热导性就是材料的物理性质之一。

例如，金属材料具有良好的导电性和热导性，能够传递电流和热量。

而绝缘材料则具有较低的导电性和热导性，不易传递电流和热量。

习题2题目：简述晶体结构和晶体缺陷的区别。

解答：晶体结构是指材料中原子或离子的排列方式和规律。

晶体结构可以分为晶格、晶胞和晶体点阵等几个层次。

晶格是指晶体内部原子或离子排列的周期性重复性。

晶胞是晶格的一个最小重复单元，由晶体中少数几个原子或离子构成。

晶体点阵是指晶格的三维空间排列方式。

晶体缺陷是指晶体结构中存在的瑕疵或缺陷。

晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷是指晶体结构中原子或离子的位置发生了失序或替代，造成了空位、间隙原子、杂质原子等。

线缺陷是指晶体结构中存在了位错或脆性裂纹等缺陷。

面缺陷是指晶体结构中存在了晶界或孪晶等缺陷。

习题3题目：为什么变形会引起材料性能的改变？解答：变形是指材料在外力作用下发生的形状和大小的改变。

变形可以导致材料性能的改变主要有以下几个原因：1.晶体结构改变：变形会导致晶体结构中原子或离子的位置发生移动和重排，从而改变了晶体的结构和性质。

2.结晶颗粒的尺寸和形状改变：变形会导致晶体中晶界的移动和晶体颗粒的形状改变，这会影响材料的力学性能和导电性能等。

3.动态再结晶：变形过程中，材料中原来存在的缺陷和结构不完善的区域可能会发生动态再结晶，从而改善了材料的性能。

4.内应力的释放：变形会导致材料内部产生应力，这些应力可能会引起材料的开裂、断裂和强度变化等。

综上所述，变形会引起材料性能的改变是由于晶体结构、结晶颗粒、动态再结晶和内应力等因素的综合作用所导致的。

习题4题目：什么是材料的力学性能？举例说明。

解答：材料的力学性能是指材料在力学加载下所表现出的性能。

材料科学与工程主要课程1.材料科学基础：这门课程主要介绍材料科学的基本概念和原理，包括材料的结构、性能、加工和应用等。

学生将学习材料的晶体结构、相变、材料力学等基础知识，并了解不同材料的特性和应用。

2.材料物理学：这门课程重点研究材料的物理特性与材料结构之间的关系，包括电子结构、磁性、光学性质等。

学生将学习材料的能带结构、电子输运、磁性材料的磁性行为等内容，为后续的材料设计和物性调控打下基础。

3.材料化学：这门课程主要研究材料的化学性质和材料与化学反应之间的关系。

学生将学习材料的表面化学、界面反应、材料的稳定性等内容。

这门课程对于理解材料的耐久性、防腐蚀性和材料与其他物质的相互作用具有重要作用。

4.材料加工：这门课程主要介绍材料的加工过程和加工技术，包括铸造、锻造、焊接、涂层等。

学生将学习材料加工的原理和方法，了解材料加工的参数选择、控制和应用。

这门课程培养学生的实践操作能力和工程应用能力。

5.材料性能测试与分析：这门课程主要介绍材料的性能测试方法和分析技术，包括力学性能测试、热性能测试、电子显微镜等。

学生将学习材料测试的原理和方法，了解不同测试技术的应用范围和操作步骤，培养学生的实验技能和数据处理能力。

6.材料设计与选择：这门课程主要介绍材料设计的方法和原则，包括结构设计、参数选择和性能优化等。

学生将学习材料设计的基本思路和流程，了解不同材料的设计原则和应用场景。

这门课程培养学生的创新思维和实际应用能力。

除了上述常见的材料科学与工程主要课程，不同学校和专业还有一些专业方向的课程，如纳米材料、能源材料、生物材料等。

这些专业方向的课程通常涉及更加前沿和热点的研究领域，培养学生在特定领域的深度理解和专业能力。

材料科学与工程教案一、教学目标材料科学与工程是一门涉及材料结构、性能及其应用的学科，该教案的目标是使学生能够理解和应用材料科学的基本原理，掌握材料工程设计和制备的基本方法，并具备解决工程问题的能力。

二、教学内容本教案主要涵盖以下内容：1. 材料科学基础知识：包括材料的分类、结构与性能的关系、相图等。

2. 材料工程设计：介绍材料选型、材料性能测试与评价等。

3. 材料制备与加工技术：包括材料的化学合成、物理制备、表面处理等。

4. 材料性能测试与分析：介绍常用的材料性能测试方法和分析手段。

5. 材料应用与发展：探讨材料科学的前沿领域和应用案例。

三、教学方法本教案采用以下教学方法：1. 讲授与演示相结合：通过教师的讲解与示范，向学生介绍材料科学的基本理论和实践操作。

2. 实验与实践：组织学生进行实验和实践操作，培养学生的实际动手能力和解决问题的能力。

3. 互动讨论：鼓励学生提问与思考，在课堂上进行互动交流，促进学生思维的活跃与深入。

四、教学流程第一课时：1. 导入：通过引入材料科学与工程的相关案例，引发学生对材料科学的兴趣。

2. 知识讲解：介绍材料科学的定义、研究内容和意义。

3. 实例分析：通过实例分析，解释材料结构、性能与应用之间的关系。

第二课时：1. 导入：通过回顾上一课时的内容，激发学生对材料科学的思考。

2. 知识讲解：详细介绍材料的分类和材料性能的评价方法。

3. 实践操作：组织学生进行材料性能测试实验，通过测试结果来评价材料的优缺点。

第三课时：1. 导入：通过引入一个实际工程问题，激发学生对材料应用的兴趣。

2. 知识讲解：讲解材料工程设计的基本方法和流程。

3. 实践操作：要求学生选择合适的材料应用于给定的工程问题，并设计相应的工程解决方案。

第四课时：1. 导入：通过展示材料制备与加工的实际应用，引发学生对材料制备技术的探索。

2. 知识讲解：介绍材料的制备与加工技术，包括化学合成、物理制备和表面处理等。

材料科学与工程开设课程材料科学与工程（Materials Science and Engineering）是一门跨学科的学科，它涵盖了材料的合成、加工、结构、性能和应用等方面，目的是研究材料的构成、行为和性能，以及通过深入理解材料的原子和分子结构来控制和改进材料的性能。

作为一门重要的学科，材料科学与工程涉及到许多关键的课程。

以下是一些常见的材料科学与工程课程：1.材料科学基础课程：在这些课程中，学生将学习材料科学与工程的基本原理和基础知识，如晶体学、相图、热力学、力学行为和材料性能等。

2.材料合成与加工课程：这些课程着重于材料的制备和加工方法，包括陶瓷、金属、高分子和复合材料等材料类型。

学生将学习不同的合成和加工技术，如凝胶法、溶胶-凝胶法、熔融法、挤压和烧结等。

3.材料性能与分析课程：这些课程关注材料的性能测试和分析方法，学生将学习如何评估材料的机械、热、电和化学性能。

常用的测试技术包括扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和热分析等。

4.材料结构与组织课程：这些课程介绍了材料的结构与组织对其性能和行为的影响。

学生将学习晶体结构、晶粒和晶界、缺陷和析出物等基本概念。

此外，还将介绍一些常见的组织调控方法，如热处理和力学变形等。

5.材料力学与疲劳课程：这些课程关注材料的力学行为和疲劳性能。

学生将学习材料的弹性、塑性和断裂行为，以及疲劳现象的成因和预防方法。

6.材料表面与界面课程：这些课程涉及材料的表面现象和界面现象。

学生将学习各种表面改性和涂层技术，以及如何控制材料的界面性能。

7.先进材料与纳米材料课程：这些课程关注最新的材料研究领域，如纳米材料、功能材料和生物材料等。

学生将学习这些新材料的合成、性能和应用。

8.材料应用与工程课程：这些课程着重介绍材料在不同领域的应用，如能源、医疗、环境和航空航天等。

学生将学习如何选择和设计合适的材料，以满足特定的应用需求。

材料科学与工程课程通常结合理论学习和实践训练，学生将在实验室中进行材料制备和测试，以及进行模拟和建模分析。

材料科学与工程综合实验（Comprehensive Experiments of Materials Science and Engineering）课程代码：07410085学分：1学时：32先修课程：材料科学基础，材料科学研究方法，材料测试方法，材料力学性能，材料物理性能适用专业：复合材料工程教材或实验指导书：（选填）一、课程性质与课程目标（一）课程性质本课程针对材料科学与工程大类专业完成本专业的基础课程的理论学习后开设的对应实验课程，旨在为培养学生实际动手操作能力，加深学生对材料科学与工程先导课程中基础理论知识的理解，学会综合运用各种测试方法、表征手段与工具等解决材料科学与工程实际问题的能力。

（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。

应包括知识目标和能力目标。

）课程目标1：掌握材料科学研究所需的各种微观组织表征手段，如X射线衍射仪、光学金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等设备用于表征材料的微观结构；课程目标2：掌握材料科学研究所需的各种力学和物理性能测试方法如硬度、拉伸和压缩试验、冲击韧性、摩擦磨损等力学性能测试手段和热膨胀系数、导电性等物理性能测试手段用于获得材料内在的性能参数；课程目标3：掌握利用文字报告、图表等对材料科学与工程领域的实验数据的表达和解析能力。

注：工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准；（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点：1.毕业要求指标点3-2. 能够在社会、环境、法律等现实约束条件下，通过技术经济环境评价对设计方案的可行性进行研究。

2.毕业要求指标点4-4. 能对实验数据或结果进行正确的分析和解释，并通过信息综合归纳总结有效的结论。

注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“✓”，也可标注“H、M、L”。

二、本课程开设的实验项目注：1.类型：指验证性、综合性、设计性等；2.要求：指必做、选做。

材料科学与工程课程大纲一、课程概述材料科学与工程是一门综合性的学科，涉及材料的结构、性能和应用。

本课程旨在系统地介绍材料科学与工程的基本理论和实践技能，培养学生的材料科学思维和解决实际问题的能力。

二、课程目标1. 理解材料科学与工程的基本概念和原理；2. 掌握材料的组成、结构和性能的关系；3. 学习各类材料的制备和加工技术；4. 培养材料测试和分析的实验技能；5. 能够评估和选择适合特定应用的材料。

三、课程大纲1. 材料科学与工程导论1.1 材料的定义和分类1.2 材料科学的发展历程1.3 材料的特性和需求2. 材料结构与性能2.1 原子结构与晶体结构2.2 晶体缺陷和非晶态材料2.3 相变与相图2.4 材料的力学性能2.5 热学性能和电学性能3. 材料制备与加工3.1 金属材料的制备和加工3.2 非金属材料的制备和加工3.3 聚合物材料的合成和成型3.4 先进制备技术（如纳米材料制备）4. 材料表征与测试4.1 材料测试的基本原理和方法4.2 机械测试和力学性能测试4.3 热学测试和热学性能评价4.4 光学测试和光学性能评价4.5 电学测试和电学性能评价4.6 表面和界面测试技术5. 材料应用与案例分析5.1 结构材料的应用和工程案例5.2 功能材料的应用和工程案例5.3 先进材料的应用和工程案例四、教学方法本课程采用多种教学方法，包括课堂教学、实验教学和案例分析。

课堂教学以理论讲解和案例分析为主，引导学生思考和探索。

实验教学通过实验操作和数据分析，提高学生的实践能力和问题解决能力。

案例分析通过真实案例的讨论和分析，培养学生的综合素养和创新思维。

五、考核方式1. 平时成绩（40%）：包括课堂参与和作业完成情况；2. 实验成绩（30%）：包括实验操作、数据分析和实验报告；3. 期末考试（30%）：笔试形式，测试学生对课程内容的理解和应用能力。

六、参考教材1.《材料科学基础》（第三版），作者：吴志明2.《现代材料科学与工程导论》（第四版），作者：William D. Callister Jr.等七、备注本课程注重理论与实践的结合，鼓励学生思考和提问。

2-2： 12Mg: 25.11172-3: N 壳层: 共32个电子；K 、L 、M 、N 全满时： 70个2-4 O 壳层： 共50个电子K 、L 、M 、N 、O 全满时： 102个2-6： CO 2： C sp 杂化，CH 4： C sp 3杂化，CH 2=CH 2： C sp 2杂化，H 2O ： O sp 3杂化，苯环： C sp 2杂化，羰基： C sp 2杂化。

2-10：若(按K +半径不变) 求负离子半径, 则：CN=6 r - = 0.321 nmCN=4 r - = 0.591 nmCN=8 r - = 0.182 nm2-11：（a ）: 一个Au 原子： 3.274×10-22（g ）（b ） （b ） 5.895×1019(个)（c ） （c ） v = 1.696×10-2（cm 3）(d) v’ = 1.253×10-2 (cm 3)(e) (e) v’/ v = 73.88%2-12 3.41 (g/cm 3)2-14 （a ） PF = 0.74（b ） PF = 0.64结论: (1) 同种原子晶体的致密度只与晶胞类型相关,与原子尺寸无关(2) 化合物晶体的离子致密度与离子大小相关2-15 2-15: x = 2 (个)2-16: V = 35.3 (A 0)32-17 面心立方: 0.74体心立方: 0.68密排六方: 0.742-182-20 (a) 8.07×1020 (个)(b) 1.79×10-22 (g)2-21 (a) 1.5346 ×1019个(b) (b) 0.6845mm(c) (c) 钡属于 体心立方结构(致密度0.68)2-22 x = 4 (4个Mg 2+, 4个O 2-)2-24 过 (0, -1/2 , 0) , (1, 1/2 , 1) 点2-25 (a)θ=35.3°(b)θ=35.3°八面体间隙四面体间隙2-26 (3 2 0)2-27 (2 3 3)2-28 (a) [1 1 1] 和 [1 1 1](b) [1 1 0]2-29 (a) λ= 0.154 (nm)(b) (b) 2θ= 10.24°2-30 d 200= 0.2×10-9m a =0.4nm2-31 0.598 (A 0)2-33 Li:6.94 F:19 Mg:24.31 O:16MgO: 40 (w%)LiF: 60 (w%)(a) Li +: 16 (w%) F -: 44 (w%)Mg 2+: 24.1 (w%) O 2-: 15.9 (w%)2-37 ρ= 5.73 (g/cm 3)2-39 (1) ΔV / V = (0.0486-0.0493)/0.0493 = - 0.014 = - 1.4%(2) (2) 室温至912℃, 体积增大; 912℃, 体积减小；912℃至1000℃, 体积增大2-41 溶入的Sn 重量为 45.25(g)2-42 300 ~ 700℃: α相；800℃: β相；1000℃: 液相2-45 J= 1.05×1019/m 2sJ u C= 84原子/min2-46右螺型 左螺型滑移矢量平行位错线 2-49 D =1.13×10-17 (m 2/s)2-50 x=75%a=5%y=15%正刃型 滑移矢量垂直位错线 负刃型3-6 结晶性：1，2，3，6，7，10非结晶性：5，8，9，11，（12，4）3-19 非桥氧的分数0.2153-21 临界半径比：r/R(1)(1)立方体配位：0.732(2)(2)八面体配位：0.414(3)(3)四面体配位：0.255(4)(4)三角形配位：0.1553-22立方晶系：Ca2+占立方体顶角，O2-占立方体面心，Ti4+占立方体体心配位数：Ca2+为12（12个O2-），Ti4+为6（6个O2-），O2-为（4个Ca2++2个Ti4+）3-25（a）：F （铁素体）+ A（奥氏体）（b）：F 0.01%C; A 0.4%C.(c): A是48.7%; F是51.3%.3-37 1.01×106g/m3 (1.01g/m3)4.1 V= 0.06638(nm3)4.2 0.37的黄铜大。

材料科学与工程基础
材料科学与工程是一门研究材料的结构、性能、制备和应用的综合性学科。

在
现代工程领域中，材料科学与工程的基础知识至关重要，它涉及到材料的选择、设计、加工和性能评价等方面，对于提高产品质量、降低成本、延长使用寿命都起着至关重要的作用。

材料科学与工程的基础知识主要包括材料的结构与性能、材料的制备与加工、
材料的表征与测试等内容。

首先，材料的结构与性能是材料科学与工程的核心内容之一。

材料的结构包括原子结构、晶体结构和晶粒结构等，而材料的性能则包括力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。

通过对材料的结构与性能进行深入的研究，可以为材料的设计和应用提供重要的理论基础。

其次，材料的制备与加工是材料科学与工程的另一个重要内容。

材料的制备包
括熔炼、溶解、沉淀、成型等过程，而材料的加工则包括锻造、轧制、挤压、注塑等工艺。

通过对材料的制备与加工进行研究，可以实现材料的精密控制和优化，从而提高材料的性能和降低成本。

最后，材料的表征与测试也是材料科学与工程的重要组成部分。

材料的表征包
括显微结构观察、成分分析、物相分析等内容，而材料的测试则包括力学性能测试、热学性能测试、电学性能测试和光学性能测试等。

通过对材料的表征与测试，可以全面了解材料的性能特点，为材料的选用和应用提供科学依据。

综上所述，材料科学与工程基础知识对于现代工程领域具有重要意义。

掌握材
料的结构与性能、制备与加工、表征与测试等基础知识，可以为工程技术人员提供科学的指导，从而实现产品质量的提高和技术水平的提升。

希望本文所述内容能够对材料科学与工程的学习和研究有所帮助。

《材料科学与工程基础》课程教学大纲英文名称：Fundamentals of Materials Science and Engineering课程类型：学科基础课课程要求：必修学时/学分：32/2适用专业：高分子材料与工程材料科学与工程材料学一、课程性质与任务材料科学与工程基础是高分子材料与工程专业专业基础课。

本课程将系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形与强化、材料的亚稳态。

本课程着眼于材料基本问题、从材料的基本理论出发，将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。

通过理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析和解决问题，探索新知识的能力。

本课程也是高分子材料与工程专业的技术基础课，它为该专业学生的后续课程，如材料加工成型、材料热处理、材料的性能、工程材料学、材料测试、材料的近代研究方法、计算机在材料科学中的应用等提供基础。

本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本设计方法的讲解；在培养实践能力方面着重设计构思和基本设计技能的基本训练，使学生对材料合成与制备过程中的应用型知识有一定的了解并具有一定的设计能力。

二、课程与其他课程的联系学习本课程之前应该修完无机化学、物理化学，为材料结构的讲解奠定基础。

三、课程教学目标1．学习材料科学与工程基础知识和基本理论知识，掌握常用材料的结构分析方法、特性等基本知识；掌握材料科学的基础理论知识、材料合成及改性的方法，具有开发新型材料及产品的初步能力；具有对现有通用产品的生产和操作能力；具有常规分析仪器的操作和检测能力；具有进行技术经济分析和管理的初步能力。

3．学习常用的材料的设计原理、方法和设计等的一般规律，具有设计和检测常用工程材料的能力；掌握常规材料的生产及材料测试分析及表征设备的操作；能够进行专业实验的设计、操作、执行和结果分析，在专业实验中能够综合运用所学的基础理论解决合成和改性方面的工程实践问题的能力。

《材料科学学与工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：《材料科学与工程基础》（Fundations of Materials Science and Engineering ）课程号（代码）：30004030课程类别：专业基础课学时：48 学分：3二、教学目的及要求材料科学是六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。

材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程专业的学生必须具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。

本课程详细阐述高分子材料、金属材料、无机非金属材料、复合材料等。

从材料科学与工程的角度出发，说明各种材料的共性规律及个性特征。

使学生从原理上认识高分子材料的基本属性，及其在材料领域中的地位和作用。

三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并红字方式注明重点难点）第一章绪论（1学时）简要介绍材料的定义及分类，材料科学与工程的基本内容。

使学生对本课程的学习内容和学习方法建立整体概念。

要点：材料的定义、分类材料科学与工程的定义、性质、重要性（举例）课程学习的目的、方法、要求第二章物质结构基础（15学时）按照从微观到宏观、从内容到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序，阐述原子结构、原子间相互作用和结合方式，与固体内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构及变化规律之间的相互关系。

使学生对材料组成（成分）与物质结构的内在联系有较系统、深刻的理解。

1、原子结构及原子之间相互作用、结合及排列（3学时）要点：物质与材料的区别四个量子数的物理意义原子中电子壳层数目、电子填充方式和原则、表达方式电子能级及电子的稳定性原子间相互作用的内在因素和结合类型与性质原子的间距和半径，空间排列状态及配位数键性与键能2、多原子体系中电子的相互作用与稳定性（2学时）要点：原子杂化轨道的类型及空间图形分子轨道的意义、类型及空间图形能带、能隙、带宽等基本概念、导体、绝缘体、导体的能带特点费米能级的基本概念、费米分布的特点和分布函数3、固体中的原子有序（3学时）要点：对称图形和对称操作点阵的意义和特点晶胞的表示和定位、晶系和空间点阵型式晶向、晶面的表示及其指数的计算晶面间距及测定、公式（2-45、2-48）晶体结构与键合性质的关系面心立方、体心立方、密排六方晶体的主要参数和计算方法（点阵常数、晶胞中原子数、致密度、密度、原子间距、配位数；间隙类型、数量和大小）离子晶体的配位数和晶格类型4、固体中的原子无序（3学时）要点：固溶体的概念、分类及典型结构特点点缺陷的主要类型，金属晶体中的空位计算棱位错和螺旋位错的特征和区别、位错线与柏格斯矢量非晶体的结构模型、分布函数及其图形体积扩散机制、扩散激活能和FICK第一定律、公式（2-80、2-81）5、固体中的转变（2学时）要点：四种转变类型及特点一级相变和二级相变的数学表达式及物理意义相律和相图，公式（2-90）二元相图（匀晶、共晶）：特征点、线、区域的意义杠杆法则及计算公式（2-94）6、固体物质的表面结构（1学时）要点：表面张力和表面能的概念表面结构特点与成因表面能与表面特性的关系润湿过程的种类及公式（2-107、2-108、2-109、2-115）粘附公式（2-121）7、小结（1学时）归纳、讨论第二章基本概念和作业中的问题第三章材料的组成及结构（8学时）从材料的组成（成分）入手，详细阐述高分子材料、金属材料、无机非金属材料，及其多相多组分复合材料的聚集态结构和宏观组织结构特点。

材料科学与工程基础材料科学与工程基础材料科学与工程是一门研究物质如何组织成为我们身边各种物品并且如何对其进行改进的学科。

它涉及多个学科领域，如物理学、化学、工程学、生物学等。

材料科学和工程是现代工业的支柱，它为各个行业提供了材料和技术支持。

材料科学与工程的研究范围包括但不限于制造、加工、处理、改善或改进各种物料的物理、化学、力学、热学、电学、磁学、光学特性以及与环境的互作用。

这些物质可以是金属、陶瓷、聚合物、纳米材料、高分子、生物材料等。

材料科学与工程涉及到的主要领域包括材料加工、材料性能、材料选型、材料表征以及材料应用等。

这些领域在现代工业中非常重要，我们需要了解它们的基本原理。

材料加工是将原材料转化成具有有用性质的物品的过程。

它包括材料的分离、精细加工、成型、热处理、涂覆等步骤。

这些步骤中有许多物理和化学过程，并且许多加工方法涉及到了其他领域的知识，如物理、化学、力学和数学等。

因此，材料加工是材料科学和工程的一个非常重要的领域。

材料性能是指材料在特定条件下的性质和行为，包括机械、电学、热学、光学等因素。

材料性能对于材料的选择、设计和制造有重要影响。

材料科学和工程的任务之一就是评估和优化材料的性能。

材料选择是一种优化的过程，它涉及到多方面的考虑，包括材料性能、生产成本、环保要求和适用于的用途等。

材料科学和工程需要了解市场、技术和法规等多个方面，以便在选择材料时做出明智的决策。

材料表征是将材料的内部和表面结构进行分析的科学过程，涉及到多种技术，如显微镜、X射线衍射（XRD）和红外光谱（FTIR）等。

这些技术可以帮助分析材料的性质和改进材料的性能。

材料应用是材料科学和工程中的另一个重要领域。

我们使用材料的场合是多种多样的，如航空、汽车、医疗和建筑等。

在每个领域，材料要求不同，因此，实际的应用需要进行精细的设计和开发，以满足特定要求。

总之，材料科学与工程是一个充满挑战和机遇的领域，在未来的发展中也将继续发挥重要作用。

《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案第二章2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。

2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。

2-3.试计算N壳层内的最大电子数。

若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算O壳层内的最大电子数。

并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。

2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。

2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：（1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合（3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合（5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？2-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。

材料科学与工程必修课材料科学与工程这门课，听上去挺高大上的，但其实呢，它就像一块神奇的拼图，让我们能把世界上各种各样的材料组合在一起。

想象一下，你手里拿着一块光滑的玻璃，心里在想它是怎么来的。

没错，就是材料科学在背后默默地工作。

就像厨师调配菜肴，每种材料都有自己的特性，搭配得当，才能做出美味佳肴。

我们身边的材料，真的是多得数不胜数。

钢铁、塑料、陶瓷，甚至你喝的水，都是材料科学的成果。

想想看，钢铁让建筑物巍峨耸立，塑料则让我们的生活便利无比。

嘿，谁能想象没有塑料的时代？买个东西，得小心翼翼，像捧着个易碎品。

那时候，日常生活可真是一场冒险啊！材料科学就像是我们生活的隐形英雄，时时刻刻在守护着我们。

再说到材料的特性，简直是千姿百态。

有些材料坚如磐石，有些则轻如鸿毛。

比如说，铁的强度就让人刮目相看，可一旦遇到氧气，它就开始生锈，像个老头儿一样，慢慢变得不堪一击。

相反，铝轻便又不容易生锈，简直是个“反叛者”，在材料界混得风生水起。

嘿，听到这儿，你是不是也开始觉得这些材料就像是人一样，有着自己的性格和故事？说到这里，咱们得聊聊材料的用途。

那些飞行器、汽车、手机，统统都离不开材料科学的加持。

每次看到飞机飞过天空，我就想，它那机身可是经过多少次试验，才有今天的“翅膀”。

工程师们就像是魔法师，能把冷冰冰的材料变成我们生活中必不可少的东西。

可是，造飞机可不是儿戏，得考虑的因素可多了。

材料的强度、耐热性、耐腐蚀性，统统都得考虑进去。

想象一下，一个小小的失误，可能就会造成严重的后果。

在学习这门课的时候，我们也得面对各种挑战。

实验室里的那些化学药品，别看它们不起眼，可是稍微不小心，就会玩火自焚。

嘿，谁说科学是件轻松的事？不过，越是困难的东西，越是能让我们成长。

材料科学就像是人生的缩影，总是充满了意外和惊喜。

在失败中学习，在探索中进步，这才是材料科学的真谛。

材料科学也在不断地发展，科技日新月异，咱们的材料也越来越牛。

比如，现在的碳纤维材料，轻巧又坚固，简直是“材料界的网红”。