材料科学基础 学习指南

无机材料科学基础学习指导课程简介一、课程意义人造材料金属材料无机非金属材料有机高分子材料复合材料传统无机材料新型无机材料硅酸盐材料结构材料功能材料水泥玻璃陶瓷搪瓷高温电子磁性压电铁电耐火材料胶凝材料热敏、气敏、光敏、湿敏半导体磨具磨料热学生物催化剂及载体填料在人民的日常生活中，在基本建设工程中，在各种工业生产中，在现代国防和现代科学技术中，无机材料都有着各式各样的用途，其用量之大居于所有人造材料首位。

因此在无机材料的生产过程中，如何合理地使用原材料，提高产品质量，改善产品性能，缩短生产周期，减少能源消耗，降低生产成本，对于提高人民生活水平和促进国民经济和科学技术发展，具有十分重要的意义。

不言而喻，要解决上述问题，必须深入研究各种无机材料制备和生产过程中的内在物理化学变化规律，用现代科学理论来指导生产实际活动。

无机材料是一门高温化学工业，其生产过程包括多种物理化学变化，所以说，无机材料的发展，依赖于物理化学知识的丰富。

二、课程形成、地位及内容1．形成：《物理化学》→ 《硅酸盐物理化学》→ 《无机材料物理化学》→ 《无机材料科学基础》2．地位：《物理化学》、《结晶化学》→ 《无机材料物理化学》→ 《无机材料工艺学》《硅酸盐物理化学》是在《物理化学》原理的基础上总结了硅酸盐工业生产的共性规律而形成，是硅酸盐材料科学的重要基础理论部分。

近二十年来，技术革新的浪潮席卷全世界，作为技术革新支柱的新材料也飞速发展，在传统硅酸盐材料基础上发展出各种结构和功能材料，其成分已远远超出硅酸盐范畴，总称为无机非金属材料。

与此相应，作为基础理论的《硅酸盐物理化学》也有了蓬勃发展。

除《物理化学》原理以外，《固体物理》、《结构化学》、《结晶化学》等的理论不断渗透进来，涉及的范围日益广泛，理论日益深化，从而改名为《无机材料科学基础》。

所以说《无机材料科学基础》是从无机材料领域内的各种材料制品的工艺技术实践中总结出来的共性规律而形成的。

四年制本科材料科学与工程专业用80 学时 4 学分一、课程性质和任务《材料科学基础》是材料科学方法与工程专业一级学科公共主干课，是介于普通基础课与专业课之间的专业基础课。

本课程将系统全面介绍材料科学的基础理论知识，诸如固体材料的结合键，材料的结构与性能，材料中的扩散，材料的相变，材料的塑性变形与强化，以及材料科学研究方法等，将金属材料、无机非金属材料、聚合物材料密切地结合在一起，使学生更好地把握材料的属性，熟悉材料的共性，为后继课程的学习、进一步深造和从事科技工作奠定基础。

二、课程学习的目标和基本要求：通过学习，要求学生掌握材料组织结构—成份—工艺—性能相互关系的基本规律和基本理论，深入理解材料组织结构—成份—工艺—性能相互关系，培养学生应用所学的知识，分析、解决材料研究、开辟和使用中实际问题的能力。

初步掌握材料科学研究的思路和方法，为后续课程的学习和进一步深造奠定理论基础。

本课程重点是料组织结构—成份—工艺—性能相互关系的基本规律和基本理论，如材料结构与缺陷，材料凝固与相图，塑性变形与强韧化等，并能应用所学的理论分析和解决实际问题。

难点是材料结构，位错理论，合金凝固，二元相图，三元相图，材料强韧化，晶体塑性变形等，无机化学、物理化学、材料力学三、课程内容及学时分配•第一章材料的结构( 22 学时)1.1 晶体学基础1.2 常见的晶体结构1.3 固溶体的晶体结构1.4 金属间化合物的晶体结构1.5 硅酸盐结构1.6 非晶态固体结构1.7 固体的电子能带结构理论1.8 团簇与纳米材料结构1.9 准晶结构本章重点：• 结晶学基础知识 (晶体的概念与性质、晶体宏观对称要素、晶体定向、• 单位平行六面体的划分、配位数与配位多面体的概念、鲍林规则 )。

• 常见材料的结构理论与模型 (常见无机化合物的晶体结构、硅酸盐晶体结构分类及特征、固溶体晶体结构类型及影响因素、缺陷化学反应表示法、金属间化合物的结构类型及影响因素，玻璃的结构)。

《资料科学基础》教课教课设计导论一、资料科学的重要地位生产力发展水平，时代发展的标记二、各样资料概略金属资料陶瓷资料高分子资料电子资料、光电子资料和超导资料三、资料性能与内部构造的关系原子构造、联合键、原子的摆列方式、显微组织四、资料的制备与加工工艺对性能的影响五、资料科学的意义1第一章资料构造的基本知识1-1原子构造一、原子的电子摆列泡利不相容原理最低能量原理二、元素周期表及性能的周期性变化1-2原子联合键一、一次键1．离子键2．共价键3．金属键二、二次键1．范德瓦尔斯键2．氢键三、混淆键四、联合键的实质及原子间距双原子模型五、联合键与性能§1-3原子摆列方式2一、晶体与非晶体二、原子摆列的研究方法1-4晶体资料的组织一、组织的显示与察看二、单相组织等轴晶、柱状晶三、多相组织1-5资料的稳态构造与亚稳态构造稳态构造亚稳态构造阿累尼乌斯方程3第二章资猜中的晶体构造2-1晶体学基础一、空间点阵和晶胞空间点阵，阵点（结点）晶格、晶胞坐标系二、晶系和布拉菲点阵7个晶系14个布拉菲点阵表2-1三、晶向指数和晶面指数1．晶向指数确立方法，指数含义，负方向，晶向族2．晶面指数确立方法，指数含义，负方向，晶向族3．六方晶系的晶向指数和晶面指数确立方法，换算4．晶面间距密排场间距大5．晶带订交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合晶带定律：hu+kv+lw=04●晶向指数和晶面指数确立练习，例题2-2纯金属的晶体构造一、典型金属晶体构造体心立方bcc面心立方fcc密排六方hcp1．原子的堆垛方式面心立方：ABCABCABC——密排六方：ABABAB——2．点阵常数3．晶胞中的原子数4．配位数和致密度晶体构造中任一原子四周最周边且等距离的原子数晶体构造中原子体积占整体积的百分数5．晶体构造中的空隙四周体空隙，八面体空隙二、多晶型性-Fe, -Fe, -Fe例：碳在-Fe中比在-Fe中溶解度大5三、晶体构造中的原子半径1．温度与压力的影响2．联合键的影响3．配位数的影响2-3离子晶体的构造一、离子晶体的主要特色正、负离子二、离子半径、配位数和离子的聚积1．离子半径2．配位数表2-63．离子的聚积三、离子晶体的构造规则1．负离子配位多面体规则—鲍林第一规则配位多面体是离子晶体的真实构造基元2．电价规则—鲍林第二规则3．负离子多面体共用点、棱与面的规则—鲍林第三规则四、典型离子晶体的构造§6种2-4共价晶体的构造6一、共价晶体的主要特色原子晶体二、典型共价晶体的构造7第三章晶体缺点点缺点、线缺点、面缺点3-1点缺点一、点缺点的种类空位、空隙原子Schottky,Frenkel 缺点晶个畸变二、点缺点的产生1．均衡点缺点及其浓度neC eN AexpkT2．过饱和点缺点的产生高温淬火、辐照、冷加工3．点缺点与资料行为扩散物理性能：电阻，密度减小体积增添力学性能：蠕变，强度，脆性3-2位错的基本观点一、位错与塑性变形实质折服强度远低于刚性滑移模型获得的G/30.50年月中期证明位错的存在8二、晶体中位错模型及位错易动性1．刃型位错2．螺型位错3．混淆型位错4．位错的易动性图4-12三、柏氏矢量1．确立方法2．柏氏矢量的意义原子畸变程度已滑移区与未滑移区的界限滑移矢量位错线的性质3．柏氏矢量的表示方法练习四、位错的运动1．位错的滑移外加切应力方向、晶体滑移方向、位错线运动方向与柏氏矢量之间关系图4-18、4-19、4-20，表4-12．位错的攀移经过扩散实现9割阶的产生正应力影响3．作用在位错上的力F d= b F d= b五、位错密度=S/V=n/A六、位错的察看图4-24，4-253-3位错的能量及交互作用一、位错的应变能U=Gb2二、位错的线张力图4-30=Gb/(2R)三、位错的应力场及与其余缺点的交互作用1．位错的应力场螺位错：纯剪切刃位错：正应力为主2．位错与点缺点的交互作用溶质原子形成的应力场与位错应力场可发生交互作用。

材料科学基础课程教学大纲
一、课程背景与目标
材料科学基础课程是材料科学与工程专业的一门基础性课程，旨在培养学生对材料科学基本理论和基本知识的理解和掌握，为其后续的专业学习和科研工作打下坚实的基础。

本课程通过系统地讲授材料结构、性能与应用等方面的基础知识，旨在培养学生的科学思维、分析问题和解决问题的能力。

二、教学内容
1. 材料科学基础
1.1 材料科学的发展历程
1.2 材料科学的研究方法与手段
1.3 材料科学的基本概念和专业术语
2. 材料结构与性能
2.1 材料的晶体结构与非晶体结构
2.2 材料的晶体缺陷与非晶缺陷
2.3 材料的晶体结构与性能关系
2.4 材料的物理性质与化学性质
2.5 材料的机械性能与材料强度
3. 材料制备与加工
3.1 金属材料的制备与加工
3.2 陶瓷材料的制备与加工
3.3 高分子材料的制备与加工
3.4 复合材料的制备与加工
3.5 材料制备与加工中的工艺控制与监测
4. 材料性能测试与分析
4.1 材料性能测试的基本原理与方法4.2 材料力学性能测试与分析
4.3 材料热学性能测试与分析
4.4 材料电学性能测试与分析。

材料科学基础学习指南一、材料科学基础研究的对象及内容1.研究对象本课程的研究对象为工程材料，包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。

作为一个工程师可以学习如何选择和应用材料的一般原理，即材料的内部结构及对性能的影响。

只有掌握材料科学的基础理论和知识，才能对任一种材料进行研究和应用。

2.研究的内容从实质看，是研究材料的成分―组织结构－性能之间的关系。

比如，金刚石（钻石）和石墨，都是由碳原子组成，但前者是自然界中最坚硬的固体，而后者却很软，因晶体结构不同。

又如，如果一根铁丝，可反弯曲，在应变处会发生：发热→变硬（脆）→断裂的现象，这是塑性变形导致的。

所以，材料科学基础是研究材料成分—组织、结构－性能之间关系的科学。

二、材料科学在国民经济中的地位材料在经济生活中占有极其重要的地位。

新型材料在现代文明中的地位尤为突出。

目前已涌现出各种各样的新材料，如结构与功能陶瓷、金属基复合材料、金属间的化合物与轻金属、表面改性、薄膜及生物材料，与几十年前相比，我们已进入了一个材料多样化的时代。

新材料的发展和传统材料相比，更依赖于材料理论。

正是由于新材料、新技术对材料理论的需求和推动作用，“材料科学与工程”这一新的学科才应运而生。

从二十世纪70年代以来，国内外的大学纷纷设立了“材料科学与工程系”，其中，《材料科学基础》就是该系的一门核心专业基础课。

《材料科学基础》的主要任务，是从材料内部结构探讨其性质与行为，阐明材料结构与性能之间的内在联系及规律，为认识和改进材料的性能提供必备的基础知识。

三、课程的特点和学习方法这是一门理论性和实践性都很强的课程，与基础课相比，有很大不同：书中概念多，术语多；公式、定律少，定性的描述多；内容多，需要记忆和理解的知识多。

学习时注意理解基本概念，掌握基本理论和基本公式的学习，在此基础上将相关的概念、理论进行对比、综合，找出它们之间的内在联系。

《材料科学基础》教学大纲课程名称：材料科学基础学时：48学时学分：3学分课程目标：本课程旨在培养学生对于材料科学的基础知识与理解。

通过学习材料分类、结构、性能以及材料制备和表征的基本原理，学生将掌握材料科学基础知识，为进一步深入学习高级材料科学课程打下坚实的基础。

教学内容：第一章：材料科学概论（2学时）1.1材料科学的发展历程1.2材料在人类社会中的作用和意义1.3材料科学的研究内容和方法第二章：材料结构与性能（10学时）2.1材料的结构层次2.2结晶与非晶材料2.3晶体结构与晶格常数2.4材料的缺陷与缺陷对材料性能的影响2.5材料的力学性能、热学性能、电学性能等基本性能第三章：材料制备与处理（12学时）3.1材料的物质相与相图3.2材料的熔融法制备3.3材料的溶液法制备3.4材料的气相法制备3.5材料的固相反应制备3.6材料的表面处理与改性第四章：材料表征与分析（12学时）4.1材料的显微结构表征4.2材料的物理性能测试与测量4.3材料的化学成分分析4.4材料的表面形态与性质分析4.5材料的晶体结构表征第五章：新材料的发展与应用（12学时）5.1金属材料和合金的发展与应用5.2无机非金属材料的发展与应用5.3有机高分子材料的发展与应用5.4先进功能材料的发展与应用教学方式：本课程采用多种教学方法，包括课堂讲授、案例分析、小组讨论和实验室实践等。

通过理论与实践相结合的教学方式，促进学生对材料科学的深层次理解和应用能力的培养。

考核方式：课程考核主要包括平时成绩和期末考试。

平时成绩占总成绩的30%，包括课堂表现、小组讨论和实验报告等；期末考试占总成绩的70%，考查学生对于课程内容的理解和应用能力。

参考教材：1.王晓琪、李大鹏.材料科学基础[M].高等教育出版社.2.张安生、张雄飞、常凤祥.材料科学概论[M].高等教育出版社.3.陈传锋、郭晓义、沈宏.材料科学与工程导论[M].高等教育出版社.备注：本课程以培养学生的材料科学基础知识和理解能力为主要目标。

材料科学基础实验指南材料科学是现代科学技术的重要领域之一，而材料科学基础实验是材料科学教育中不可或缺的重要组成部分。

本文将介绍材料科学基础实验指南，该指南旨在为材料科学基础实验提供统一的标准和规范，以便科研人员和学生能够更好地进行实验。

一、指南的内容材料科学基础实验指南主要包括以下内容：1. 实验名称和目的：简要介绍实验的名称和目的，以便读者了解实验的基本内容。

2. 实验原理：详细介绍实验所涉及的基础理论和原理，以便读者理解实验的基本原理和背景知识。

3. 实验器材和材料：列举实验所需的器材和材料，并给出相应的参数和说明。

4. 实验步骤：详细描述实验的具体步骤和注意事项，以及可能需要的操作技巧和注意事项。

5. 数据处理和分析：介绍实验数据的收集和处理方法，以及分析实验结果的基本方法和技巧。

6. 实验报告：介绍实验报告的基本要素和格式，以及评分标准和评分方法。

二、指南的意义材料科学基础实验指南具有重要的指导意义和促进作用。

具体表现在以下几个方面：1. 标准规范：指南提供了统一的实验标准和规范，使学生和科研人员能够更好地理解和实践基础实验。

2. 教学指导：指南具有指导意义，教师可以根据指南的内容设计和安排相应的实验课程，引导学生更好地进行实验。

3. 学生引导：对于学生而言，指南提供了详细的实验步骤和分析方法，使他们能够更好地理解和掌握实验过程和结果分析。

4. 提高实验质量：指南规定了实验的标准化流程和结果分析标准，有助于提高实验的质量和水平。

5. 促进教育研究：指南对于教育研究也具有促进作用，通过对实验流程和分析方法的规范，能够促进教育研究的开展，促进教学水平的提高。

三、指南使用建议在使用材料科学基础实验指南时，需要注意以下几个方面：1. 了解实验目的和原理，掌握实验步骤和注意事项，尽可能遵守实验规范。

2. 实验时应注意实验安全，遵守实验室规定，使用器材材料时要注意操作技巧和安全防范措施。

3. 学生应该积极参与实验，探索和发现实验规律和结果，做好实验笔记和实验报告的撰写工作。

材料科学基础怎么学材料科学是一门研究材料结构、性能和制备工艺的学科，它涉及到物理、化学、生物学等多个学科的知识。

要想学好材料科学，首先需要建立起扎实的基础知识。

下面我将分享一些学习材料科学基础的方法和技巧。

首先，了解基本概念是学习材料科学的第一步。

材料科学的基础知识包括原子结构、晶体结构、材料性能等内容。

我们可以通过阅读相关教材、参加相关课程来系统地学习这些基本概念。

此外，还可以通过观看相关视频、参加学术讲座等方式来加深对基本概念的理解。

其次，实践是学习材料科学的关键。

在学习材料科学的过程中，我们不能只停留在理论知识的层面，更需要通过实验和实践来加深对知识的理解。

可以选择参加实验课程、实验室实习等方式来进行实践操作，通过亲自动手操作，加深对材料科学知识的理解和掌握。

另外，多与专业人士交流也是学习材料科学的有效途径。

与专业人士的交流可以帮助我们更深入地了解材料科学领域的最新进展和研究方向，同时还可以得到专业人士的指导和建议，帮助我们更好地学习和成长。

此外，多阅读相关文献和论文也是学习材料科学的重要途径。

通过阅读相关文献和论文，我们可以了解到材料科学领域的最新研究成果和进展，同时还可以学习到相关研究方法和技巧，为我们的学习提供更多的参考和借鉴。

最后，不断实践和总结经验也是学习材料科学的重要方法。

在学习过程中，我们要不断进行实践操作，同时还要总结经验和教训，及时纠正错误，不断提高自己的实践能力和技巧。

总之，学习材料科学需要建立起扎实的基础知识，通过实践、交流、阅读和总结经验来不断提高自己的学习能力和水平。

希望以上方法和技巧可以帮助大家更好地学习材料科学基础知识。

《材料科学基础》教学大纲一、课程信息二、课程内容（一）本课程的性质、目的本课程是材料科学与工程各专业的一门重要的学科基础理论课程，是该专业学生研究材料及其成型原理的重要理论基础。

本课程主要为专业课的学习提供有关材料科学的基础知识，为后继专业课程的学习、同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。

该课程的教学目标是使学生充分掌握材料科学的基础理论，深入理解材料的组成、结构、性能和加工的规律及相互联系，能从材料组成-结构-性能-加工工艺相互联系的角度理解、解释材料制备、使用过程中的各种化学、物理现象和性能。

（二）基本教学内容第1章材料科学与工程材料与材料科学的重要地位，材料分类，材料性能与内部结构的关系，材料的制备与加工工艺对性能的影响，《材料科学基础》课程的性质、任务和内容以及在材料科学与工程技术中的作用。

介绍课程的学习方法，教学、考核的形式，主要参考书目。

第2章材料的原子结构目的要求：了解原子结构及建合类型，掌握物质的组成、原子的结构、电子结构和元素周期表，熟悉一次键（金属键、离子键、共价键）、二次健（范德华力和氢键）的定义、特点。

掌握材料中的结合键的类型对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。

主要内容：1.原子结构主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数、原子量、原子价和电负性等基本概念，能量最低原理、包利不相容原理等基本原理，原子核外电子排布规律。

原子结构、原子排列对材料性能的影响。

2.材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。

3.原子的堆垛和配位数的基本概念及对材料性能的影响。

4.显微组织基本概念和对材料性能的影响。

重点难点：结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。

第3章材料的晶态结构目的要求：了解晶体的特点、空间点阵、晶胞、晶系和布拉菲点阵，晶向和晶面的表示方法，晶带和晶带定律、晶面间距，晶体的对称性，极射投影。

掌握三种典型的金属晶体结构，致密度和配位数，点阵常数和原子半径，晶体的原子堆垛方式和间隙，多晶型性。