材料物理化学教案

【首页（校精品课程建设项目无机非金属材生物医学-；专业课限选课（；任选课（（√（√4课堂讲 学时 实践 学化学工业出200620052006化学工业出版社2004大学材注：表中（）【理、工科】周次第1周，第 次备大学2007前言部分由具有丰富科研实践经验的博导领衔主讲，通过生动的实际科研成果和前言发展讲授带领学生走进无机材料的奇妙制造（√；； 2课求 教学内容 时间分配高科技时代新材料的盟 【讨论1介绍了无机材料的基础共性规 【讨论2课程的学习方 【讨论3 入学考试课 2.重点要求学生掌握课程正确的学习方本课程课

理想到实际/规则到非规则/静态到动态宏观到微观讨 【讨论 1.请表述无机材料的特点以及在国民经济和科学技术发展 的地位和作 2.如何认识本课程在无机材料科学体系中的重要 3.如何学好本课程，为后续专业课学习打下坚实的基

注意指导学生在课外正确利用丰富的 1. 辅助教 2.学科科研前沿介 3.课程组实际科研工程实际介 4.结合丰富 资 冯端等.材料科学导论.化学工 DonaldR.Askeland,etal.材料科学与工程基础 版社.2005（影印版 江东亮等.中国材料工程大典.化学工 【理、工科】第1周， 次备大多数无机材（√；实践课习 2课求通过动画、结合文字使使学生发挥三想像要描述晶体的微观结构必须具备结晶学和晶体化学基本注意发挥学生的空间想象能 学内容 晶体的宏观对称 【讨论2（布拉非格子让学生自己进行晶面标定并让同学结合身边实例感受空三维动画模型周期性和规则 空间点阵结 引导学生展开空间走进晶体微观结构在讨论及注意课堂节奏的把时完成教钱逸泰.结晶化学导论(第三版).中国科技大学麦松威，，李伟基.高等无机结构化学.,申成.基础结构化学（第二版）.科学 【理、工科】周 第2周，第 次章节第一章晶体学概述/第二 晶体化学基授

备注意两章的自2课方式理论课（√）；实践课（；实习（ 1.通过举例理解晶体的宏观性 2.晶体化学的研究内容和研究目 3.晶体结构的分 4.无机矿物的特 5.通过模型、动画讲授球体堆积原求教学内容

时分

从微观层次出发介绍结晶学和晶体化学基注意发挥学生的空间想象能*1）.2）.3）.对称性;4）.面心立方fcc/密排六方hcp

三维动画模型注非最紧 5备注键键在时间允许的条件下尽可能多练习和讲解典型DonaldR.Askeland,etal.出版社.2005（影印版社,申成.基础结构化学（第二版）【理、工科】周次第2周，第 次备第二 晶体的化学基主要研究晶体（√；实习）2课性质相互关系求1.对研究晶体结2.3.4.简单回顾上次课内容，做好教学内容 堆积效率低、密度较 配位多面体规 配位数计算部分结合习题进结合离子晶体二 鲍林规则第二规则－电价规则备注举例：计算题（晶体微观结构－晶体性质相互关系计算 2-3，2-5，2-6，2-7，2-8，2-9，2- DonaldR.Askeland,etal,申成.基础结构化学（第二版）出【理、工科】周 第3周，第 次章节授课理论课（√）；实践课（；实习（）教学方 教 1.原子晶体和分子晶体结 2.金属晶体结 3.典型无机化合物晶体结及

备介绍各种典型2课晶体结构、结 构－性质关系重点是无机化教学内容 （β－ZnS；（CaF2（α－ZnS石TiO2结构；

时分配

请同学回顾紧需掌握典型结构类型及其特点和代表化合理解结构和性备注（β－ZnS钙钛矿结构；理解BaTiO3结构的压电特性 （α－ZnS金红石TiO2结构2.石和石墨结问：（1）什么点阵？（2）结构中离子配位数？（3）结构 3-4，3- 化学3Dhtt 晶体【理、工科】周次第3周， 次备对结构较复杂的硅酸盐晶体结构通常从基本的结构单元及单元连接等释微观结构和宏观性质之间通过实例进行O 注意讲清楚各种层状结构的突出结构对性硅酸盐中的离（√；实习）2课求教学内容 时分间配上次课内容回顾（重要化合物晶体结构硅氧四面体岛、环、链、层、 【讨论Si/O，镁橄榄 结构和性能的关 —二 同晶取代性质变化K[AlSi3O8]，CaMg[Si2O6]，Mg3[Si4O10](OH)2【作业】P524,6,注意不要混晶体 三维晶体结现代无机材料组成与结构表征.高等教育(京 韩秀丽.无机材料岩相学.化学工 【理、工科】周 第4周，第 次章节第四 晶体结构缺陷/前半部授课理论课（√）；实践课（；实习（）教学方 教 1.通过工程实例引入晶体缺陷的概 2.学习晶体缺陷分类及各类晶体结构缺 3.学习点缺陷相关知识，并重点掌 4.缺陷反应表示 5.热缺陷浓度的计求

备本章从微观层2课次介绍晶体缺时陷产生原因和缺陷的类型，阐述缺陷的产生、复合、运动及控制与利用，建立材料性质和材料加工之间相互关教学内容

时分

k符号计算公式、计算方 n/N=exp(- 质量作 在公式推导过程中注意先修化学热力学知识的 【理、工科】周次第4周，第2备第四 晶体结构缺陷/后半部抛弃化学理论中严格化学计养材料科学思后续章节中再（√；实践课）2课求.教学内容 时间分配组成（气氛、）引由于负离子使金属离子过剩TiO2、ZrO2 由于间隙负离子使负离子过剩：UO1-由于正离子空位引起负离子过剩 1.备注2.负离子型缺陷，F色3.正离子空位型缺陷，VFF4. P70.6,7,8,1.多辅助教 结合板DonaldR.Askeland,etal.学.2005（影印版张.材料科学基础.理工大学顾宜.材料科学与工程基础，化学工业大【理、工科】周次第5周，第 次备第五 固溶体/前半部了解固溶体的基本知识及变（√；实习）2课指导材料合成求与提高和改善材教学内容 时间分配固溶体的概 固体溶液、溶质、溶 备注请列举实际应用中固溶体的实课后作业：P81多辅助教 结合板DonaldR.Askeland,etal. .材料科学基础.理工大学大【理、工科】周次第5周，第 次备（√；实习）2课本部分可能涉及实际问题的求掌握固溶反应方程式的写法（缺陷反应方程教学内容 稳定晶 3）催化4）电性 5）其他性Vegard理论密度的计晶胞体积的计1. 2.固溶式的书写及计 注意推导方 3.固溶体研究方法：固溶体的实验判 晶体结构知 计算方 判别方法点

讨 【讨论 4.回忆缺陷反应方程式的书写规 5.哪些晶体中可能生成间隙型固溶 【作业 课后习题 P816,8,业 1. 辅助教 2.逐步推进式教 3.讨论式、互动式、问题式教段 1.宋晓岚.无机材料科学基础.化学工 2.DonaldR.Askeland,etal.材料科学与工程基础 .2005（影印版 3. .材料科学基础 理工大 4.顾宜.材料科学与工程基础，化学工 【理、工科】周次第6周，第 次备6课——放*论知识对控制无机材料的制造过程和改善其性能具有重要（√；实习）2课求教学内容 赵彦钊//.玻璃工艺学.化学工业陈建华.玻璃制造工艺.化学工业【理、工科】周次第7周，第 次备第七 固体表面与界面/前半部无机材料物理（√；实践课）2课求3.本章为了解和4.运用表面科学知识解决无机材料相关科学与工程问题奠定必要的理论教学内容 表面科学的介绍，研究前 【引入 力场特点 凸面平面 固液界面的润 概 原 分离子晶体的表面 固液润湿原 润湿角计算公 ,,杜永娟编著.材料表界面.华东理工大【理、工科】周次第7周，第 次备第七 固体表面与界面/后半部晶界对无机材料的机、电、热、光等性质举例：CaTiO3高频电容器陶瓷的成型工艺；氧化铝瓷成型（√；实践课）2课求1.2.3.晶界概念、类型、织构4.教学内容 时间分配晶界：晶粒间界(Grain热应 τKaT本征应 第25 釉料和基体瓷料的热膨胀系课后作业 2,,,杜永娟编著.材料表界面.华东理工大学出（第三版）业.2004 【理、工科】周次第8周，第 次备第八章黏土粒子指导无机阳离子交换容（√；； 2课求教学内容 胶体化学基本问题 边棱正电 特定环换 吸附与交换的区别影响子换的 1.各种流动类型特 2.粘土的荷电 特别是以高龄石为例说明粘土的两性电 3.粘土的离子交换特 影响离子交换的因 离子吸附顺

NaNa

难点 结合以前知识 龄石的结构特论 【练习 说明粘土的荷电习

1. 辅助教 2.问题讨论、典 ，以点带 3.互动式教学段 1.叶非.物理化学及胶体化学.中国农 2.吉林大学 大学.物理化学与胶体化学.人民教 社3.沈钟赵振国王果庭.胶体与表面化学（第三版） 【理、工科】周次第8周，第2备第八章（√；； 2课粘土电动电位对于胶体的稳定性具有重要求泥浆稀释（胶溶）和泥浆增稠（絮凝教学内容 时分粘土－水系统的胶体性 【讨论流动 稳定型（沉降稳定性、稳定性Zeta（ζ电位）ξ4πσd/边结合、边面片状粘土颗粒在水中的形备注泥浆1.多辅助教2.3.叶非.物理化学及胶体化学.中国农业（第三版）业.2004.胶体化学.化学工业.2005【理、工科】周次第9周，第 次备第八章大量化工原谅均为非粘土瘠性料，瘠性料对于无机材料的和生产瘠性料不具有荷电、水化、 【举例】（√；； 2课求教学内容 Vs瘠性料的悬浮（泥浆）和塑化（泥团pH值 表面活化pH两性氧化物pHzeta备注结合实例双亲基团1.2. 1.多辅助教2.3.叶非.物理化学及胶体化学.中国农业（第三版）业.2004.胶体化学.化学工业.2005【理、工科】周次第9周，第 次备（√；； 2课求设立专门习题1.通过典型，使理论知识融会贯2.3.识环节以点带4.所学知识在应教学内容 时间分配习（如密度、质量等）【例题】金属铟具有四方结构，a=0.325nm,c=0.495nm，密度为7.286g/cm3,原子量为方法（固溶体类型的实验判别典型公式及计算方法要求同二前述讨 例练 作 【理、工科】周次第10周，第 次备101课为随堂期中相图对于材料科学的作用就如航海图对于航海家的作用本章涉及相律及相平衡研究方法，多元相图的基本原理及应用，不同组元无机材料相图及在材料设计、工艺选择、组成控制及性能预测等各方面的理论（√；； 2课求.二元系统相图基本知识回 结合物理化学知教学内容 时间分配Gibs相率 凝聚系——冷却（加热） 单元系统相 相二元系统相 相备注2.低共、转1.多辅助教2. 贺蕴秋.无机材料物理化学.化学工业王竹溪著.热力学.物理学刘智恩.材料科学基础.西北工业大学【理、工科】周次第11周，第 次备学习三元系统（√；实践课）2课相图的基本知求.5.6.浓度三角教学内容 浓度三角形的概念和应用介绍三元立体相图及投影 【讨论融二元化成一个不一致熔融二元化合物S；生成一个一致熔融三元化合物S成一个不一致熔融三元化合物判断单元系统相图的重要规则：切则、连线三元立体各种基本规则法；各类型特点规则对于判断相图析晶过程的重要指导作用 三元系统相图的基本类型注意化合物的生 柱 判断三元相图的重要规 是规则的熟练应10-1；10- 贺蕴秋.无机材料物理化学.化学工业 王竹溪著.热力学.物理学刘智恩.材料科学基础.西北工业大学【理、工科】周次第11周，第 次备三元系统相图知识是多元系统相图理论基把各组元当成析晶过程的表相律的穿插运相平衡虽然是描述热力学平衡条件的变化规律，但对非平衡状态实际生产过程有重要的参考和指（√；实践课）2课求.教学内容 时间分配1.2.3.边界 . P20810- 10- 10- 贺蕴秋.无机材料物理化学.化学工 王竹溪著.热力学.物理 刘智恩.材料科学基础.西北工业大 【理、工科】周 第12周，第 次章节第十一 固体中的扩散/第一部授课理论课（）（；实习（）方式 1.认识固体中的扩散现象及其特 2.菲克定律与扩散动力学方 3.认识扩散的推动 4.扩散的布朗运动理 5.扩散的不同种 6.扩散质点迁移的微观机求教学内容

教 2 时分

备质和反应的基本章通过扩散理论的学习达到对基本动力学过程－认识固体中的扩散现象及其特 【讨论联想：液相、气相扩散 自身特稳态扩散－Fick1定 【例题

的控制和有效JDc D

t

梯扩散的不同种类自（互（非）本征、无（有

Dξ2/(6τ1fr6Kirkendall

1. 2.稳态扩散－Fick定律的实际应 求解浓度分布问题，解决材料的组分及显微结构控

~维扩散 3.扩散的布朗运动理论爱因斯坦扩散方 －宏观和微观的联系桥

Dξ2/(6τ)1fr6 4.扩散的微观机 空位机

Dγa2v0

)/2RT

Dγa2v0

/RT 【讨论 请谈谈你所了解的固体扩散问题、 【练习【作业 课后作业P22311-

重 ：稳定扩散与不稳定扩散；本征（非本征 扩散；自扩散和互扩散；扩散系数；扩散通业 1. 辅助教 2.问题讨论、典 ，以点带 3.板书教学结 4.科 ，戴起勋，邵红红.材料固态相变与扩散 ).化学工 : 2.:张克立.固体无机化学: 3.苏勉曾.固体化学导论

,【理、工科】周次第12周次第12周，第 次备第十一 固体中的扩散/第二部研究扩散的基本规律对认识材料性质、制备和生产具有固相反应－高温普遍物理化学现象，基本材料本章主要讨论其机理和动力学关系和适用DDexp( △G第十二 固相反应/第一部（√；； 2课求.教学内容 时间分配金属中的扩散（金属晶体非化学计量氧化物中的扩 第扩散的影响因 【讨论扩散系数公式的运 【计算热力学角 DD0备注(Q2.11-611-1.多辅助教2.问题讨论、典型，以点带3.划).化学工业.2006张克立.固体无机化学.大 苏勉曾.固体化学导论. ,【理、工科】周次第13周，第 次备第十二 固相反应/第二部（√；； 2课求建立动力学方程时所采取的模型及其与实际反应物接触教学内容 时分基于球体模型——金格方方程的推 第影响固相反应的因 【讨论1 V2 VnGR3(R R1x1 卡特动力学方固相反应动力影响因素的控制转化率的概 球型颗粒 R3(R扩散控制反应动力学关 G R0基于平板模型——扬德尔方 11x基于球体模型—— 格方 (0备注固相反应反应截面求解动力学方程时定解条件的确定及多种因素实际问题13- 13- 13-4（反应原料的选择1.多辅助教2.问题讨论、典型，以点带3.划).化学工业.2006张克立.固体无机化学.大 苏勉曾.固体化学导论. ,【理、工科】周次第2备章节章名称（√；实践课）2课相变是最常见求的物理现象，也是最变化无常和难以把握对于获得特定性能的材料和制定合理工艺教学内容 生活中及材料科学中相变现象介 相变的特 相变的分 按热力学分类一级/二 第按质点迁移特 扩散/非扩按相变方 形核－长大/连续高温熔体降温过程介 形核生长热力学－过冷度、过饱和度、过饱和蒸晶核形成热力学条 形核－生长相变动力学均匀成核非均匀成 小 注意按不同方式分类，各种相变方式临界晶核尺寸临界晶核半形成临界晶核的系统吉布斯自由能变 案例法教规划).化学工业.2006张克立.固体无机化学.大学.材料物理化学.化学工业【理、工科】第14周，第 次备第十二 相变/第二部重点掌握形核spinadol分解和马氏体相征、现象要知界面扩散与反（√；； 教时2课求教学内容 时分上节课知识回 晶核长大过程动力 晶体线性生长速率 UQλnυλexp(q)[1exp( 对U影响因素的讨 总结晶速 第 阿弗拉米方 析晶过程的定量描述及应用实 I、U曲线的 玻璃的分相－Spinodal分 总晶界速率，阿弗拉米方程的结晶过程的定量分析，IU曲线的及应备注I、U区代表析析晶趋向规划).化学工业.20065.张克立.固体无机化学.大学3..材料物理化学.化学工业案例法教【理、工科】周次第14周，第 次备本章研究烧结中的物理化学动力学及烧结指导生产、控制产品质量，料具有重要作（√；实习）2课求教学内容 坯体 烧结体 第一相关概 过程示致密化、气孔排除、强度、性 【讨论扩散传 第时 3.烧结模型各阶段特点 4.固态烧结－蒸发凝聚传 扩散传质－应力、空位浓度分

能量降低- 5.液态烧结－特点 6.流动传质－液相量显著 黏性流动塑性流动 7.溶解－沉淀

：少量液相：烧结 1.根据先修知识，回顾无机材料的典型工艺过 模 【作业 1.重 ：如烧结、泰曼温度、液相烧结 2.叙述烧结的推动 点 1. 辅助教 2.问题讨论式探究法教 3.理论实际相结合，相联想教学段 1.果世驹.粉末烧结理论.冶金工 . 2.郭庚辰.液相烧结粉末冶金材料.化学工 3.张克立.固体无机化学 大 4.苏勉曾.固体化学导论 ,料【理、工科】周次第15周，第 次备（√；； 2课是晶界移动的求1.3.烧结后期伴随4.的晶粒长大和了材料显微结教学内容 D2-D2=Kt二次再结 晶粒异常长烧结技术介 【讨论分析各种影响备注晶粒生长是晶界移动的结 推动 注意分析晶界移动移动在烧【讨论 热谈谈你所了解的烧结技术和方 微4571.多辅助教2.问题讨论、典型，以点带3.1..2.3.张克立.固体无机化学.大4.苏勉曾.固体化学导论.,【理、工科】周 第15周，第2次章节授课理论课（√）；实践课（；实习（）教学方

备2 理 1.通过典 ， 理论知识融会贯 2.上半学期重点习题的评 3.上半学期所有习题及问题的答

例 作例1： 学内容 相平衡扩散固相反应【例1】912℃铁具有同素异构转变，试比较碳在面心

时分

Dγ=1.91×10-fcc2：气孔、000×4.18J/mol;fcc：D=0.23cm2/s，Q=32900×4.180【例2】试分析烧结中的二次再结晶过程对材料性能有【例3】如果要合成镁铝尖晶石，可供选