《材料科学础》教学大纲.doc

《材料科学基础》教学大纲 一、 课程信息 开课单位 材料科学与工程学院 课程编号 课程名称 材料科学基础 英文名称 Fundamentals of Materials Science 课程性质 必修课 学分 4 总学时 48 先修课程 大学物理、物理化学 开课学期 二年级第一学期 适应专业 材料学 二、 课程内容 （一）本课程的性质、目的 本课程是材料科学与工程各专业的一门重要的学科基础理论课程，是该专业学生研究材料及其成型原理的重要理论基础。本课程主要为专业课的学习提供有关材料科学的基础知识，为后继专业课程的学习、同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。 该课程的教学目标是使学生充分掌握材料科学的基础理论，深入理解材料的组成、结构、性能和加工的规律及相互联系，能从材料组成-结构-性能-加工工艺相互联系的角度理解、解释材料制备、使用过程中的各种化学、物理现象和性能。 （二）基本教学内容 第1章 材料科学与工程 材料与材料科学的重要地位，材料分类，材料性能与内部结构的关系，材料的制备与加工工艺对性能的影响，《材料科学基础》课程的性质、任务和内容以及在材料科学与工程技术中的作用。 介绍课程的学习方法，教学、考核的形式，主要参考书目。 第2章　材料的原子结构 目的要求： 了解原子结构及建合类型，掌握物质的组成、原子的结构、电子结构和元素周期表，熟悉一次键（金属键、离子键、共价键）、二次健（范德华力和氢键）的定义、特点。掌握材料中的结合键的类型对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。 主要内容： 1.原子结构主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数、原子量、原子价和电负性等基本概念，能量最低原理、包利不相容原理等基本原理，原子核外电子排布规律。原子结构、原子排列对材料性能的影响。 2.材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。 3.原子的堆垛和配位数的基本概念及对材料性能的影响。 4.显微组织基本概念和对材料性能的影响。 重点难点：结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。 第3章　材料的晶态结构 目的要求： 了解晶体的特点、空间点阵、晶胞、晶系和布拉菲点阵，晶向和晶面的表示方法，晶带和晶带定律、晶面间距，晶体的对称性，极射投影。 掌握三种典型的金属晶体结构，致密度和配位数，点阵常数和原子半径，晶体的原子堆垛方式和间隙，多晶型性。 主要内容： 1.晶体与非晶体、晶体结构、空间点阵、晶格、晶胞、晶格常数、布拉菲点阵、晶面间距等基本概念。 2.晶体晶向指数与晶面指数的标定方法；晶带定理；极射投影；晶体的对称性。 3.晶体结构及类型，常见晶体结构(bcc、fcc、hcp)及其几何特征、配位数、堆积因子（致密度）、间隙、密排面与密排方向。 4. 典型离子晶体结构类型：金刚石结构，石墨结构，NaCl型结构、CsCl型结构，ZnS型结构，萤石型结构，金红石型结构，CdI2型结构，钙钛矿型结构，尖晶石型结构，描述晶体结构的三种方法，同质多晶与类质同晶的概念； 硅酸盐晶体结构特点及其分类：硅酸盐晶体结构的分类原则；岛状结构，组群状结构，链状结构，层状结构和架状结构的硅酸盐晶体。 5.高分子材料的组成和结构的基本特征，高分子材料结晶形态、高分子链在晶体中的构象、高分子材料晶态结构模型、液晶态的结构特征与分类。 重点难点： 重点14种布拉维点阵；三种典型的金属晶体结构，难点离子晶体结构、高分子材料晶态结构模型、极射投影。 第4章 点缺陷和扩散 目的要求： 熟悉点缺陷的概念、形成、平衡浓度，点缺陷的运动。 了解菲克第一定律，菲克第二定律，典型条件下扩散方程的解，熟悉扩散的原子理论，了解扩散的机制及其影响因素。 主要内容： 1.点缺陷的类型，肖脱基空位、弗兰克尔空位、间隙原子和置换原子，间隙固溶体和置换固溶体等基本概念，离子晶体中的点缺陷特点，点缺陷的平衡浓度、影响因素及其对材料性能的影响。 2.扩散概念和柯肯达尔效应，扩散第一定律、扩散第二定律。 3.扩散驱动力及扩散机制，反应扩散。 4.离子晶体中的扩散、聚合物中的扩散机制。 5.扩散系数、扩散激活能，影响扩散的因素及原理：晶体组成的影响，化学键的影响，结构缺陷的影响。温度与杂质的影响等等。 重点难点： 重点扩散的机制及其影响因素，难点菲克第二定律。 第5章　线、面和体缺陷 目的要求： 掌握晶体缺陷的基本类型、特征及其运动特征；其中掌握位错的定义、基本类型和特征，柏氏矢量的定义、特性和表示方法，位错的运动（滑移、攀移，运动位错的交割），位错的生成和增殖，实际晶体结构中的位错，堆垛层错，不全位错，位错反应。了解晶体缺陷与合金材料的强化原理。 了解外表面和表面能，晶界和亚晶界（小角度晶界、大角度晶界结构，晶界能，晶界特性，孪晶界），相界的