《陶瓷结构材料》课程教学大纲

《陶瓷结构材料》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：陶瓷结构材料英文名称：StructuralCeramics二、课程代码及性质专业选修课程三、学时与学分总学时：32学分：2四、先修课程《材料热力学》、《材料力学性能》五、授课对象本课程面向功能材料专业学生开设六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是功能材料专业的选修课之一，着重介绍先进结构陶瓷材料的制备、结构、性能及工程应用。本课程的教学目的包括：1、了解先进结构陶瓷制备的三大过程（超细粉制备，成型技术和烧结技术），熟悉相关领域近十年来出现的一些新理论、新工艺、新技术，具备设计简单的陶瓷制备工艺的能力。2、掌握先进结构陶瓷的晶体结构和微观结构对其机械性能影响的主要规律和基本原理，能够研究分析相关复杂工程问题并获得有效结论。3、熟悉国际上先进结构陶瓷研究与应用的现状，对陶瓷材料未来的发展和应用有较深入的认识。4、掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求及其指标点本课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点毕业要求1：工程知识能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。1.1掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的数学基础知识。1.2掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。1.3掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的工程力学基础知识。1.4掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的工程检测与控制基础知识。1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决功能材料领域复杂问题。毕业要求2：问题分析能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。课程目标22.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。2.4能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。毕业要求3：设计/开发解决方案能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。3.1了解功能材料与器件问题的特征，掌握解决复杂工程问题的设计方法。3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等制约因素的前提下，能够设计（开发）针对复杂功能材料与器件问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定工程需求的功能材料系统、单元（部件）或工艺流程的能力。3.3在设计（开发）过程中，具有追求功能材料领域复杂问题创新解决的态度和意识，掌握了基本的创新方法，清楚创新方向及领域。课程目标2毕业要求4：研究能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4.1掌握功能材料的合成与制备技术的原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计制备功能材料的复杂实验、开展科学研究的能力。课程目标14.2掌握功能材料与器件的分析测试技术的原理及主要特点，能够采用科学方法，正确构建并实施功能材料与器件测试的综合实验，得出正确结果的能力。4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的功能材料和器件的测试结果进行正确分析的能力。4.4了解功能材料制备与测试所需的常用设备、实验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。毕业要求5：使用现代工具能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。课程目标45.2了解功能材料专业重要资料来源及获取方法。5.3具备应用各类文献、信息及资料进行功能材料与器件领域的工程实践的能力。5.4掌握功能材料与器件领域复杂工程问题的预测与模拟方法，理解其局限性。毕业要求6：工程与社会能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。6.1了解与功能材料相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价工程实践对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。6.2了解功能材料专业的特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价各种功能材料制备与表征方案的优劣。6.3能正确认识功能材料的制备和加工中的各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。毕业要求7：环境和可持续发展能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7.1了解功能材料专业的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。课程目标37.2能正确理解和评价功能材料领域复杂问题的实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。7.3在解决功能材料领域复杂的实际问题中，能够正确理解并考虑工程实践对环境、社会可持续发展的影响。毕业要求8：职业规范具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。8.1具有人文社会科学素养，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。8.2了解中国国情，理解中国可持续科学发展道路以及个人的做人规范，具有较高的社会责任感。8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。毕业要求9：个人和团队能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。毕业要求10：沟通能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。课程目标4毕业要求11：项目管理理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。11.1了解电子及材料工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。毕业要求12：终身学习具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。12.2能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。七、教学重点与难点：课程重点：本课程重点介绍陶瓷中的缺陷和显微组织及其对陶瓷性能的影响。在掌握了缺陷产生的热力学的基础上，系统学习陶瓷中不同类型缺陷的定义、形成机理/引入机制、及其对结构陶瓷性能的影响。本课程重点学习的章节内容包括：第5章“陶瓷中的缺陷”（8学时）与第6章“陶瓷的显微组织”（2学时）。课程难点：通过本课程的学习，充分熟悉先进结构陶瓷制备三大过程（制粉，成型和烧结）中所包含的各种关键技术，并充分理解各自所对应的基本原理。在系统灵活地掌握各种成型和烧结技术的主要特点、影响因素和适用范围的基础上，初步具备设计先进结构陶瓷制备工艺的能力。

八、教学方法与手段：教学方法：以课堂讲授为主，注重传统教学手段与现代教学手段相结合。在课堂讲授中，教师全面而又有所侧重地阐述各章节的主要教学内容。教学课件的内容安排将与教科书中的内容相配合，力图起一个提纲挈领的作用。每一次课后，学生温习自学教科书上的相关内容，并结合文献检索与资料查询，对所学内容加以拓展和巩固。适当安排讨论课。讨论课有利于提高学生的主体意识和对课堂的参与度，并能加强学生之间以及师生之间的交流互动，从而能够强化教学效果。教学手段：多媒体幻灯片放映，结合黑板板书。九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。表2基本教学内容与学时安排序号课程内容课堂（学习、讨论）学时课外（准备、复试、实践）学时1陶瓷的分类与基本性能442陶瓷粉体制备443陶瓷成型工艺444烧结理论与工艺445陶瓷中的缺陷886陶瓷的显微组织227氧化物陶瓷66

（2）具体内容各章节的具体内容如下：第l章陶瓷的分类与基本性能(4学时)

1.1陶瓷材料的化学键

1.2陶瓷基本物理性能

1.3陶瓷力学性能

1.4陶瓷电学及介电性能

1.5陶瓷的高温性能

1.6陶瓷的低温性能第2章陶瓷粉体制备(4学时)

2.1固相法

2.2液相法

2.3气相法第3章陶瓷成型工艺(4学时)

3.1干压成型

3.2注射成型

3.3流延法

3.43D打印第4章烧结理论与工艺(4学时)

4.1固相烧结

4.2液相烧结

4.3等静压烧结

4.4微波快速烧结

4.5自蔓燃反应烧结

4.6放电等离子烧结第5章陶瓷中的缺陷(8学时)

5.1缺陷热力学

5.2本征缺陷

5.3非本征缺陷

5.4掺杂与非化学计量

5.5位错5.6其它缺陷第6章陶瓷的显微组织(2学时)6.1晶粒与晶界6.2第二相第7章氧化物陶瓷(6学时)7.1

氧化铝陶瓷及透明氧化物陶瓷7.2

氧化锆与相变增韧氧化锆陶瓷7.3

其它氧化物陶瓷（3）各章节的课后思考题第1章思考题：1、影响陶瓷材料实际强度的结构因素主要包括哪些？哪些测试因素会影响陶瓷材料实际强度的测量？2、影响结构陶瓷高温蠕变的因素主要包括哪些？第2章思考题：1、列举几种可以用来制备陶瓷粉体的主要的气相合成工艺。各有哪些技术特点？各自基于何种原理？2、相比于采用固相法或液相法制备陶瓷粉体，气相合成法具有哪些优缺点？第3章思考题：1、陶瓷注射成形工艺的主要优点包括哪些？2、简述流延成形的基本原理。3、陶瓷材料的3D打印成形包含哪些具体技术？各自具有哪些优缺点？第4章思考题：1、多晶陶瓷材料固态烧结过程中有哪些可能的传质路径？2、相比于无压烧结，热等静压烧结具有哪些突出的优点？3、液相烧结中，烧结致密化的速率主要受哪些因素的影响？4、简述微波烧结的原理与特点。5、放电等离子烧结包含哪些主要机制？第5章思考题：1、纯的氧化锆陶瓷中会有哪些可能的点缺陷？其中哪些可能会改变材料的化学计量？2、写出氧化锆中掺入氧化镁所对应的缺陷反应方程式。3、可以采取哪些方法往单晶氧化锆中引入位错？第6章思考题：1、相比于无压烧结，同样温度下的热等静压烧结如何影响陶瓷的显微组织？2、96%氧化锆陶瓷中的玻璃相如何影响陶瓷的显微组织和力学性能？第7章思考题：1、哪些因素会影响氧化锆陶瓷的固溶活化烧结？2、哪些方法可以诱导四方相氧化锆陶瓷发生表面相变，从而形成残余压应力而增韧？思考题要求：每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式完成一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按20%计入课程总成绩）。十、教材及参考书谢志鹏，《结构陶瓷》，清华大学出版社，2011年5月DavidGreen,AnIntroductiontotheMechanicalPropertiesofCeramics,CambridgeUniversityPress,2004十一、课程成绩评定与记载课程考核及评价细则课程考核及评价细则，详见表3。

表3课程考核及评价细则成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细则对应的教学目标平时成绩30%上课表现10根据学生平时上课的出勤率、课堂表现及互动情况，视其对课程学习的态度及积极程度，按10%计入课程总成绩。1、2、3、