《无机材料科学基础》课程教学大纲

《无机材料科学基础》教学大纲课程代码：ABCL0301课程中文名称：无机材料科学基础课程英文名称：PhysicalchemistryofInorganicmaterials课程性质：专业必修课课程学时：72学时，其中实验16学时，实验部分纳入综合实验一课程学分：4.5学分授课对象：材料物理专业

本课程的前导课程：基础化学、物理化学等一、课程简介《无机材料科学基础》是无机非金属材料、材料化学、材料物理等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（日用陶瓷工艺学、建筑陶瓷工艺学、特种陶瓷工艺学、玻璃工艺学等）之间起着承前启后的桥梁和纽带作用，是从事无机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。本课程也是无机材料专业硕士研究生入学考试必考科目之一。《无机材料科学基础》是一门专业基础理论课，是无机材料专业必修的主干课程。其目的和任务是阐述本学科领域中的基本理论、基本概念；揭示材料的组成、结构与性能之间的关系；探讨过程变化的规律及如何利用这些规律来分析、解释基本问题；为学习工艺知识等后续课程及从事无机材料工程技术和科学研究工作打下基础。因此，通过本课程的学习可掌握无机材料方面的基本理论，基本概念；了解从硅酸盐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无机材料工程技术和科学研究工作打下基础。该课程的教学目标是：1、掌握无机材料方面的基本理论，基本概念；2、了解从硅酸盐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、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；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知识单元1.1、物质结构基础知识点：物质的组成、状态及材料结构；物质的原子结构（量子力学基础、原子结构和性质）；原子之间的相互作用和结合（化学键结合、物理键结合、原子间距和空间排列）。学习目标：(1)掌握物质的结构组成状态及材料结构。(2)掌握物质的基本组成单位原子之间的相互作用和结合状态。(3)从原子角度理解材料的结构与性能的关系。知识单元1.2、晶体化学基础知识点：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学习目标：(1)掌握等径球的堆积规律；(2)了解影响离子晶体结构的因素；(3)掌握鲍林规则分析离子晶体结构；知识单元1.3、晶体结构知识点：晶体结构（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），晶体结构缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷、固溶体、非化学计量化合物）学习目标：(1)掌握各种类型晶体结构特点与性能之间的对应关系；(2）掌握缺陷化学反应表示法及热缺陷浓度计算；(3)掌握固溶体的形成条件、固溶体的类型；(4）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。知识单元1.4、非晶态结构知识点：典型非晶态结构（熔体的结构、玻璃的结构）学习目标：(1)掌握熔体结构聚合物理论、聚合物形成过程等。(2）掌握熔体的性质与玻璃形成的结晶化学条件。(3）了解玻璃的通性、玻璃的结构、常见玻璃类型。知识单元2.1、固体表面与界面知识点：表面自由能与表面张力，界面行为，固体表面与吸附胶体分散系，表面活性剂及其应用学习目标：(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。知识单元3.1、相平衡及相图知识点：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）学习目标：(1）培养学生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)一元系统主要掌握多晶转变点的类型与特点及介稳态。(3)二元系统主要掌握凝聚系统相图的基本类型。(4)元系统重点掌握浓度三角形的性质，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。知识单元4.1、扩散知识点：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。学习目标：(1)重点掌握扩散的宏观规律与微观机构及影响扩散的因素。(2)了解扩散理论及固体中的扩散。知识单元4.2、材料制备中的固相反应知识点：固相反应机理，固相反应动力学，影响固相反应的因素学习目标：(1)了解固相反应的特点、过程及动力学关系。(2)重点掌握扩散动力学方程及影响因素。知识单元4.3、材料中的相变知识点：相变分类、相变条件，液相一固相的转变，液相一液相的转变，有序一无序转变，再结晶和晶粒长大。学习目标：(1)主要掌握液固相相变过程中晶核形成与晶体生长的热力学与动力学条件以及析晶过程的控制及影响因素。(2)了解相变的分类方法、几种主要相变类型及液液相变概念与现象。知识单元4.4、烧结知识点：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，影响烧结的因素。学习目标：(1)重点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本课程实验部分已纳入专业综合实验一。四、教学方法与手段1.教学方法本课程以课堂教学为主。教师在教学过程中，针对课程较难理解的概念适时提问，用提问、讨论等方法促使学生思维，调动学生积极主动思考的能动性，以加深学生对课程内容的理解，提高学习兴趣。在描述物理性能时，尽量避免复杂的数学推导，而注重数学关系式的物理意义，注重理论联系实际。内容深入浅出、容易理解。当每堂授课结束后，适当设置疑难问题，布置作业或思考题，在下次课前和学生进行交流。2．教学手段采用多媒体教学手段，结合使用课件，以形象化资料激发学生的学习兴趣，加强教学效果。在课堂教学中，充分利用多媒体教学手段，结合课件内容设计的有助于理解课程内容的动画，帮助学生理解概念，提高教学效果。1）讨论课因本课程给定的学时少，教学内容较多，在课堂教学中暂不专门安排讨论课。教师在教学过程中，针对课程较难理解的概念适时提问，用老师提问、学生解答、老师针对性补充的方法促使学生思维，调动学生积极主动思考的能动性，以加深学生对课程内容的理解，提高学习兴趣。2）习题课因课时少，暂不安排习题课。利用课外辅导时间，讲解课外作业中的共性问题。3）实验课材物化课的特点是理论性强，概念多，主要以课堂讲授为主，辅以必要的实验。除开出验证性实验外，为加强理论与实践联系，培养和训练学生创新和设计能力，本次修订开设1项设计性实验——熔体的非均匀成核与析晶试验，该实验内容是综合了熔体与玻璃体、相平衡、相变等各章内容的理论与实验要求而提出来的。4）课外作业课外作业是巩固理论、强化概念及培养分析问题和独立思考能力的重要环节，是检验教与学的手段之一。习题应包括概念题、计算题、综合分析题等各种类型。例如硅酸盐晶体结构类型判别，热缺陷浓度的计算，玻璃结构学说的讨论以及三元相图析晶路程分析等。习题一次不宜过多过难，应由易到难，由浅到深。课外作业以教材上的习题为主，适度增加一些自编习题及思考题。每讲授完相关的知识单元后，布置相应的习题与思考题。每次布置3-5道必做作业题，并认真批改。5）自主学习提高学生自学能力和获取知识能力是重要环节，要适当布置学生自学的内容。本课程的教学课件已挂在校园网上，学生可利用校园网，延伸了课堂教学的时空领域，提供了课外学习服务。学生可以利用网络课堂进行自学、复习、个性化学习。网站平台可以提供在线提问，答疑系统、交流平台，教师可以答疑学生问题。6）课外指导本课程各章节内容既密切相关又相对独立，涉及面广，学习难度较大，根据学生的掌握情况还应及时辅导答疑。课外指导主要是切实做好课后对学生辅导答疑和质疑。原则上规定每讲授完一章，辅导答疑1次。辅导答疑时间可安排在晚上学生自习时间，解答学生本章学习存在的问题，如有普遍性问题可集体辅导。五、教学学时分配学时讲授讨论课习题课实验物质结构基础22晶体化学基础44晶体结构16106非晶态结构752固体表面与界面862相平衡及相图1192扩散44材料制备中的固相反应642材料中的相变862烧结66合计725616六、考核方式与成绩评定标准1.考核方式：闭卷考试2.成绩评定：成绩=考试成绩×80%+平时作业成绩20%（百分制）七、教学参考资源1、胡志强等编.无机材料科学基础.化学工业出版社,2003年12