《材料科学基础》课程教学大纲

《材料科学基础》课程教学大纲课程代码：ABCL0401课程中文名称：材料科学基础课程英文名称：FoundationofMaterialsScience课程性质：必修课程学分数：3.5课程学时数：56授课对象：材料化学专业本课程的前导课程：无机化学、物理化学等一、课程简介《材料科学基础》是材料化学专业的一门重要的基础理论课程。它阐述了与无机材料的组成、结构、工艺和性能之间密切相关的一系列基础理论，在基础课（如大学物理、无机化学、物理化学等）与专业课（材料化学、材料科学前沿、材料性能学、表面与界面化学、材料研究与测试方法、陶瓷工艺学和粉体工程等）之间起着承前启后的桥梁和纽带作用，是从事材料科学研究和工程制造的科技人员必须具备的专业基础知识。本课程也是材料专业硕士研究生入学考试必考科目之一。通过本课程的学习可掌握材料方面的基本理论，基本概念；了解从原料到成品的物理化学过程及变化规律；了解材料的组成、结构及性能间的相互关系；了解高温过程对材料结构的影响及材料显微结构的形成规律。为学习工艺知识等后续课程及从事材料工程技术和科学研究工作打下基础。通过学习该课程后，应达到的如下教学要求：1、掌握材料方面的基本理论，基本概念；2、了解从原料到成品的物理化学过程及变化规律；3、了解材料的组成、结构及性能间的相互关系；4、理解高温过程对材料结构的影响及材料显微结构的形成规律；5、通过完成规定的作业和实验，培养学生理论联系实际和分析、解决问题及动手能力、实践能力。二、教学基本内容和要求1、晶体化学基础课程教学内容：晶体中的结合键；紧密堆积原理；影响离子晶体结构的因素；鲍林规则；同质多晶；晶体场理论和配位场理论课程的重点、难点：重点：能应用紧密堆积原理分析实际晶体结构、鲍林规则；难点：紧密堆积原理课程教学要求：掌握紧密堆积原理（堆积方式、空隙种类及分布、球数与空隙之比）；熟练利用密堆积原理分析实际晶体结构；了解离子半径、配位数、电负性等概念；掌握鲍林规则能利用它分析验证实际晶体结构；理解离子极化等影响离子晶体结构和性能的影响因素。2、晶体结构课程教学内容：单质晶体结构、金属晶体结构、无机化合物结构、硅酸盐晶体结构课程的重点、难点：重点：各种类型晶体结构特点与性能之间的对应关系；难点：硅酸盐晶体结构课程教学要求：掌握典型无机化合物晶体结构特点与性能；掌握典型硅酸盐晶体结构特点与性能；能利用投影法、坐标法描述晶体结构，能看懂结构投影图，能分析结构与性质的关系。3、晶体结构缺陷课程教学内容：点缺陷、线缺陷、面缺陷、固溶体、非化学计量化合物课程的重点、难点：重点与难点：缺陷化学反应方程式课程教学要求：(1)掌握缺陷化学反应表示法；(2)掌握热缺陷浓度计算；(3）掌握非化学计量化合物类型，非化学计量化合物与固溶体的异同。4、固溶体课程教学内容：固溶体的概念、固溶体的分类、置换式固溶体、间隙式固溶体、固溶体中的组分缺陷、缺陷反应方程、固溶体的性质、固溶体的研究方法课程的重点、难点：重点与难点：固溶体的化学式课程教学要求：理解固溶体的概念、性质，及其与固溶体与化合物、机械混合物的区别；了解固溶体的分类；理解固溶体中的组分缺陷；掌握固溶反应方程式的写法（缺陷反应方程）；掌握固溶式的书写方法；通过举例学会固溶体的研究方法。5、熔体和非晶态固体课程教学内容：熔体的结构和性质、玻璃的通性、非晶态固体的形成、玻璃的结构学说、实际典型玻璃课程的重点、难点：重点：熔体的结构和性质；难点：玻璃的结构学说。课程教学要求：掌握熔体结构聚合物理论、聚合物形成过程等；掌握熔体的结构和性质与玻璃形成的结晶化学条件；了解玻璃的通性、玻璃的结构、常见玻璃类型。6、固体表面、界面与浆体的胶体化学原理课程教学内容：表面自由能与表面张力、界面行为、晶界、固体表面与吸附、胶体分散系、黏土-水浆体、表面活性剂及其应用课程的重点、难点：重点：黏土-水浆体；难点：固体表面双电层的形成对表面性质的影响课程教学要求：(1）了解固体表面结构特性；(2）掌握晶体表面结构即双电层的形成对表面性质的影响；(3)掌握粘土水系统的胶体化学，特别是粘土颗粒带电的原因和阳离子吸附交换特性，以及吸附离子对粘土水系统胶体化学性质的影响规律。7、相平衡及相图课程教学内容：相平衡及其研究方法、单元系统相图、二元系统相图及应用举例、三元系统相图及应用举例三元系统相图应用举例、四元系统相图（选修）课程的重点、难点：重点：三元系统相图、专业相图分析及实际应用；难点：复杂专业相图相变化分析课程教学要求：(1）掌握分析认读相图的知识与能力，重点掌握三元系统分析相图的规则方法；(2)理解一元系统的多晶转变点的类型与特点及介稳态；(3)理解二元系统的凝聚系统相图的基本类型；(4)掌握三元系统的浓度三角形的性质，分析三元相图的规则，结晶路程的分析方法及结晶过程中各相量和各相组成的变化；(5)了解四元系统相图。8、扩散与固相反应课程教学内容：扩散动力学方程—Fick定律、Fick定律的应用、固体扩散机构与扩散系数、影响扩散的因素、固相反应机理、固相反应动力学、影响固相反应的因素课程的重点、难点：重点：扩散第一、第二定律及实际应用，杨德尔方程和金斯特林格方程及其应用；难点：扩散机理和固相反应机理重点课程教学要求：掌握菲克第一、第二定律；理解扩散理论，能利用扩散动力学方程解决实际扩散问题；了解影响扩散的诸因素；掌握杨德尔方程和金斯特林格方程；了解影响固相反应的诸因素。9、相变课程教学内容：相变分类、相变条件、液固相变、液液相变、固固相变、气气相变课程的重点、难点：重点：液固相变；难点：玻璃分相机理课程教学要求：了解相变过程的温度，压力和浓度条件；了解临界晶核的概念；掌握析晶过程；了解影响析晶的因素；理解玻璃分相的机理，能利用分相理论解决材料制备中的问题。10、烧结课程教学内容：烧结的基本类型、烧结过程及机理、固相烧结、液相烧结、非常规烧结、再结晶和晶粒长大、影响烧结的因素课程的重点、难点：重点：再结晶和晶粒长大、影响烧结的因素；难点：传质机理课程教学要求：(1)掌握烧结的传质机理以及各种因素对烧结的影响；(2)掌握抑制晶粒生长与防止二次重结晶的措施；(3)了解与烧结相关的基本概念及特种烧结原理。三、实验教学内容及基本要求鉴于本课程实验的重要性，实验教学内容单独设立课程进行教学，见《材料化学专业实验一》实验课程。四、教学方法与手段以多媒体展示、板书、课堂讲授相结合的方式进行授课。五、教学学时分配章节（或内容）讲课习题课实验其它合计第二章晶体化学基础314第三章晶体结构628第四章晶体结构缺陷33第五章固溶体22第六章熔体和非晶态固体314第七章固体表面与界面44第八章浆体的胶体化学原理44第十章相平衡8210第十一章扩散44第十二章相变415第十三章固相反应44第十四章烧结44合计49756六、考核方式与成绩评定标准1、考核方法：闭卷考试。2、成绩评定：课程成绩=考试成绩×80%+平时成绩20%（百分制）。七、教学参考资源教材：胡志强等编，《无机材料科学基础教程》(第二版)，化学工业出版社，2011年6月陆佩文等编，《无机材料科学基础》，武汉工业大学出版社，1996年8月参考书：1．[美]W