《复合材料》教学大纲

《复合材料》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03155101课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：物理化学、材料科学基础A、工程材料学A、材料制备与加工A等后续课程：毕业实习、毕业设计等适用专业：材料科学与工程开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明《复合材料》是材料科学与工程专业学生的一门专业选修课。本课程是为材料科学与工程专业学生进一步拓宽专业知识而开设的课程。本课程首先介绍复合材料的基础部分：概述、增强体、基体、界面和复合理论，然后介绍应用最广的聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、碳/碳复合材料和混杂纤维复合材料。每一部分内容均先从概念入手，再着重介绍其制备原理、材料性能及其应用。课程内容深度适中，讲解繁简结合，通俗易懂，并及时反映当前复合材料最新研究成果，包括复合材料的新概念、新知识、新理论、新技术和新工艺等。通过本课程的学习能使学生全面了解复合材料的类型、种类及性能特点，掌握复合理论、界面理论和表征方法；熟悉各类复合材料的性能，掌握复合材料的制备及加工工艺，掌握界面特征和结构设计；同时具有初步的复合材料设计能力，为学生今后在复合材料领域的深造和专门研究奠定较坚实的基础。本课程注重理论知识和生产实践的结合，培养学生严谨细致的工作习惯、精益求精的科学精神，具备较强的职业素养。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握复合材料学科的基本概念、原理、规律、特点以及应用情况；熟悉复合材料专业相关的材料设计、制备、改性、性能检测分析和产品质量控制的基础理论和专业知识；了解复合材料领域的发展现状和趋势。课程目标2：具备复合材料的设计和制备、性能提升优化和检测分析等方面的基本能力；具有在复合材料相关领域从事生产、技术研发、工艺设计等工作的初步能力。课程目标3：具有良好的复合材料设计、制备、改性、性能检测与分析等方面的专业素质；具有良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神；树立正确的是非观念和劳动意识；具有坚定正确的政治方向、科学的世界观、人生观和价值观。三、课程目标与毕业要求《复合材料》课程教学目标对材料科学与工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.1能正确使用技术语言表达材料专业相关复杂工程问题。1.3掌握相关自然科学知识、工程基础知识和思维方法，并能将其应用于解决材料专业相关复杂工程问题。课程目标1：掌握复合材料学科的基本概念、原理、规律、特点以及应用情况；熟悉复合材料专业相关的材料设计、制备、改性、性能检测分析和产品质量控制的基础理论和专业知识；了解复合材料领域的发展现状和趋势。H2.问题分析2.1能够应用工程科学的基本原理，识別和判断材料专业相关复杂工程问题的关键环节和参数。2.2能够应用数学、自然科学基本原理，对材料专业相关复杂工程问题进行表述。课程目标2：具备复合材料的设计和制备、性能提升优化和检测分析等方面的基本能力；具有在复合材料相关领域从事生产、技术研发、工艺设计等工作的初步能力。H6.工程与社会6.1熟悉材料科学与工程领域相关的技术标准、知识产权、产业政策和法律法规，了解企业文化方面的知识。6.2能分析和评价解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，以及这些制约因素对方案实施的影响，并理解应承担的责任。课程目标3：具有良好的复合材料设计、制备、改性、性能检测与分析等方面的专业素质；具有良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神；树立正确的是非观念和劳动意识；具有坚定正确的政治方向、科学的世界观、人生观和价值观。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.复合材料概述1.1复合材料的发展概况、复合材料的命名和分类；1.2复合材料的基本性能；1.3复合材料结构设计基础。教学要求：了解复合材料的发展概论，复合材料的基本性能，复合材料的应用现状；理解与掌握复合材料的定义与分类。重点：复合材料产生的历史背景，复合材料的分类及其应用。难点:复合材料的基本性能。21、22.复合材料的基体材料2.1金属材料；2.2无机胶凝材料；2.3陶瓷材料；2.4聚合物材料。教学要求：了解功能用复合材料的基体；理解金属基复合材料的组成特点，基体金属与增强体的相容性；掌握基体的选择原则，金属基复合材料的使用要求，常用结构复合材料的基体，常用陶瓷材料（玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷与非氧化物陶瓷）的性能特点，聚合物材料基体的种类、组分与作用。重点：基体材料的选择原则，常用聚合物、金属和陶瓷基体材料的性能。难点:基体材料的选择原则，复合材料基体的作用。21、23.复合材料的增强材料3.1玻璃纤维及其制品；3.2碳纤维；3.3芳纶纤维（有机纤维）；3.4其他纤维。教学要求：了解复合材料按增强体分类，我国玻璃纤维工业的生产状况，玻璃纤维织物的品种及性能，特种玻璃纤维的种类；世界碳纤维的生产与应用；有机纤维的性能特点。理解玻璃纤维按含碱量的分类与单丝直径分类；理解晶须的单晶本质，掌握增强体材料的选择原则，玻璃纤维的结构及化学组成，玻璃纤维的物理、化学性能，玻璃纤维及其制品的制造工艺；掌握碳纤维的结构与物理、化学、力学性能；常用颗粒增强体的种类与特点。重点：增强体材料的选择原则，玻璃纤维与碳纤维的结构特点，增强体材料的表面处理。难点:增强体材料的选择原则，玻璃纤维与碳纤维的结构特点，增强体材料的表面处理。21、2、34.复合材料的界面4.1概述；4.2复合材料的界面；4.3增强材料的表面处理。教学要求：了解复合材料界面类型与模型；理解复合材料界面的作用与作用机理；掌握金属基复合材料、聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料的界面特点。重点：复合材料的界面特征，界面结合类型的划分。难点:界面模型的提出及其与界面类型的关系。21、2、35.聚合物基复合材料5.1聚合物基复合材料的种类和性能；5.2聚合物基复合材料结构设计；5.3聚合物基复合材料制备加工技术；5.4聚合物基复合材料的应用。教学要求：了解聚合物基复合材料的种类与性能，各种玻璃纤维增强复合材料的性能特点与代号，聚合物基复合材料的应用；理解聚合物基复合材料结构设计的过程；掌握聚合物基复合材料制备加工技术。重点:聚合物基复合材料制备加工技术。难点:聚合物基复合材料结构设计的过程。41、2、36.金属基复合材料6.1金属基复合材料的种类和基本性能；6.2铝基复合材料；6.3镍基复合材料；6.4钛基复合材料；6.5石墨纤维增强金属基复合材料。教学要求：了解金属基复合材料的种类与基本性能，金属基复合材料中增强体的性质；掌握金属基复合材料的强度特点，铝基复合材料的制造工艺；了解铝基复合材料的二次加工；了解镍基复合材料作为高温复合材料的特点、镍-蓝宝石反应的性质和影响、镍基复合材料的制造和性能；理解硼纤维增强钛基复合材料的相容性问题；了解钛基复合材料的研制及发展前景；掌握石墨-铝基复合材料与石墨-镍基复合材料的制备工艺，了解其他石墨增强复合材料的发展。重点:典型MCC的特点及制备工艺。难点:镍-蓝宝石反应的性质和影响。41、2、37.陶瓷基复合材料7.1陶瓷基复合材料的种类及基本性能；7.2陶瓷基复合材料的制备加工技术；7.3陶瓷基复合材料的应用。教学要求：了解陶瓷基复合材料的基体结构，常用的增强体材料；掌握纤维增强陶瓷基复合材料的特点；了解晶须和颗粒增强陶瓷基复合材料的特点；掌握陶瓷基复合材料的界面和强韧化机理；掌握陶瓷基复合材料的主要制备方法；了解晶须与颗粒增韧陶瓷及复合材料的加工与制备；了解陶瓷基复合材料的应用状况。重点:陶瓷基复合材料的定义与分类，典型陶瓷基复合材料的特点及制备工艺。难点:陶瓷基复合材料的界面和强韧化机理。41、2、38.水泥基复合材料8.1粉末冶金科学与技术应用；8.2粉末冶金材料强韧化技术及应用。教学要求：了解水泥基复合材料的基体结构，常用的增强体材料；掌握水泥基复合材料的界面和强韧化机理；掌握水泥基复合材料的主要制备方法；了解水泥基复合材料的应用状况。重点:水泥基复合材料的定义与分类，典型水泥基复合材料的特点及制备工艺。难点:水泥基复合材料的界面和强韧化机理。41、2、39.碳/碳复合材料9.1碳/碳复合材料的发展；9.2碳/碳复合材料的制备加工技术；9.3碳/碳复合材料的应用。教学要求：了解碳/碳复合材料的基体结构，常用的增强体材料；掌握碳/碳复合材料的界面和强韧化机理；掌握碳/碳复合材料的主要制备方法；了解碳/碳复合材料的应用状况。重点:碳/碳复合材料的定义与分类，典型碳/碳复合材料的特点及制备工艺。难点:碳/碳复合材料的界面和强韧化机理。41、2、310.混杂纤维复合材料10.1混杂纤维复合材料的种类及基本性能；10.2混杂纤维复合材料的结构设计；10.3混杂纤维复合材料的应用。教学要求：了解混杂纤维复合材料的基体结构，常用的增强体材料；掌握混杂纤维复合材料的界面和强韧化机理；掌握混杂纤维复合材料的主要制备方法；了解混杂纤维复合材料的应用状况。重点:混杂纤维复合材料的定义与分类，典型混杂纤维复合材料的特点及制备工艺。难点:混杂纤维复合材料的界面和强韧化机理。41、2、3合计32五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论互动、案例讲解、视频资源共享等教学方式完成课程教学任务和相关能力的培养。学生在全面掌握复合材料制备技术的理论基础上，具备对复合材料的结构与性能进行评定的初步能力。六、课程资源1.推荐教材：（1）陈华辉，刘瑞平，汪长安.复合材料[M].北京大学出版社.2021,06.2.参考书：（1）王荣国，武卫莉，谷万里.复合材料概论[M].哈尔滨工业大学出版社.2015,07.（2）赵玉涛,陈刚.金属基复合材料[M].机械工业出版社.2019,09.（3）贾成厂,郭宏.复合材料教程[M].高等教育出版社.2010,02.（4）朱和国,张爱文.复合材料原理[M].国防工业出版社.2013,03.（5）张东兴.聚合物基复合材料科学与工程[M].哈尔滨工业大学出版社.2017,04.3.期刊：（1）孙麟,陈世龙,张凯祺等.泡沫铝复合材料的研究进展与展望[J].金属功能材料,2022,29(05):49-56+68.（2）夏朋昭,许莹,蔡艳青等.微波烧结工艺对Ti-Mg复合材料组织和性能的影响[J].金属热处理,2022,47(09):18-26.（3）胡开元,戚继球,孟庆坤等.热处理态TiC/Ti复合材料组织特征、力学性能和断裂行为[J].特种铸造及有色合金,2022,42(09):1125-1129.（4）ChenYao,ChenJie.RealizingenhancedthermoelectricpropertiesinCu2S-alloyedSnSebasedcompositesproducedviasolutionsynthesisandsintering[J].JournalofMaterialsScience&Technology,2021,78:121-130.（5）RaoYan-Ni,HeQi,DaiHong-Liang.Amicromechanicalmodelforeffectivehygro-thermo-elasticpropertiesoffiberreinforcedcompositeswithfunctionallygradedinterphases[J].AppliedMathematicalModelling,2021,92:78-98.4.网络资源：（1）尹洪峰.复合材料,精品课程,/spzy/fhcl.htm（2）朱和国.复合材料原理,网易公开课,/newview/movie/courseintro?newurl=QHGR4OD32七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和大作业考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442章节测验10（1）根据每次章节测验单独评分，满分100分；（2）每次章节测验评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以章节测验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442分组任务10（1）根据每次分组讨论完成情况和PPT质量分组评分，满分100分；（2）每次讨论单独评分，取各次讨论成绩的平均值作为最终成绩，并以此成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√334期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核复合材料的基体材料、增强体材料、界面，聚合物基、金属基、陶瓷基、水泥基、碳/碳、混杂纤维复合材料等内容。（3）考试题型为：填空题、选择题、判断题、简答题、综合题等。√√√252510合计：100分404020八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、章节测验、作业、分组任务和大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：大作业成绩为100分（权重60%），类型为综合应用题和分析题等类型，考试试题分值应与教学大纲各章节的学时基本成比例；课堂表现、作业、章节测验和分组任务等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试