材料化学基础I 教学大纲

第页材料化学基础I一、课程说明课程编号：060401Z10课程名称（中/英文）：材料化学基础/FundamentalsofMaterialsChemistry课程类别：学科专业基础课程（必修）学时/学分：64/4适用专业：材料科学与工程先修课程：无机化学、有机化学、物理化学、大学物理教材、教学参考书：(1)刘光华，现代材料化学，上海，上海科学技术出版社，2000年6月(2)曾人杰，无机材料化学，厦门，厦门大学出版社，2004年7月(3)贺藴秋等，无机材料物理化学，北京，化学工业出版社，2005年(4)宋晓岚、黄学辉，无机材料科学基础，北京，化学工业出版社，2006年二、课程设置的目的、意义材料化学基础课程是材料科学与工程专业本科生（料化学方向的课程体系）的一门必修专业基础课。该课程涉及无机非金属材料方向的相关基础性原理与知识。涉及材料的制备过程中相关的化学与物理原理、反应机制，材料的组成、结构与性能以及材料的制备化学与原理。通过该课程的学习，掌握材料的微观结构和转变的规律以及它们与材料的各种物理、化学性能之间的关系，并运用这些规律改进材料性能、研制新型材料；培养从基本理论出发进行材料设计、运用化学新概念进行材料制备及改性创新的能力。三、课程的基本要求知识：主要涉及无机非金属材料的基础知识、原理等，涉及无机非非金属材料的晶体化学基础、无机非金属材料相图及应用、晶体缺陷与缺陷化学、材料的变形、固体的表界面、固溶体材料、扩散与相变、熔体与玻璃体、固相反应与烧结等相关知识能力：了解、掌握无机非金属材料的基础知识、原理，学会从材料的性质出发选择制备方法，建立材料设计的基本思维方式，从组成与结构的关系分析材料的性能，从获得的材料的性质出发选择制备方法，形成结构－性能-材料设计－新材料开发的基本知识结构；培养解决复杂工程问题的能力；针对具体问题提出有效的解决方案，提高开发新材料的能力，提高分析、发现、研究和解决问题的能力。素质：建立性能－结构－工艺密切关联的观念，通过课程中的分析讨论辩论培养分析沟通交流素质，建立材料设计制备到应用的思维模式，提升理解工程管理与经济决策的基本素质。提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展素质。四、教学内容、重点难点及教学设计主要内容有：晶体化学基础、无机非金属材料相图及应用、晶体缺陷与缺陷化学、材料的变形、固体的表界面、固溶体材料、扩散与相变、熔体与玻璃体、固相反应与烧结等相关。具体教学内容及教学设计见下表：章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课研讨实践第1章晶体化学基础61.1晶体化学基础与化学键2晶体化学基础（原子结构：原子核外电子的运动状态、量子数与轨道、原子核外电子分布、原子的价态、原子的电离能与电子亲合能、原子的电负性、晶体结合力的一般性质）；化学键与晶体类型：离子键与离子晶体、影响离子晶体结构的因素；共价键与金属键理解原子结构与化学键的关联课堂教学，PPT电子课件1.2材料的晶体结构2材料的晶体结构：晶体含义、空间点阵与晶胞、固体的结构、晶体的布喇菲空间点阵学说、晶格的周期性；金属及合金相的晶体结构；晶体结构中的间隙：四面体间隙、八面体间隙；理解晶体结构中的间隙课堂教学，PPT电子课件1.3陶瓷的晶体结构2陶瓷的晶体结构：离子晶体结构，离子半径、配位数、离子晶体的堆积、离子晶体的结构规则、离子晶体结构举例。理解离子晶体结构及其规则课堂教学，PPT电子课件第2章相图及应用62.1二元相图及其应用3无机非金属材料的二元相图及其应用相图及其应用课堂教学，PPT电子课件2.1三元相图及其应用3无机非金属材料的三元相图及其应用相图及其应用课堂教学，PPT电子课件第3章晶体缺陷与缺陷化学163.1晶体缺陷及位错运动6晶体缺陷的概念及分类；位错的几何模型；位错的运动及交截、平行位错间的弹性交互作用；位错的塞积群、典型晶体中的特征位错与位错反应理解位错的运动课堂教学，PPT电子课件3.2位错的应力场4位错的应力场、位错的能量与张力理解位错的应力场与能量课堂教学，PPT电子课件3.4点缺陷4点缺陷的几何组态、缺陷化学反应；点缺陷的平衡浓度；点缺陷对合金性能的影响、固溶体缺陷的研究与应用理解点缺陷及其缺陷化学反应课堂教学，PPT电子课件3.5非化学计量化合物2非化学计量化合物的含义及类型非化学计量化合物物理意义课堂教学，PPT电子课件第4章材料的塑性变形44.1材料的弹性形变2弹性变形含义、变形的结晶学机制理解变形的结晶学机制课堂教学，PPT电子课件4.2材料的塑性形变2塑性变形含义、变形特征、变形的结晶学机制理解变形的结晶学机制课堂教学，PPT电子课件第5章固体的表面与界面45.1固体表面与界面4固体表面、晶界、相界几何含有及物理含义；晶界：晶界的几何描述、小角度晶界的位错模型；晶界能；晶界内吸附、晶界运动小角度晶界的位错模型；晶界能；晶界内吸附、晶界运动课堂教学，PPT电子课件第6章固溶体材料86.1固溶体及其种类2固溶体的概念及分类、金属与合金中的固溶体、置换固溶体、间隙固溶体、溶解度的影响因素、固溶体的微观不均匀性、固溶体的性能特点；不同固溶体的特征与性能特点课堂教学，PPT电子课件6.2金属与无机固溶体3同素异构性、合金相结构－固溶体、合金相结构－中间相合金、固溶体与化合物；无机非金属材料中的固溶体：置换固溶体、间隙固溶体、有限固溶体、连续固溶体；固溶体溶的组分缺陷：阳离子空位、阴离子空位；固溶体的特性及应用金属与无机材料固溶体的特征与差异课堂教学，PPT电子课件6.3过饱和固溶体的脱溶与分解3过饱和固溶体的脱溶与分解;脱溶沉淀的类型、基本过程以及偏聚区、过渡相、平衡相的特征与结构;脱溶沉淀过程的热力学分析、沉淀相的聚集长大及沉淀动力学;Spinodal分解的条件、特征及其浓度波动方程过饱和固溶体的脱溶与分解的物理机构课堂教学，PPT电子课件第7章扩散与相变117.1扩散方程及微观机制2扩散的概述、扩散动力学方程、固体扩散的微观机制、扩散系数、影响扩散系数的因素扩散动力学方程、固体扩散的微观机制课堂教学，PPT电子课件7.2非化学计量氧化物中的扩散1固体中的扩散、非化学计量氧化物中的扩散，扩散的应用实例非化学计量氧化物中的扩散课堂教学，PPT电子课件7.3相变及其原理2相变的含义、相变的分类及不同类型的相变介绍、相变过程的不平衡状态及亚稳区；相变过程中的成核长大的基本原理；成核-生长相变机理举例：微晶玻璃、单晶生长相变过程中的成核长大的基本机制课堂教学，PPT电子课件7.4相变动力学2固态相变的基本特征;新相成核的基本原理（均匀成核、非均匀成核、成核率）;新相长大的基本原理（界面控制长大、扩散控制长大），相变动力学新相成核基本原理课堂教学，PPT电子课件回复与再结晶2回复与再结晶、晶粒长大及热加工回复与再结晶及材料成核长大课堂教学，PPT电子课件7.5典型相变介绍2马氏体相变；其它相变：共析转变、贝氏体转变、块型相变、有序无序转变简介；无机非金属材料的相变：BaTiO3的晶型转变、SiO2的晶型转变与应用、ZrO2的晶型转变与陶瓷增韧、硅酸钙的晶型转变与水泥生产工艺不同相变的基本特征与原理课堂教学，PPT电子课件第8章熔体与玻璃体48.1熔体的结构与性质1熔体的含义、结构及其结构理论、熔体的性质熔体的结构理论与的性质课堂教学，PPT电子课件8.2玻璃的结构、性质、学说3玻璃的通性、玻璃形成的热力学条件、动力学条件与结晶化学条件；玻璃的结构学说（晶子学说、无规则网络学说）；常见玻璃类型玻璃的形成条件与结构学说课堂教学，PPT电子课件第9章固相反应与烧结5固相反应2固相反应概述、固相反应的基本过程、固相反应动力学、影响固相反应的因素固相反应的基本过程、固相反应动力学课堂教学，PPT电子课件无机材料的烧结3烧结的概述、固态烧结的烧结机理、液相参与的烧结、晶粒生长与二次再结晶、影响烧结的因素固态烧结的烧结机理及影响因素课堂教学，PPT电子课件注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求无六、课程