《材料科学与工程基础》实验教学大纲

《材料科学与工程基础》实验教学大纲一、课程基本情况课程代码101134223201课程名称（中/英文）：材料科学与工程基础/FundamentalsofMaterialsScienceandEngineering课程类别：专业核心课程课程性质：专业必修课程课程类型：课程实验总学分：4总学时：64实验/实践学时：8适用专业：材料物理适用对象：本科先修课程：物理化学、晶体学基础开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介《材料科学与工程基础》实验是对理论教学的巩固和延伸，通过热重分析实验和淬冷法研究相平衡实验，学生了解了实验原理，实验设备，掌握了实验设备操作。通过实验实践教学培养了学生的动手能力，分析问题能力，理论联系实际能力，数据处理能力、合作能力等。三、实验教学目标学生通过实验了解了实验原理，实验设备，掌握了实验设备操作。通过实验实践教学培养了学生的动手能力，培养了理论联系实际能力，锻炼了合作能力，提高了学生分析问题能力和数据处理能力等。通过本课程实验学习，应达到下列基本要求：（1）具备必要的材料物理专业类专业基础知识。能将其应用于解决材料生产工艺开发、工艺设计、材料结构和性能改进相关问题。（2）具备问题分析能力。能够应用所学的基本原理对光伏和电池材料性能产生影响的生产设备、材料组成与结构等复杂问题进行识别和表达，并结合文献研究分析，以获得有效结论。能够根据材料物理专业所学基本原理去研究分析材料生产工艺过程存在的问题及产生原因。（3）具备设计/开发解决方案能力。能够根据特定需求，清晰描述光伏材料在制备和生产过程中的复杂工程问题所面临的问题，能识别该任务面临的各项制约条件，分清主次，能够完成综合性设计。（4）具备初步研究的能力。能够运用材料物理专业理论与技术手段，能够就某个工程问题进行分析性研究。根据实验目的的设计实验内容及步骤，进行实验，记录数据并分析、解决。通过对实验过程和实验结果的分析，并通过信息综合得到合理有效的结论。四、实验项目及学时安排序号实验项目名称实验学时实验类型实验要求每组人数备注1热重分析4综合性必做22淬冷法研究相平衡4综合性必做2五、实验内容实验一热重分析实验实验目的：1.掌握热重分析的原理及实验方法。2.熟悉本实验所用仪器设备的性能，操作方法。3.学习使用热重分析方法分析被测物质。实验设备：1．仪器（1）立式管状高温炉（2）精密扭力天平（3）变压器（4）电位差计（5）热电偶（6）铂金坩埚（7）铂金吊丝（8）补偿导线（9）热电偶冷端补偿器（10）电流表2．装置如图2所示。图2热重分析实验装置实验内容及步骤：1．用铂金丝将坩埚悬挂于精密扭力天平钩上，精确称出吊丝和坩埚的重量。2．取下坩埚，加入300mg左右的试样，再称出其重量。3．接通电源，选择炉子以10℃/min升温。4．每隔5分钟称量一次，并记录相应的温度，试样开始失重时，每隔1分钟记录一次，注意记录失重开始和失重结束时的重量及对应的温度。5．实验完毕，切断电源，请教师验收坩埚及吊丝。实验二淬冷法研究相平衡实验实验目的：从热力学角度建立系统状态（物系中相的数目，相的组成及相的含量）和热力学条件（温度，压力，时间等）以及动力学条件（冷却速率等）之间的关系。掌握静态法研究相平衡的实验方法之一-淬冷法研究相平衡的实验方法及其优缺点。掌握浸油试片的制作方法及显微镜的使用，验证Na2O—SiO2系统相图。实验设备：1．仪器：（1）立管式电阻炉（2）可控硅温度控制器（3）热电偶（4）水浴盘（5）铂铑坩埚（6）铂金吊丝（7）偏光显微镜一套2.装置：如图3所示。图3淬冷法研究相平衡装置实验内容及步骤：取少量的试样（0.01-0.02克Na2O：SiO2=1∶2摩尔比）置入铂铑坩埚内，用铂金丝悬吊于炉膛内，上下均加盖。水浴盘内盛上2/3的水，放至炉底，调整好显微镜。接通电源，将高温炉升温至800℃，保温30分钟，使试样充分达到平衡状态。打开高温炉下盖，用镊子取下吊丝连同坩埚一并落入水浴盘中淬冷。从铂铑坩埚内取出试样，在研钵内轻砸成粉末（注意不能研磨），制成油浸在偏光显微镜下观察有无晶体析出。六、实验报告格式实验名称（一）实验目的（二）实验设备（三）实验内容及步骤（四）结果与分析（五）问题讨论七、考核方式（一）实验成绩的构成实验成绩占本门课程总成绩15%，参考实验考勤、实验操作及实验报告成绩综合给定。（二）评分标准1.实验成绩以百分制或五级制（优、良、中、及格、不及格）填报，按比例记入该课程成绩中。2.多个实验项目的要最后填报平均成绩。3.按照实验指导书的具体要求，根据每个学生实验前的预习准备，实验过程的考查，实验操作情况及实验报告的质量，综合给出实验成绩。4.实验评分应包括三个方面：（1）实验预习及实验纪律占20%：（2）实验操作占40%：（3）实验报告40%；评分等级：评定成绩分优、良、中、及格和不及格五个等级。优：90分以上，良：80-89分，中：70-79分，及格：60-69分，不及格：59分以下，也可以以百分制给出两个实验的综合成绩。实验成绩考核评定表考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~90分）中等（70~80分）及格（60~70分）不及格（＜60分）实验预习及实验纪律（20%）实验前能够按照实验要求，提前预习，掌握实验内容，掌握实验安全操作规程，遵守实验纪律。实验前能够按照实验要求，提前预习，较好的掌握实验内容、掌握实验安全操作规程，遵守实验纪律。实验前能够按照实验要求，提前预习，了解实验内容、实验安全操作规程，较遵守实验纪律。实验前能够按照实验要求，提前预习，基本了解实验内容、实验安全操作规程，较遵守实验纪律。实验前未能按照实验要求，未提前预习，不了解实验内容、未能掌握实验安全操作规程。实验操作（40%）能够根据实验目的，独立设计优化实验步骤，独立或合作完成实验操作，且操作规范；准确记录实验现象，并对实验现象进行综合的分析讨论，得出合理的实验结果。能够根据实验目的，独立设计实验步骤，独立或合作完成实验操作，操作较为规范；记录实验现象较为准确，并对实验现象进行综合的分析讨论，得出较为合理的实验结果。能够根据实验目的，设计实验步骤，独立或合作完成实验操作，操作基本规范；记录实验现象，并对实验现象进行分析讨论，得出实验结果。能够根据实验目的，设计出基本的实验步骤，基本能完成实验操作，操作基本规范；记录实验现象，并对实验现象进行初步分析讨论，得出实验结果。不能根据实验目的，设计出相应的实验步骤，不能完成实验操作或操作不规范；不能记录实验现象，不能对实验现象进行分析讨论，不能得出实验结果。实验报告（40%）实验报告能够独立完成，内容完整，数据合理，数据处理正确，图表规范。能够正确完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行深入的讨论，提出自己的见解。实验报告能够独立完成，内容完整，数据较为合理，数据处理正确，图表基本规范。能够较好的完成实验报告中提出的问题，并对实验中遇到的问题进行讨论，提出意见。实验报告能够独立完成，内容完整，数据基本合理，能够进行数据处理，图表基本规范。能够基本完成实验报告中提出的问题，能对实验中遇到的问题进行讨论。实验报告基本能够独立完成，内容完整，数据图表齐全，基本完成实验报告中提出的问题。实验报告不能独立完成，存在抄袭现象，报告中提出的问题没有或基本没有回答。八、教学资源建议教材：材料科学基础实验指导书主要参考书：（1）潘金生,仝健民，田民波.材料科学基础.北京：清华大学出版社.1998．（2）赵品，谢辅洲，孙文山.材料科学基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.1999．重要文献：Donald.R.Askeland.TheScienceandEngineeringofMaterials.2ndEdWadworthInc.1990WilliamD.Callister,Jr.Mat