材料物理化學(xué)教學(xué)大綱(普通本科班)

1、材料物理化學(xué)課程教學(xué)大綱制定依據(jù)：本大綱根據(jù)2014版本科人才培養(yǎng)方案制定課程編號：I0200534學(xué) 時 數(shù)：64學(xué) 分 數(shù)：4適用專業(yè)：無機(jī)非金屬材料先修課程：無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)考核方式：考試一、課程的性質(zhì)和任務(wù)材料物理化學(xué)是材料科學(xué)與工程專業(yè)必修的重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課。在材料工程各專業(yè)的教學(xué)中，起著承上啟下，連接基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)技術(shù)知識的橋梁作用。是整個材料工程各專業(yè)的理論基礎(chǔ)。該課程以材料組分、結(jié)構(gòu)與性能之間相互關(guān)系及其變化規(guī)律為主線，主要研究材料制備過程中的物理現(xiàn)象與化學(xué)問題。本課程的主要任務(wù)有四點(diǎn)： 使學(xué)生理解并掌握晶體、非晶體、熔體、膠體、表面、界面等物質(zhì)形態(tài)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的相關(guān)

2、知識及其相互關(guān)系； 掌握二元、三元體系的相圖識別及其應(yīng)用。通過對材料組織結(jié)構(gòu)的形成與相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)習(xí)，理解材料的成分、溫度、壓力對材料組織結(jié)構(gòu)形成的影響，為材料設(shè)計及制定材料生產(chǎn)工藝奠定科學(xué)基礎(chǔ)； 掌握與材料生產(chǎn)、加工密切相關(guān)的高溫下的材料動力學(xué)過程擴(kuò)散、固態(tài)反應(yīng)和燒結(jié)等過程相關(guān)的物理化學(xué)理論； 了解新材料的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)關(guān)系及應(yīng)用，開闊眼界，提高學(xué)習(xí)、掌握、開發(fā)新材料的興趣。本課程教學(xué)內(nèi)容的基本要求分為掌握、理解、了解三個層次：掌握：要求學(xué)生能夠全面、深入理解和熟練掌握所學(xué)內(nèi)容，并能夠用其分析、初步設(shè)計和解答與應(yīng)用相關(guān)的問題，能夠舉一反三。理解：要求學(xué)生能夠較好地理解所學(xué)內(nèi)容，并且能夠進(jìn)

3、行簡單分析和判斷。了解：要求學(xué)生能夠一般地了解所學(xué)內(nèi)容。二、教學(xué)內(nèi)容與要求理論教學(xué)（學(xué)時：64）晶體的結(jié)構(gòu)與常見晶體結(jié)構(gòu)類型（10學(xué)時）（一）教學(xué)內(nèi)容2.1晶體概念與基本性質(zhì)1、晶體概念2、晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)3、晶體的基本性質(zhì)2.2晶體的宏觀對稱性1、晶體對稱的特點(diǎn)2、晶體的宏觀對稱要素3、晶體的對稱定律2.4 晶體化學(xué)基本原理1、離子堆積原理2、結(jié)晶化學(xué)定律 3、鮑林規(guī)則2.5典型晶體結(jié)構(gòu)1、單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)2、典型無機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)2.6硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)1、硅酸鹽的結(jié)構(gòu)單元2、硅酸鹽在空間的結(jié)合 3、硅酸鹽化學(xué)式表示方法4、島狀硅酸鹽5、組群狀硅酸鹽 6、鏈狀硅酸鹽7、層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽8、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硅

4、酸鹽（二）教學(xué)要求（1）掌握：晶體概念；晶體對稱定律；晶體對稱分類及國際符號；結(jié)晶符號；空間群及國際符號；球體最緊密堆積原理和堆積方式；影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素，離子晶體半徑、配位數(shù)和配位多面體形狀的關(guān)系；掌握鮑林五個規(guī)則的要領(lǐng)特點(diǎn)；無機(jī)材料典型晶體結(jié)構(gòu)；硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)式的概念和特點(diǎn)。（2）理解： 對稱組合定理；對稱型的推導(dǎo)；結(jié)晶化學(xué)定律；離子晶體結(jié)構(gòu)原理和類型離子堆積系數(shù)；鮑林規(guī)則的組成和意義；鮑林規(guī)則對結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)作用；無機(jī)材料典型晶體結(jié)構(gòu)及性質(zhì)關(guān)系；硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)、組成，性質(zhì)三者之間的關(guān)系和規(guī)律。（3）了解：晶體性質(zhì)、球體堆積的配位數(shù)和堆垛順序熔體與非晶態(tài)固體（4學(xué)時）（一）教學(xué)內(nèi)容3.1熔

5、體結(jié)構(gòu)1、掌握熔體結(jié)構(gòu)的聚合物理論。2、理解影響熔體結(jié)構(gòu)的各種因素。3、領(lǐng)會聚合物種類、數(shù)量與組成的關(guān)系。3.2熔體性質(zhì)1、熟練掌握溫度、組成對熔體粘度的影響。2、理解影響熔體表面張力的各種因素。3.3玻璃的結(jié)構(gòu)1、理解玻璃結(jié)構(gòu)學(xué)說的要點(diǎn)及意義。2、了解玻璃的通性及與晶體的區(qū)別。3、掌握玻璃體與晶體在結(jié)構(gòu)上的異同點(diǎn)。3.4玻璃的形成1、領(lǐng)會形成玻璃的結(jié)晶化學(xué)條件。2、掌握構(gòu)成玻璃的形成體、中間體和變性體的意義。3、了解溫度、粘度、冷卻速率對玻璃形成的影響。3.5常見玻璃類型1、掌握硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)參數(shù)2、硼酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。（二）教學(xué)要求（1）掌握：熔體結(jié)構(gòu)的聚合物理論、溫度、組成對熔體粘度

6、的影響、玻璃體與晶體在結(jié)構(gòu)上的異同點(diǎn)、構(gòu)成玻璃的形成體、中間體和變性體的意義（2）理解：影響熔體結(jié)構(gòu)的各種因素、影響熔體表面張力的各種因素、玻璃結(jié)構(gòu)學(xué)說的要點(diǎn)及意義 （3）了解：玻璃的通性及與晶體的區(qū)別、溫度、粘度、冷卻速率對玻璃形成的影響、硼酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)及應(yīng)用晶體結(jié)構(gòu)缺陷（8學(xué)時）（一）教學(xué)內(nèi)容4.1熱力學(xué)平衡態(tài)點(diǎn)缺陷1、熱缺陷的基本類型2、平衡態(tài)熱缺陷濃度3、點(diǎn)缺陷的運(yùn)動與輸運(yùn)4.2非熱力學(xué)平衡態(tài)點(diǎn)缺陷4.3 點(diǎn)缺陷符號與化學(xué)方程式1、點(diǎn)缺陷符號2、點(diǎn)缺陷化學(xué)方程式4.4離子晶體中的點(diǎn)缺陷與色心4.5摻雜與非化學(xué)計量化合物1、固溶體的分類2、置換型固溶體3、填隙型固溶體4、固溶體的研究方法

7、 5、非化學(xué)計量化合物 4.6晶體的線缺陷位錯1、位錯理論的提出2、位錯的基本類型和特征（二）教學(xué)要求（1）掌握：缺陷符號、缺陷反應(yīng)方程式的寫法；固溶體的分類和結(jié)構(gòu)；固溶體的常用研究方法；非化學(xué)計量化合物的形成及類型。（2）理解：理解點(diǎn)缺陷的意義；缺陷的分類、特點(diǎn)和缺陷濃度的計算方法；非化學(xué)計量化合物的形成過程；固溶體的分類、概念和結(jié)構(gòu)、置換型固溶體和填隙型固溶體的區(qū)別；形成無限型固溶體的條件；固溶體結(jié)構(gòu)、組成、性能三者的關(guān)系和規(guī)律。（3）了解：點(diǎn)缺陷的分類、特點(diǎn)， 固溶體的幾個基本性質(zhì)線缺陷及面缺陷的基本概念表面與界面（6學(xué)時）（一）教學(xué)內(nèi)容5.1晶體表面的形貌和結(jié)構(gòu)1、晶體表面的形貌2、晶

8、體表面的結(jié)構(gòu)3、晶體表面的缺陷4、實際晶體表面5.2界面行為1、彎曲表面效應(yīng)2、潤濕與黏附3、吸附與表面改性5.3無機(jī)材料的晶界和相界1、晶界結(jié)構(gòu)和分類2、相界結(jié)構(gòu)和分類3、多晶體的晶界構(gòu)型5.4膠體分散體系與納米材料中的界面1、粘土-水系統(tǒng)的膠體特性2、粘土泥漿流動性和穩(wěn)定性及泥料的可塑性3、脊性料的懸浮與塑化4、納米材料中的界面（二）教學(xué)要求： （1）掌握：晶體表面的結(jié)構(gòu)、潤濕的類型及發(fā)生潤濕的條件、吸附及表面改性、晶界的結(jié)構(gòu)、多晶體的晶界構(gòu)型、粘土離子的帶電機(jī)理、粘土離子的交換和吸附、粘土泥漿流動性和穩(wěn)定性及泥料的可塑性。（2）理解：晶體表面的形貌、晶體表面的缺陷及缺陷的類型、彎曲表面效

9、應(yīng)、吸附與表面改性、晶界結(jié)構(gòu)和分類、相界結(jié)構(gòu)和分類、脊性料的懸浮與塑化； （3）了解：彎曲表面效應(yīng)、納米材料中的界面；相平衡與相圖（12學(xué)時）（一）教學(xué)內(nèi)容6.1凝聚態(tài)系統(tǒng)相平衡特點(diǎn)1、組分2、相3、凝聚態(tài)系統(tǒng)相律6.2一元系統(tǒng)1、水型物質(zhì)與硫型物質(zhì)2、多晶轉(zhuǎn)變的一元系統(tǒng)相圖3、 SiO2系統(tǒng)4、ZrO2系統(tǒng)相圖6.3二元系統(tǒng)1、具有一個低共熔點(diǎn)的簡單二元系統(tǒng)相圖2、生成一個一致熔化合物的二元系統(tǒng)相圖3、生成一個不一致熔化合物的二元系統(tǒng)相圖4、生成一個在固相分解的化合物的二元系統(tǒng)相圖5、具有多晶轉(zhuǎn)變的二元系統(tǒng)相6、形成連續(xù)固溶體的二元系統(tǒng)相圖7、形成有限固溶體的二元系統(tǒng)相圖8、具有液相分層的二

10、元系統(tǒng)相圖9、具體二元系統(tǒng)相圖舉例6.4三元系統(tǒng)1、三元系統(tǒng)組成表示方法2、杠桿規(guī)則及重心原理3、三元立體相圖與平面投影圖4、具有一個低共熔點(diǎn)的簡單三元系統(tǒng)相圖5、生成一個一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)相圖6、生成一個不一致熔融二元化合物的三元系統(tǒng)相圖7、生成一個固相分解的二元化合物的三元系統(tǒng)相圖8、具有一個一致熔三元化合物的三元系統(tǒng)相圖9、具有一個不一致熔融三元化合物的三元系統(tǒng)相圖10、形成一個二元連續(xù)固溶體的三元相圖11、具有液相分層的三元相圖12、分析復(fù)雜相圖的主要步驟13、三元系統(tǒng)相圖應(yīng)用舉例（二）教學(xué)要求（1）掌握：凝聚態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)及相律的具體形式、一元系統(tǒng)相圖的特點(diǎn)、分析一元系統(tǒng)相圖

11、的具體方法、二元系統(tǒng)相圖的特點(diǎn)、能熟練分析低熔點(diǎn)的簡單二元系統(tǒng)、一致熔化合物、不一致熔化合物的二元系統(tǒng)相圖的結(jié)晶路程、三元系統(tǒng)中組成表示方法及相關(guān)規(guī)則與原理（等含量規(guī)則、等比例規(guī)則、背向性規(guī)則、杠桿規(guī)則及重心原理）；判讀三元相圖的幾重要規(guī)則（連線規(guī)則、切線規(guī)則、重心規(guī)則與三角形規(guī)則）；三元系統(tǒng)相圖的特點(diǎn)。能熟練分析一致熔融二元化合物、不一致熔融二元化合物、固相分解的二元化合物、一致熔三元化合物、不一致熔融三元化合物三元系統(tǒng)相圖的結(jié)晶路程。（2）理解：組分、相等相關(guān)概念、可逆與不可逆相變的特點(diǎn)、SiO2相圖在硅磚耐火材料生產(chǎn)中的應(yīng)用、二元系統(tǒng)中杠桿原理及應(yīng)用。CaO-SiO2系統(tǒng)與Al2O3-S

12、iO2系統(tǒng)相圖在耐火材料中的應(yīng)用、分析復(fù)雜相圖的主要步驟并能應(yīng)用于CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)與Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)三元相圖（3）了解：凝聚態(tài)系統(tǒng)中相律具體形式的推導(dǎo)過程、穩(wěn)定ZrO2與SiO2的方法、三元系統(tǒng)的立體圖變化成平面圖的投影過程及規(guī)律固體中質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散（6學(xué)時）（一）教學(xué)內(nèi)容7.1固體中指點(diǎn)擴(kuò)散的特點(diǎn)與唯象理論1、流體擴(kuò)散和固體擴(kuò)散的特點(diǎn)2、擴(kuò)散的菲克第一定律和第二定律3、菲克定律的應(yīng)用穩(wěn)定擴(kuò)散7.2質(zhì)點(diǎn)遷移的微觀機(jī)制與擴(kuò)散系數(shù)1、質(zhì)點(diǎn)遷移的微觀機(jī)制2、原子躍遷與擴(kuò)散系數(shù)7.3擴(kuò)散的熱力學(xué)理論1、擴(kuò)散的熱力學(xué)理論2、空位機(jī)制和間隙機(jī)制擴(kuò)散3、雜質(zhì)缺陷引起的擴(kuò)散4、非本征

13、缺陷引起的擴(kuò)散行為7.4固體質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的影響因素1、溫度對固體擴(kuò)散的影響2、雜質(zhì)對固體擴(kuò)散的影響3、缺陷結(jié)構(gòu)對固體擴(kuò)散的影響4、氣氛對固體擴(kuò)散的影響（二）教學(xué)要求（1）掌握：擴(kuò)散的菲克第一定律和第二定律、質(zhì)點(diǎn)遷移的微觀機(jī)制、非本征缺陷引起的擴(kuò)散行為（2）理解：擴(kuò)散的影響因素、掌握質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的特點(diǎn)、擴(kuò)散的種類（3）了解：菲克定律的應(yīng)用、離子晶體、共價晶體和金屬晶體的擴(kuò)散固態(tài)化學(xué)反應(yīng)（4學(xué)時）（一）教學(xué)內(nèi)容8.1 凝聚態(tài)體系化學(xué)反應(yīng)的基本特征1、固態(tài)反應(yīng)的定義2、固態(tài)反應(yīng)的特點(diǎn)3、泰曼等關(guān)于固相反應(yīng)機(jī)制的研究4、固相反應(yīng)過程5、固相反應(yīng)的分類8.2 固相反應(yīng)動力學(xué)1、一般動力學(xué)關(guān)系2、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)范

14、圍3、擴(kuò)散動力學(xué)范圍8.3影響固相反應(yīng)的因素1、反應(yīng)物化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)的影響2、反應(yīng)物顆粒尺寸及分布的影響3、反應(yīng)溫度和壓力與氣氛的影響4、礦化劑及其它影響因素8.4實例（二）教學(xué)要求（1）掌握：固態(tài)化學(xué)反應(yīng)的含義、固態(tài)反應(yīng)的特點(diǎn)與類型、一般反應(yīng)過程；（2）理解：固態(tài)反應(yīng)一般動力學(xué)過程及不同動力學(xué)控制范圍的動力學(xué)方程；（3）了解：影響固態(tài)反應(yīng)的多種因素。 固態(tài)相變（6學(xué)時）（一）教學(xué)內(nèi)容概述9.1 相變的分類1、按熱力學(xué)分類2、按相變方式分類3、按質(zhì)點(diǎn)遷移特征分類4、按動力學(xué)分類9.2 相變的基本特征1、固態(tài)相變的特點(diǎn)2、馬氏體轉(zhuǎn)變3、擴(kuò)散型固態(tài)相變9.3相變過程熱力學(xué)1、相變的熱力學(xué)特征與相變

15、的級數(shù)2、相變的熱力學(xué)驅(qū)動力3、晶核形成條件9.4相變過程熱力學(xué)1、晶核形成過程動力學(xué)2、晶體生長過程動力學(xué)3、總的結(jié)晶速率4、析晶過程5、影響析晶能力的因素9.5結(jié)晶與晶體生長1、晶核形成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)2、晶核生長理論9.6薄膜材料中晶體生長（二）教學(xué)要求（1）掌握：固態(tài)相變的含義、固態(tài)相變的分類方法與類型、典型相變的特點(diǎn)；（2）理解：固態(tài)相變的熱力學(xué)驅(qū)動力及一般動力學(xué)過程、晶核形成的條件與生長理論、；（3）了解：影響固態(tài)相變、晶體結(jié)晶的多種因素。 固態(tài)燒結(jié)（6學(xué)時）（一）教學(xué)內(nèi)容10.1燒結(jié)的基本特征1、燒結(jié)的宏觀定義與微觀定義2、燒結(jié)的特點(diǎn)3、燒結(jié)與其他概念的區(qū)別4、燒結(jié)過程的推動力5、燒結(jié)

16、的兩個雙球和平板模型10.2燒結(jié)機(jī)制與動力學(xué)方程1、蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì)2、擴(kuò)散傳質(zhì)3、流動傳質(zhì)4、溶解-沉淀傳質(zhì)10.3燒結(jié)過程中晶粒生長與異常生長1、晶粒的長大與異常生長的定義2、晶粒正常生長過程3、晶粒異常生長過程4、晶粒異常生長的影響因素與采取的避免措施5、晶界在燒結(jié)中的作用10.4影響燒結(jié)的因素1、原始粉料的粒度與分布2、外加劑3、燒結(jié)的溫度與時間4、原料的選擇與煅燒條件5、氣氛與成型壓力10.5特種燒結(jié)技術(shù)1、無壓燒結(jié)2、熱壓燒結(jié)3、高溫等靜壓燒結(jié)4、等離子體燒結(jié)5、微波燒結(jié)6、爆炸燒結(jié)（二）教學(xué)要求（1）掌握：固相燒結(jié)和液相燒結(jié)的四個機(jī)制與動力學(xué)方程、影響燒結(jié)的幾個因素、 （2）理解： 相關(guān)的概念、晶粒長大與晶界移動的速率、晶粒異常生長的影響因素與采取的措施（3）了解：燒結(jié)的定義和特點(diǎn)、燒結(jié)的三個模型、特種燒結(jié)技術(shù)三、考核要求材料物理化學(xué)程的考核以平時考核和期末考試相結(jié)合，平時考核包括出勤、作業(yè)和課堂表現(xiàn)等確定學(xué)生平時成績，平時考試成績占