《材料物理》课程教学大纲

《材料物理》课程教学大纲课程编号：04110992课程性质：专业方向课适合专业：物理学先修课程：原子物理学、固体物理开设学期：第六学期考核方式：闭卷考试总学时：32-36学分：2（一）课程教学目标材料物理是物理学的专业选修课。本课程将系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形与强化、材料的亚稳态。本课程着眼于材料基本问题、从金属材料的基本理论出发，将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。通过理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析和解决问题，探索新知识的能力。（二）课程的目的与任务本课程为该专业学生的后续课程，如材料加工成型、材料热处理、材料的性能、工程材料学、材料测试、材料的近代研究方法、计算机在材料科学中的应用等提供基础。（三）理论教学的基本要求“了解”原子间的键合，晶体学基础、纯金属的晶体结构及特征、离子晶体的结构、共价晶体的结构、晶体的对称性、高分子材料的结构；“理解”晶体结构缺陷（包括点缺陷、线缺陷和面缺陷）、材料的相结构；相律、纯金属的结晶理论、晶核的形成、晶核的成长；“掌握”匀晶相图、共晶相图、包晶二元相图及其分析、铁碳相图；（四）教学学时分配数章次各章名称总学时学时分配讲课实验上机课外小计第一章引言222第二章晶体结构666第三章晶体结构缺陷888第四章非晶态结构与性质666第五章表面结构与性质666第六章相平衡与相图444复习与习题课0-40-40-4总计32-3632-3632-36（五）大纲内容本课程的课堂教学时数约为36学时，具体章节及学时分配如下：第一章材料引言第—节材料类型第二节材料组成、结构、性质、工艺及其与环境的关系第三节材料的选择本章小结：从材料科学与工程一级学科的层次上阐述材料的分类方法，了解材料组成、结构、性质、工艺及其与环境的关系。第二章晶体结构第一节结晶学基础第二节晶体中质点的结合力与结合能第三节晶体中质点的堆积第四节单质晶体结构第五节无机化合物结构第六节硅酸盐晶体结构第七节高分子材料结构本章教学重点及难点：重点：空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构，固溶体及中间相的概念及其分类方法。难点：六方晶系布拉菲指数标定，原子的堆垛方式，中间相的结构及其区别。本章小结：从微观层次出发，首先认识质点排列规则的理想晶体，建立理想晶体中质点空间排列的立体图像，进一步理解晶体的组成-结构-性质之间的相互关系及其制约规律。第三章晶体结构缺陷第—节晶体结构缺陷的类型第二节点缺陷第三节线缺陷第四节面缺陷第五节固溶体第六节非化学计量化合物本章教学重点及难点：重点：位错等有关基本概念，点缺陷的平衡性质，位错的运动与晶体滑移的关系，位错的性质，柏氏矢量的性质与应用，位错反应。难点：位错的应力场，实际晶体的位错难点：位错的应力场，实际晶体的位错。本章小结：从微观层次上介绍晶体中缺陷产生的原因、缺陷的类型、缺陷的产生、复合、运动、不同缺陷之间的相互作用以及缺陷的控制与领用。第四章非晶态结构与性质第—节熔体的结构第二节熔体的性质第三节玻璃的形成第四节玻璃的结构第五节常见玻璃类型本章教学重点及难点：重点：有关过冷的概念、金属凝固和形核的条件难点：与临界晶核有关参数的推导本章小结：熔体的结构及性质，玻璃的通性、玻璃的形成以及玻璃的结构理论等内容，这些基本知识对控制材料的制造过程和改善材料性能具有重要的意义。第五章表面结构与性质第—节固体的表面及其结构第二节固体的界面及其结构第三节润湿与粘附本章教学重点及难点：重点：有关表面、界面的概念、润湿与粘附的条件难点：与润湿有关参数的推导本章小结：介绍固体的表面及结构、固体的界面及结构、界面行为-润湿与粘附、测定固体表面成分和结构的方法等。第六章相平衡与相图第一节相平衡及其研究方法第二节单元系统第三节二元系统第四节三元系统本章教学重点及难点：重点：相律与杠杆定律，匀晶转变与偏析，共晶转变及其不平衡组织，包晶转变，相图中的几何规律，铁碳相图中典型合金的凝固过程及其相与组织的相对量计算，利用相图判断材料的性能；直线法则与重心定律；投影图及其应用；材料的凝固过程分析；三元系反应类型的判断。难点：杠杆定律的应用本章小结：相律及相平衡研究方法，单元、多元相图的基本原理及应用，不同组元专业相图及其在材料组成设计、材料工艺方法选择、材料矿物组成控制及材料性能预测等方面的应用等理论与实践知识。（六）课程有关说明教学内容重点：晶体学基础、纯金属的晶体结构及特征、离子晶体的结构、共价晶体的结构、晶体的对称性、高分子材料的结构；晶体结构缺陷（包括点缺陷、线缺陷和面缺陷）、材料的相结构；相律、纯金属的结晶理论、晶核的形成、晶核的成长；匀晶相图、共晶相图、包晶二元相图、铁碳相图；固溶体的凝固理论、共晶合金的凝固理论；三元相图；扩散现象及扩散方程、扩散的微观机制、扩散驱动力、反应扩散、影响扩散的因素；滑移与孪晶变形、纯金属及合金的变形强化、冷变形金属的回复与再结晶，金属的热变形、动态回复再结晶等。教学内容的难点：晶面指数与晶向指数、晶体的对称性、离子晶体的结构规则、高分子材料的结构、位错的柏氏矢量位错的能量及交互作用、相律及应用、三元相图、晶核的形成、成分过冷、扩散方程的解及其应用、冷变形金属的回复与再结晶。教学内容的深广度：由于本课程内容广泛，而课程教学时数只有40学时，因此在教学过程中—定要抓住重点，讲深讲透，同时，要兼顾知识的系统性，内容的逻辑性。在讲授中，既要给学生打下良好的理论基础,又要有意识地引导学生走近材料科学的前沿。本大纲仅规定基本内容和深、广度的要求，而对教学体系和层次未作详细规定，讲授时应根据各专业实际需求，可作适当调整。（七）主要教学方法与媒体要求采取启发式和互动式的教学方法，充分利用先进的教学手段，把课程教学与学生自学相结合，以教师讲解为主，适当安排学生课堂讨论和习题课。学生除完成课后作业外，自学教师布置的自学章节和阅读相关的资料、完成教师布置的专题阅读。处理好一般与重点、课堂教学与实验教学、教师讲解与学生自学、知识与能力培养、基础知识经典理论与学科前沿等四个方面的关系。例如，在使学生牢牢掌握重点知识的同时，使学生对一般知识也应有较好的理解：充分利用现代化教学手段，提高课堂教学的信息量：同时，象金相组织等过去要通过实验课观察的，可以通过课堂多媒体教学完成，使实验课更好地发挥培养学生思考和动手能力。有些内容教师必须讲，有些教师不必讲，有些可以让学生自己讲，注意培养学生的自学能力，让学生自己去知识的海洋里扑捉有用的信息，整理笔记，提出报告。特别要注意对学生创新意识和创新能力的培养。精选实验，提高学生的动手能力。适当安排学生课堂讨论，每章都留一定量的习题和思考题(除思考题外，书面作业一般在4～8题)。习题一般分知识性、理论分析题和计算题三类。在难度方面应有基本、深入和提高三个级别。针对一些拔尖的学生给他们布置一些特殊的作业。学生除完成课后作业外，完成教师布置的自学章节、完成教师布置的专题阅读。考核办法采用闭卷考试和平时考核相结合的办法，按闭卷考试成绩、平时成绩按一定比例记入总成绩。（八）使用教材及主要参考书基本教