材料科学基础大纲

《材料科学基础》课程教学大纲课程编号：08061211课程名称：材料科学基础英文名称：Fundamental of Materials Science课程类型：学科基础课课程要求：必修学时／学分：88／5.5 （讲课学时：80 实验学时：8 上机学时：0）适用专业：材料成型与控制工程；焊接技术及工程；金属材料工程；无机非金属材料工程一、课程性质与任务《材料科学基础》是材料科学与工程学院各专业学生学习和掌握材料的成分、组织结构与性能间的关系及其变化规律，特别是固体材料的结构、晶体缺陷、平衡相图、凝固和原子扩散过程诸方面的基本概念和基础理论，以及有关的加工工艺对材料的组织结构和性能的影响规律的学科基础课，也是学生将来学习专业课程的理论基础。

本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本规律等方面的讲解；在培养实践能力方面着重试样的选取与制备及显微组织的观察等基本方法的训练，使学生熟悉材料科学的相关基础知识，为后续专业课程的学习以及将来解决材料的生产、加工等问题和探索新材料、新技术、新工艺打下比较系统而坚实的理论基础。

二、 课程与其他课程的联系选修课：大学物理，材料物理化学本课程是在学习了大学物理、材料物理化学等课程后方能学习本课程；该课程也是学习后续专业课程的理论基础。

通过该课程的学习，使学生掌握材料的成分、组织结构与性能间的关系及其变化规律，从而为进一步深入学习材料科学与工程学院各专业的专业课程奠定基础，并且理论结合实践，使其有机的结合起来，形成一个完整的系统的专业学科基础理论体系。

三、课程教学目标1．学习并掌握常见的晶体结构与材料的相结构、晶体缺陷及固态材料中的原子扩散、材料的凝固、二元相图及塑性变形等基本知识，使学生在材料方面具有扎实的基础理论知识，了解并掌握金属材料产品由不同工艺形成的组织特征，具有开发和选用新材料的能力和工程实际应用的能力；（支撑毕业能力要求1.1、1.2）2．培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握观察材料显微组织的实验方法，获得实验技能的基本训练，具有查阅有关技术资料的能力；（支撑能力毕业要求2.1、2.3）3．培养学生对金属材料的各类物理现象、特性进行研究并通过实验验证的能力。

848材料科学基础大纲目录1.引言2.第一章：材料科学概述-2.1材料的定义-2.2材料科学的研究内容3.第二章：晶体学基础-3.1晶体结构与晶体学-3.2晶体的多晶性与多晶材料4.第三章：晶界与位错-4.1晶界-4.2位错5.第四章：金属材料与合金-5.1金属晶体结构与性质-5.2金属合金的组织与性能6.第五章：陶瓷材料-6.1陶瓷材料的分类与特点-6.2陶瓷的合成与加工7.第六章：高分子材料-7.1高分子聚合物的基本概念与分类-7.2高分子的合成与加工8.第七章：复合材料-8.1复合材料的概念与分类-8.2复合材料的制备与性能9.结论引言材料科学作为一门以研究材料结构、性质和功能为基础的学科，研究的对象包括金属、陶瓷、高分子材料等各类材料。

本大纲将按照材料科学的基础内容，对848材料科学基础进行系统的介绍和概述。

第一章：材料科学概述2.1材料的定义材料是指构成物体的各种物质，包括晶体、非晶态、复合材料等多种形态。

材料的组成、结构和性质之间存在着密切的联系。

2.2材料科学的研究内容材料科学的研究内容主要包括材料结构、材料性能以及材料的制备与加工等方面。

通过对材料的研究和探究，可以深入了解材料的宏观和微观特性，为材料的应用提供基础和参考。

第二章：晶体学基础3.1晶体结构与晶体学晶体是具有长程有序结构的固体材料，晶体的结构决定了材料的性质和特点。

晶体学是研究晶体结构与性质的学科，通过对晶体结构的分析和研究，揭示了材料内部的微观世界。

3.2晶体的多晶性与多晶材料多晶材料是由多个晶粒组成的材料，晶粒之间存在着晶界。

晶界对材料的性能和力学行为有着重要的影响，多晶材料的研究对于材料的优化和改进具有重要意义。

第三章：晶界与位错4.1晶界晶界是晶体内部不同晶粒的交界面，晶界的存在对材料的性能和特性有着重要的影响。

通过研究晶界的结构和性质，可以了解晶界对材料性能的影响机制，并提出相应的改进策略。

4.2位错位错是晶体中的缺陷，是晶体结构的局部畸变。

《材料科学基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称：材料科学基础课程类别：专业基础课学分：＿____总学时：＿____适用专业：＿____先修课程：＿____后续课程：＿____二、课程性质与目标（一）课程性质《材料科学基础》是材料类专业的一门重要的学科基础课程，它是连接基础科学与工程应用的桥梁。

通过本课程的学习，学生将掌握材料科学的基本概念、基本理论和基本方法，为后续专业课程的学习和从事材料科学与工程领域的研究、开发和应用工作奠定坚实的基础。

（二）课程目标1、知识目标（1）掌握材料的晶体结构、晶体缺陷、相图、扩散、相变等基本概念和基本理论。

（2）熟悉材料的力学性能、物理性能、化学性能等与材料结构和组织的关系。

（3）了解材料科学领域的最新研究成果和发展动态。

2、能力目标（1）具备运用材料科学的基本理论分析和解决材料工程实际问题的能力。

（2）能够进行材料的成分设计、工艺设计和性能预测。

（3）具有查阅相关文献和资料，获取新知识和新信息的能力。

3、素质目标（1）培养学生的科学思维方法和创新意识。

（2）增强学生的工程意识和实践能力。

（3）提高学生的综合素质和社会责任感。

三、课程内容与要求（一）晶体结构1、晶体学基础（1）掌握晶体的基本概念，如空间点阵、晶胞、晶格常数等。

（2）熟悉晶体的对称性和晶体的分类。

2、金属的晶体结构（1）掌握常见金属的晶体结构类型，如体心立方、面心立方和密排六方结构。

（2）了解金属晶体中的原子堆垛方式和间隙类型。

3、离子晶体结构（1）掌握离子晶体的结构规则和典型离子晶体的结构。

（2）了解离子晶体的配位数和半径比规则。

4、共价晶体结构（1）掌握共价晶体的结构特点和典型共价晶体的结构。

（2）了解共价键的特性和共价晶体的性能。

（二）晶体缺陷1、点缺陷（1）掌握点缺陷的类型，如空位、间隙原子和杂质原子。

（2）熟悉点缺陷的形成能和平衡浓度的计算。

2、线缺陷（1）掌握位错的基本概念，如刃型位错、螺型位错和混合位错。

《材料科学基础》一、考试性质：材料科学基础是北京工商大学材料工程专业硕士生入学考试的专业基础课之一。

二、考试内容：（一）原子结构与键合1．原子的结构、原子的电子结构2. 金属键、离子键、共价键、范德华力、氢键（二）固体结构1．晶体学基础与常见晶体结构。

2．固溶体与中间相结构。

3．典型离子晶体结构。

4．典型共价晶体结构。

（三）晶体缺陷1．点缺陷的形成、平衡浓度和运动。

2．位错的基本类型和特征、伯氏矢量与位错的运动、位错的生成和增殖、实际晶体中的位错。

3．表面、晶界与相界的结构。

（四）固体中原子及分子的运动1. 菲克第一、第二定律、扩散方程、置换型固溶体中的扩散、扩散系数与浓度相关时求解2. 扩散的热力学分析、扩散的原子理论3. 扩散激活能、无规则行走与扩散距离、影响扩散的因素4．反应扩散、离子晶体中的扩散（六）材料的变形与再结晶1. 材料的弹性变形。

2. 单晶体、多晶体、合金的塑性变形。

3. 冷变形金属的组织与性能、回复、再结晶、晶粒长大。

（七）相平衡与相图1．组元、相与相平衡、自由度与相律的概念。

2．纯晶体凝固的热力学条件、形核、晶体长大。

3. 二元相图综合分析、杠杆定律。

3．匀晶相图、共晶相图、包晶相图、条幅分解。

4．二元相图实例分析、铁碳二元相图分析。

（八）材料的亚稳性1．纳米晶的结构、性能及形成。

2. 非晶态材料形成、结构及性能。

3. 固态相变的概念及分类、主要类型及特点。

三、考试形式及试卷结构：（一）答卷方式：闭卷，笔试，满分150分（二）答题时间：180分钟（三）考试题型及各部分比例名词解释题第1-6 小题，每小题 5 分，共30 分。

计算题第7 小题，每小题20 分，共20 分。

简答题第8-12 小题，每小题20 分，共100 分。

四、参考书目：[1] 胡赓祥，蔡珣，戎咏华著，上海市教育委员会编，《材料科学基础》（第3版），上海交通大学出版社，2010。

面向21世纪新教材/2003年度国家精品课程教材.。

材料科学基础教学大纲课程号：课程名称：材料科学基础II 学分：4英文名称：Fundamentals of Materials Science （II）周学时： 4预修课程：《材料科学基础I》面向对象：材料科学与工程专业本科生一、课程介绍（100-150字）（一）中文简介《材料科学基础II》是《材料科学基础I》与材料科学后续专业课程的连接纽带，是材料系学生学习其它材料科学与工程相关专业课的基础，内容主要包括固态扩散、相图、固相反应、陶瓷烧结过程、熔融态与玻璃态、金属的凝固与结晶、固态相变过程等。

（二）英文简介This course provides fundamental knowleges for more specified courses related to materials science and engineering. The major contents are as follows: solid diffusion, phase diagrams, solid state reaction, sintering process of ceramics, molten and glassy states, solidification and crystallization of metals, and solid state phase transformations.二、教学目标（一）学习目标《材料科学基础II》课程教学的基本目的是在学生学完《材料科学基础I》课程之后，通过本课程的学习，进一步掌握材料研究与制备过程中所涉及的基础理论问题，如相平衡与相变过程、材料不同尺度范围内的本征结构、晶体组织、几何形态及表观性能，材料微观行为与宏观表现的有机联系，具有不同化学成分、加工过程、组织结构及宏观性能材料的物理本质、材料制备过程中的固相反应和烧结过程等。

学完本课程后，学生应掌握固态扩散基础知识；各类相图的判读以及在实际过程中的应用；理解固相反应、陶瓷烧结过程的实质和控制条件以及相关的动力学关系；掌握玻璃制备过程中的熔融态结构与性质以及玻璃形成过程与结构;掌握金属凝固和结晶基本过程以及成分分布、组织结构调控；掌握材料固态相变，特别是钢的奥氏体化、珠光体相变、马氏体相变、贝氏体相变、脱溶与时效、调幅分解等基础知识。

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》教学大纲适用四年制本科材料科学与工程专业(参考时数：80学时)一、课程代码8103010二、课程的性质、任务“材料科学基础”是材料科学与工程专业本科生一门重要的专业基础课，它从材料的内部结构探讨其性质与行为，揭示材料结构与性能的内在联系及规律，为认识和改进材料的性能提供必备的基础知识。

人们可以从其基本理论出发，指导材料的生产及科研，解决材料使用中的问题。

三、课程基本要求通过本课程的学习，要求学生了解并掌握以下内容：1. 晶体学基础,特别是三种典型的金属晶体结构；2. 晶体缺陷对材料性能的影响；3. 固体中各种相的结构及特点；4. 金属结晶的基本规律及基本条件；5.材料的相图与性能的关系，重点掌握铁碳相图；6.材料中原子扩散及固态相变的基本理论；7.塑性变形对材料组织及性能的影响；8.回复及再结晶对冷变形金属组织及性能的影响。

四、课程内容1．工程材料中的原子排列1）.原子键合金属键，共价键，离子键，分子键，氢键2）.原子的规则排列晶体学基础：晶体，晶体结构与空间点阵，布拉菲点阵，晶向指数与晶面指数；晶体结构及其几何特征：三种典型的金属晶体结构，晶胞中的原子数，点阵常数，晶体原子排列的紧密程度，晶体结构中的间隙，晶体中原子的堆垛方式晶体结构的多晶型性；陶瓷的晶体结构：离子晶体的结构，共价键晶体的结构。

2．原子的不规则排列----晶体缺陷1）.点缺陷点缺陷的形成、结构和能量，点缺陷的平衡浓度，点缺陷对晶体性质的影响；2）.线缺陷位错的基本类型，柏氏矢量，位错密度，作用在位错上的力及位错的运动，位错的应力场与应变能，位错之间的交互作用，位错的增殖、塞积与交割，3）.实际晶体中的位错常见金属晶体中的位错，全位错和不全位错，位错反应；离子晶体中的位错，共价晶体中的位错。

4）.面缺陷晶界，小角晶界，大角晶界，晶界能；亚晶界，孪晶界和相界。

3．固体中的相结构1）.固溶体置换固溶体，间隙固溶体，有序固溶体，固溶体的性能。

《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。

材料科学基础课程教学大纲课程名称：材料科学基础课程代码：MSE101学分：3学分开课对象：本科一年级材料科学与工程专业学生课程教师：XXX一、课程目标材料科学基础是一门介绍材料科学与工程领域基本概念、基本原理以及基本技能的课程。

通过本课程的学习，学生将掌握材料科学与工程的基本知识，包括材料分类、材料结构与性能的关系、材料制备和加工技术等方面的知识。

同时，本课程将培养学生的问题分析与解决能力，提高其实践操作能力和科学研究能力。

二、教学内容与教学安排1.材料科学与工程概述-介绍材料科学与工程的基本定义和发展历程-大纲各个章节的介绍2.结构与性能-原子结构与晶体结构的基本概念和分类-晶体缺陷和固溶体的形成-材料的力学性能、热性能、电性能等基本性能3.材料的制备与加工-金属材料的提取、精炼和制备-陶瓷材料的制备与加工-高分子材料的合成与制备-纳米材料的制备技术4.材料性能测试与分析-材料性能测试的基本原理和方法-金属材料、陶瓷材料和高分子材料的常用测试方法-材料性能测试数据的处理和分析5.材料应用与发展-不同材料在不同工程领域中的应用-材料科学与工程在可持续发展中的作用三、教学方法与学时安排本课程采用理论与实践相结合的教学方法。

理论部分通过讲课、课堂讨论和案例分析来讲解相关知识点。

实践部分设有课堂实验和实验报告，以及期末考核。

教学安排如下：-第1-4周：材料科学与工程概述-第5-8周：结构与性能-第9-12周：材料的制备与加工-第13-16周：材料性能测试与分析-第17-18周：材料应用与发展-第19周：期末考试四、考核方式与成绩评定1.平时表现（20%）-考勤情况（10%）-课堂讨论和参与度（10%）2.实验报告（30%）-实验报告的撰写质量和实验操作技能3.期末考试（50%）-考查学生对课程内容的理解和掌握程度五、参考教材1.材料科学与工程基础，陆谦、蔡生民，高等教育出版社2. 材料科学与工程导论，William D. Callister Jr.、David G. Rethwisch，机械工业出版社1. Materials Science and Engineering: An Introduction, William D. Callister Jr., David G. Rethwisch2. Introduction to Materials Science and Engineering, JamesF. Shackelford3. Fundamentals of Materials Science and Engineering, William D. Callister Jr., David G. Rethwisch以上即为《材料科学基础》课程的教学大纲。

《材料科学基础》教学大纲课程编号:C050130507课程名称：材料科学基础课程类型：专业基础课组英文名称：Fundamentals of Materials Science适用专业：材料科学与工程总学时：70学分：4.5一、课程的性质、目的和任务性质：材料科学基础是材料金属材料和冶金工程专业的一门重要的学科基础理论课程。

目的：本课程的教学目的是使学生系统掌握材料的化学成分、组织结构与性能之间的关系及其变化规律的基础理论，材料热处理的基本原理和方法，以及金相组织的分析方法，能从材料组成-结构-性能相互联系的角度理解、解释材料制备、通过热处理进行材料改性以及使用过程中的各种化学、物理现象和性能。

任务：为后续专业课打下牢固的基础，同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。

二、课程教学的基本要求1.课程教学的基本要求通过学习，应着重掌握材料成分、组织、结构及加工过程与性能间的相互关系；了解材料科学在国民经济中的地位与作用与材料科学的发展历史。

掌握材料中原子的结合方式、晶体学基础、材料的晶体结构、相结构。

掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷的有关概念、规律、实际应用等基本理论。

掌握纯金属的结晶过程、结晶的条件、形核规律、长大规律，了解结晶理论的实际应用。

掌握相图的基本知识、二元相图的基本类型、二元相图的分析与使用方法，熟练记忆和应用Fe-Fe3C相图。

掌握三元相图的成分表示法，理解三元系平衡转变的定量法则、三元匀晶相图、三元共晶相图、三元相图的四相平衡转变、具有化合物的三元相图的分析方法。

掌握弹性变形、单晶体的塑变、多晶体的塑变的规律，掌握塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合金强化的位错解释。

掌握金属及合金在加热过程中的组织与性能变化，掌握回复、再结晶、晶粒长大及金属的热变形的规律。

掌握扩散的基本理论。

三、课程教学内容0.绪论内容：0.1材料科学在国民经济中的地位与作用0.2材料科学的发展简史0.3本课程的主要内容和学习方法重点：本课程的主要内容难点：学习方法要求：了解材料科学在国民经济中的地位与作用和材料科学的发展简史,掌握本课程的主要内容和学习方法.1金属的晶体结构内容：1.1金属1.2金属的晶体结构1.3实际晶体的晶体结构重点：金属原子的结构特点和结合能;空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构;位错等有关基本概念，点缺陷的平衡性质，位错的运动与晶体滑移的关系，位错的性质，柏氏矢量的性质与应用，位错反应与位错的增殖，点缺陷的平衡性质，晶界的结构与特性。