材料科学基础课程教学大纲

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一、课程说明

（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分

课程名称：材料科学基础

所属专业：材料化学

课程性质：专业基础课

学分：4学分（72学时）

（二）课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程

课程简介：

本课程是材料专业的一门重要的专业理论基础课。本课程围绕材料化学成分、组织结构、加工工艺与使用性能之间的关系及其变化逻辑，系统介绍材料的晶体结构、晶体缺陷、弹塑性变形及回复和再结晶、材料中的蔓延、结晶与凝固、材料中的相变、相结构与相图等内容及其互相联系。

目标与任务：

学习本课程的目的是为了使同学熟悉材料的本质，了解金属、无机非金属材料的化学成分、热加工工艺、组织结构与性能之间的关系及其变化逻辑，为以后学习和工作中如何控制材料的化学成分和生产工艺以提高材料的性能、改进和进展各种热加工工艺以及合理地选材打下系统而坚实的理论基础。

先修课与后续相关课程：

先修课：数学、物理、化学、物理化学等。

后续相关课程：其他相关专业课程。

（三）教材与主要参考书。

教材：

(1)石德柯，材料科学基础，机械工业出版社，其次版。

(2)胡赓祥，蔡珣，材料科学基础，上海交通高校出版社，其次版。

主要参考书：

(1)赵品，材料科学基础教程，哈尔滨工业高校出版社，年其次版。

(2)刘智恩，材料科学基础，西北工业高校出版社，年其次版。

二、课程内容与支配

绪论1学时

第一章材料结构的基本学问

第一节原子结构

其次节原子结合建

第三节原子罗列方式

第四节晶体材料的组织

第五节材料的稳态与亚稳态结构

（一）教学办法与学时分配

讲授，1学时。

（二）内容及基本要求

主要内容：

【把握】：认识金属键、离子键、共价键、范德华力和氢键的定义、特点。

【了解】：了解原子结构及键合类型；把握物质的组成、原子的结构、电子结构和元素周期表；

【普通了解】：对什么是材料科学、材料的结构与内部性能之间的关系等学问举行概论。

其次章晶体结构

第一节晶体学基础

其次节纯金属的晶体结构

第三节离子晶体的结构

第四节共价晶体的结构

（一）教学办法与学时分配

讲授，10学时。

（二）内容及基本要求

主要内容：

【重点把握】：认识晶体的特点、空间点阵、晶胞、晶系和布拉菲点阵，晶向和晶面的表示办法，晶体的对称性。

【把握】：把握材料的结合方式、晶体学基础、三种典型的金属晶体结构，致密度和配位数，点阵常数和原子半径，晶体的原子堆垛方式和间隙，多晶型性。

第三章晶体缺陷

第一节点缺陷

其次节位错的基本概念

第三节位错的能量与交互作用

第四节晶体中的界面

（一）教学办法与学时分配

讲授，9.5学时，观察0.5学时“位错”视频资料。

（二）内容及基本要求

主要内容：

【重点把握】：把握点缺陷、线缺陷、面缺陷的模型和特点。

【把握】：认识点缺陷、位错的运动。了解位错的弹性性质，实际晶体结构中的位错及位错反应。

【了解】：了解外表面和表面能，晶界、亚晶界、相界的定义、种类和特点。

第四章固体中的蔓延

第一节蔓延定律及其应用

其次节蔓延机制

第三节影响蔓延的因素与蔓延驱动力

第四节几个特别的有关蔓延的实际问题

第五节固态蔓延中的形核与晶体生长

（一）教学办法与学时分配

讲授，10学时。

（二）内容及基本要求

主要内容：

【重点把握】：认识蔓延的热力学分析；蔓延的原子理论，蔓延机制，原子跳动和蔓延系数。菲克第一定律，菲克其次定律，蔓延方程的解，置换型固溶体中的蔓延（柯肯达尔效应），蔓延系数D与浓度相关时的求解。

【把握】：把握蔓延激活能，无规章行走与蔓延距离，影响蔓延的因素，反应蔓延。把握固态相变的基本理论。

第五章材料的弹性、塑形和再结晶

第一节弹性变形

其次节塑性变形

第三节冷变形金属的回复与再结晶

第四节热变形与动态回复

第四节金属的超塑性和陶瓷晶体的变形

（一）教学办法与学时分配

讲授，10学时。

（二）内容及基本要求

主要内容：

【重点把握】：把握弹性变形的本质、特征和弹性模量，弹性的不完整性。单晶体的塑变、多晶体的塑变的逻辑，把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。

【把握】：把握金属及合金在退火过程中的变化，把握回复、再结晶、晶粒长大及金属热变形的逻辑。

【了解】：热变形与动态回复

第六章材料的相结构与相图

第一节相图的热力学基础及材料的相结构

其次节二元相图、类型及应用

第三节Fe-C、氧化铝-氧化硅相图

第三节复杂相图及其分析

第四节三元系相图及其类型

（一）教学办法与学时分配

讲授，12学时。

（二）内容及基本要求

主要内容：

【重点把握】：把握相图的基本学问，二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用办法。

【把握】：娴熟把握铁碳相图及应用。把握三元相图的成分表示法、三元系平衡改变的定量法则、三元匀晶相图、三元共晶相图、三元相图的四相平衡改变、具有化合物

的三元相图的分析办法。

第七章材料的凝固与气相沉积

第一节材料凝固时晶核的形成

其次节材料凝固时晶体的生长

第三节固溶体合金的凝固

第四节共晶合金的凝固

第五节凝固法制备材料的技术

第六节材料的非晶态与气相沉积法制备材料的技术

（一）教学办法与学时分配

讲授，6学时。

（二）内容及基本要求

主要内容：

【把握】：把握纯金属的结晶过程、结晶的热力学条件、形核逻辑、长大逻辑【了解】：了解结晶理论的实际应用。了解非晶态与气相沉积技术。

第八章材料的亚稳态

第一节纳米材料

其次节非晶态材料

第三节亚稳相与无蔓延相变

（一）教学办法与学时分配

讲授，8学时。

（二）内容及基本要求

主要内容：

【重点把握】：把握亚稳相的基本概念及应用，马氏体及马氏体相变逻辑。

【把握】：把握非晶态及纳米材料的基本概念、制备办法及应用。

【了解】：了解外形记忆效应及外形记忆材料。

第九章固体材料的电子结构与物理性能

第一节固体的能带理论

其次节半导体

第三节材料的磁性

第四节材料的光学性能

第五节材料的热学性能

第六节功能材料举例

（二）教学办法与学时分配

讲授，2学时。

（二）内容及基本要求

主要内容：

【了解】：固体的能带理论

【普通了解】：各种功能材料的分类与特点。

第十章材料概论

第一节金属材料

其次节高分子材料

第三节结构陶瓷材料

第四节复合材料