《材料科学基础》课程教学大纲

《材料科学基础》课程教学大纲一、课程说明课程编码4300655 课程类别专业方向课修读学期第三学期学分 2 学时32 课程英文名称Fundamentals of Materials Science适用专业应用化学先修课程大学物理、物理化学二、课程的地位及作用材料科学基础是研究材料的成分、结构与性能之间的关系及其变化规律的一门应用基础科学。

本课程的任务是向学生较全面系统地介绍材料科学基本原理，注意材料的共性与个性的结合，实现多学科知识的交叉与渗透。

学习本课程的目的是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。

先修课程为物理化学、高等数学。

通过材料科学基础的教学，使学生了解和掌握材料科学的基本理论，培养学生理论思维的能力，为从事材料学教学和科研打下扎实的理论基础。

三、课程教学目标1. 理解金属键、离子键、共价键、分子键和氢键几种典型结合键的，掌握三大固体材料的结构特点、性能特点，建立材料结构与性能之间的关系。

掌握晶体学的基础知识。

2．掌握晶体缺陷的类型、结构特征、性质及其对材料性能的影响3．掌握扩散第一定律、扩散第二定律及其应用、扩散机制、扩散系数的计算、影响扩散的因素和离子晶体的扩散。

4.掌握固体材料变形的基本方式，掌握形变金属及合金在退火过程中的变化。

核的规律，了解熔化熵对晶体生长的影响。

了解固溶体合金的凝固规律，了解材料的非晶态概念。

5. 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，熟练应用铁碳相图；掌握三元相图类型、定量法则、分析方法、等温截面、变温截面、液态投影图。

四、课程学时学分、教学要求及主要教学内容(一) 课程学时分配一览表章节主要内容总学时学时分配讲授实践第1章原子结构与键合 2 2 0第2章固体结构 6 6 0第3章晶体缺陷 6 6 0第4章固体中原子及分子的运动 4 4 0第5章材料的形变和再结晶 4 4 0第6章单组元相图及纯金属的凝固 4 4 0第7章二元系相图及合金的凝固 6 6 0(二) 课程教学要求及主要内容第一章原子结构与键合教学目的和要求：1. 了解原子结构及建合类型；2. 掌握物质的组成、原子的结构、电子结构和元素周期表；3. 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；4. 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。

教学重点和难点:1. 教学重点：原子的电子结构；原子间的键合。

2. 教学难点：原子的电子结构；元素周期律。

教学方法和手段：使用多媒体手段，以讲授为主。

教学主要内容：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。

第二章固体结构教学目的和要求：1. 掌握三大固体材料的结构特点、性能特点，建立材料结构与性能之间的关系；2. 掌握晶体学的基础知识，重点是掌握晶向指数与晶面指数的标定方法，三种典型的金属晶体结构，会求三种晶体结构的致密度和配位数。

教学重点和难点：1. 教学重点：14种布拉维点阵；三种典型的金属晶体结构。

2. 教学难点：晶体结构中间隙类型与半径；合金相结构；离子晶体及共价晶体的结构。

教学方法和手段：使用多媒体手段，以讲授为主。

教学主要内容：1. 晶体与非晶体、晶体结构、空间点阵、晶格、晶胞、晶格常数、布拉菲点阵、晶面间距等基本概念；2. 晶体晶向指数与晶面指数的标定方法；晶带定理；极射投影；晶体的对称性；3. 晶体结构及类型，常见晶体结构(bcc、fcc、hcp)及其几何特征、配位数、堆积因子（致密度）、间隙、密排面与密排方向；4. 典型离子晶体结构类型：金刚石结构，石墨结构，NaCl型结构、CsCl型结构，ZnS型结构，萤石型结构，金红石型结构，CdI2型结构，钙钛矿型结构，尖晶石型结构，描述晶体结构的三种方法，同质多晶与类质同晶的概念；5. 硅酸盐晶体结构特点及其分类：硅酸盐晶体结构的分类原则；岛状结构，组群状结构，链状结构，层状结构和架状结构的硅酸盐晶体；6. 高分子材料的组成和结构的基本特征，高分子材料结晶形态、高分子链在晶体中的构象、高分子材料晶态结构模型、液晶态的结构特征与分类。

第三章晶体缺陷教学目的和要求：1. 掌握晶体缺陷的类型、各类缺陷的结构特征、性质及其对材料性能的影响；2. 重点掌握位错的概念，柏氏矢量及其性质，位错的运动与交割，位错反应，掌握位错的应力场，了解位错的能量；3. 晶体的界面与界面能，吸附与润湿等概念与现象。

教学重点和难点：1. 教学重点：线缺陷的结构特征及其对性能的影响。

2. 教学难点：位错的弹性性质；实际晶体中的位错；位错的增殖机制。

教学方法和手段：使用多媒体手段，以讲授为主。

教学主要内容：1. 点缺陷；2. 线缺陷；3. 面缺陷；4. 各类缺陷对结构及性能的影响。

第四章固体中原子及分子的运动教学目的和要求：1. 掌握扩散的概念、重点掌握扩散第一定律、扩散第二定律及其应用、扩散机制。

2. 了解柯肯达耳效应、扩散的热力学解释，掌握扩散系数的计算、影响扩散的因素和离子晶体的扩散。

教学重点和难点:1. 教学重点：扩散的热力学解释；扩散第二定律的应用。

2. 教学难点：非稳态扩散方程的解。

教学方法和手段：使用多媒体手段，以讲授为主。

教学主要内容：1. 扩散概念和柯肯达尔效应，扩散第一定律、扩散第二定律，非稳态扩散方程的解；2. 扩散驱动力及扩散机制，反应扩散；3. 离子晶体中的扩散、聚合物中的扩散机制；4. 扩散系数、扩散激活能，影响扩散的因素及原理：晶体组成的影响，化学键的影响，结构缺陷的影响。

温度与杂质的影响等等。

第五章材料的形变和再结晶教学目的和要求：1. 掌握固体材料变形的基本方式、弹性变形的机制、塑性变形的机理、塑性变形对组织与性能的影响、金属及合金强化的位错解释；2. 掌握形变金属及合金在退火过程中的变化、即回复、再结晶、晶粒长大过程及其机制、金属的热变形；3. 掌握结晶的基本过程、结晶的热力学条件、形核及长大规律、凝固理论的应用；4. 了解非均匀形核的规律，了解熔化熵对晶体生长的影响；5. 了解固溶体合金的凝固规律，了解材料的非晶态概念。

教学重点和难点:1. 教学重点：塑性变形的机理；塑性变形对组织与性能的影响；变形对组织与性能的影响；形变金属及合金在退火过程中的变化；回复、再结晶、晶粒长大过程及其机制。

2. 教学难点：塑性变形的机理非稳；金属及合金强化的位错解释；再结晶、晶粒长大过程及其机制。

教学方法和手段：使用多媒体手段，以讲授为主。

教学主要内容：1. 弹性变形；2. 塑性变形的机理；3. 塑性变形对组织与性能的影响；4. 金属及合金强化的位错解释；5. 形变金属及合金在退火过程中的变化；6. 回复；再结晶；晶粒长大；7. 金属的热变形。

第六章单组元相图及纯金属的凝固教学目的和要求：1. 掌握相平衡条件和相律，单元系相图；2. 理解纯金属的凝固过程，结晶的热力学条件以及形核及长大的规律，凝固理论的应用。

教学重点和难点：1. 教学重点：结晶的基本过程、热力学条件、凝固理论的应用。

2. 教学难点：非均匀形核的规律。

教学方法和手段：使用多媒体手段，以讲授为主。

教学主要内容：1. 纯金属的凝固过程；2. 结晶的热力学条件；3. 形核及长大的规律；4. 凝固理论的应用。

第七章二元系相图及合金的凝固教学目的和要求：1. 掌握相图的基本知识，二元相图的基本类型；2. 二元相图的分析与使用方法，熟练应用铁碳相图。

教学重点和难点：1. 教学重点：二元相图的分析和使用；铁碳相图和铁碳合金。

2. 教学难点：组织与相的区别；杠杆定律应用。

教学方法和手段：使用多媒体手段，以讲授为主。

教学主要内容：1. 二元合金相图的建立，二元相图中的匀晶、共晶、包晶、偏晶等相图的结构分析；共析、包析反应；二元相图的平衡结晶过程分析、冷却曲线；二元合金中匀晶、共晶、共析、二次相析出的平衡相和平衡组织特点；2. 杠杆定律及其应用；3. 基本相图的分析和应用，相图与性能的关系；4. 铁碳合金的平衡结晶过程及室温下所得到的组织，铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体和渗碳体等基本概念。

五、选用教材及主要参考书目1. 选用教材胡庚祥.材料科学基础教程,第三版[M].上海:上海交通大学出版社,2010.2. 主要参考书目[1] 石德珂.材料科学基础,第二版[M].北京:机械工业出版社,2003.[2] 刘智恩.材料科学基础,第一版[M].西安:西北工业大学出版社,2003.[3] 潘金生.材料科学基础,第一版[M].北京:清华大学出版社,2002.[4] 徐恒钧.材料科学基础,第二版[M].北京:北京工业大学出版社,2001.六、考核方式和成绩评定1. 考核方式闭卷考试。

2. 成绩评定本课程为期末闭卷考试和平时成绩相结合进行综合评定，最终成绩由以下四部分组成：第一部分：期末闭卷考试成绩占总成绩的70％；第二部分：作业成绩占总成绩的10％；第三部分：课堂提问占总成绩的10％；第四部分：上课考勤占总成绩的10％。

大纲执笔人：陈上大纲审核人：申永强、李佑稷。