材料性能學(xué)教學(xué)大綱

1、材料性能學(xué)課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程編碼：課程類別：必修課適用專業(yè)：材料化學(xué)總學(xué)時(shí)：48學(xué)分：3課程簡(jiǎn)介：本課程是材料化學(xué)專業(yè)主干課程之一，屬專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程主要內(nèi)容為材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的內(nèi)容為主。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生獲得關(guān)于材料物理性能包括材料力學(xué)性能（受力形變、斷裂與強(qiáng)度）、熱學(xué)、光學(xué)、導(dǎo)電、磁學(xué)等性能及其發(fā)展和應(yīng)用，重點(diǎn)掌握各種重要性能的原理及微觀機(jī)制，性能的測(cè)定方法以及控制和改善性能的措施，各種材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，各性能之間的相互制約與變化規(guī)律。授課教材：材料物理性能，吳其勝、蔡安蘭、楊亞群，華東理工大學(xué)出版社，2006,10。2、參考書目：1 .

2、材料性能學(xué)，北京工業(yè)大學(xué)出版社，王從曾，2007.12 .材料的物理性能，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，邱成軍等，2009.1二、課程教育目標(biāo)通過學(xué)習(xí)材料的各種物理性能，使學(xué)生掌握以下內(nèi)容：各種材料性能的各類本征參數(shù)的物理意義和單位以及這些參數(shù)在解決實(shí)際問題中所處的地位；弄清各材料性能和材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造之間的關(guān)系；掌握這些性能參數(shù)的物質(zhì)規(guī)律，從而為判斷材料優(yōu)劣、正確選擇和使用材料、改變材料性能、探索新材料、新性能、新工藝打下理論基礎(chǔ)；為全面掌握材料的結(jié)構(gòu)，對(duì)材料的原料和工藝也應(yīng)有所認(rèn)識(shí)，以取得分析性能的正確依據(jù)。三、教學(xué)內(nèi)容與要求第一章：材料的力學(xué)性能重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：應(yīng)力、應(yīng)變、彈性變形行為、

3、Griffith微裂紋理論，應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子和平面應(yīng)變斷裂韌性，提高無機(jī)材料強(qiáng)度改進(jìn)材料韌性的途徑。難點(diǎn)：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)理論、應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子和平面應(yīng)變斷裂韌性。教學(xué)時(shí)數(shù)：10學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：1.1 應(yīng)力及應(yīng)變：應(yīng)力、應(yīng)變；1.2 彈性形變：Hooke定律；彈性模量的影響因素、無機(jī)材料的彈性模量、復(fù)相的彈性模量、彈性形變的機(jī)理；1.3 材料的塑性形變：晶體滑移、塑性形變的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)理論；1.4 滯彈性和內(nèi)耗：粘彈性和滯彈性、應(yīng)變松弛和應(yīng)力松弛、松弛時(shí)間、無弛豫模量與弛豫模量、模量虧損、材料的內(nèi)耗；1.5 材料的高溫蠕變：蠕變曲線、蠕變機(jī)理、影響蠕變的因素；1.6 材料的斷裂強(qiáng)度：理論斷裂強(qiáng)度、Inglis理

4、論、Griffith微裂紋理論、Orowan理論；1.7 材料的斷裂韌性：裂紋擴(kuò)展方式、裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析、幾何形狀因子、斷裂韌性、裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力與阻力；1.8 裂紋的起源與擴(kuò)展：裂紋的起源、裂紋的快速擴(kuò)展、影響裂紋擴(kuò)展的因素、材料的疲勞、應(yīng)力腐蝕理論、高溫下裂紋尖端的應(yīng)力空腔作用、亞臨界裂紋生長(zhǎng)速率與應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的關(guān)系、根據(jù)亞臨界裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)材料壽命、蠕變斷裂；1.10顯微結(jié)構(gòu)對(duì)材料脆性斷裂的影響：晶粒尺寸、氣孔的影響；1.11 提高材料強(qiáng)度及改善脆性的途徑：金屬材料的強(qiáng)化、陶瓷材料的強(qiáng)化；1.12 復(fù)合材料：復(fù)合材料的分類、連續(xù)纖維單向強(qiáng)化復(fù)合材料的強(qiáng)度、短纖維單向強(qiáng)化復(fù)合材料；1.13

5、 材料的硬度：硬度的表示方法、硬度的測(cè)量。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。教學(xué)要求：掌握材料的彈性變形、塑性變形、高溫蠕變及其它力學(xué)性能的理論描述、產(chǎn)生的原因、影響因素。掌握斷裂的現(xiàn)象和產(chǎn)生、斷裂力學(xué)的原理出發(fā)，通過理論結(jié)合強(qiáng)度、應(yīng)力場(chǎng)的分析，斷裂的判據(jù)，應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子、平面應(yīng)變斷裂韌性、延性斷裂、脆性斷裂、沿晶斷裂、靜態(tài)疲勞的概念，并根據(jù)此判據(jù)來分析提高材料強(qiáng)度及改進(jìn)材料韌性的途徑。了解斷裂的現(xiàn)象，弄清產(chǎn)生斷裂的原理（斷裂理論），通過應(yīng)力場(chǎng)的分析。要求掌握斷裂的判據(jù)，并根據(jù)此判據(jù)來分析提高材料強(qiáng)度及改進(jìn)材料韌性的途徑。第二章：材料的熱學(xué)性能重點(diǎn)與難點(diǎn):重點(diǎn)：材料的熱膨脹，材料的熱穩(wěn)定性

6、。難點(diǎn)：材料的熱傳導(dǎo)，材料的熱穩(wěn)定性。教學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：2.1 熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ)；2.2 材料的熱容：晶體固體熱容的經(jīng)驗(yàn)定律和經(jīng)典理論，晶體固體熱容的量子理論回顧，無機(jī)材料的熱容；2.3 材料的熱膨脹：熱膨脹系數(shù)、熱膨脹機(jī)理、熱膨脹和其他性能的關(guān)系、多品體和復(fù)合材料的熱膨脹；2.4 材料的熱傳導(dǎo)：固體材料熱傳導(dǎo)的宏觀規(guī)律，固體材料熱傳導(dǎo)的微觀機(jī)理、影響熱傳導(dǎo)的因素、某些無機(jī)材料的熱傳導(dǎo)；2.5 材料的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性的表示方法、熱應(yīng)力、抗熱沖擊斷裂性能，抗熱沖擊損傷性、提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。教學(xué)要求：掌握材料熱容的各種理論及其比較，熱膨脹

7、的定義及其基本機(jī)理，熱傳導(dǎo)的宏觀規(guī)律和微觀機(jī)理，熱穩(wěn)定性的表示和抗熱沖擊斷裂性能。要求掌握各種熱應(yīng)力斷裂抵抗因子?？偨Y(jié)出提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。第三章材料的光學(xué)性能重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：光的反射和折射、材料對(duì)光的吸收和色散、光的散射難點(diǎn)：光的散射、電-光效應(yīng)、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：3.1 光傳播的基本性質(zhì)：光的波粒二象性、光的干涉和衍射、光通過固體現(xiàn)象；3.2 光的反射和折射：反射定律和折射定律、折射率的影響因素、晶體的雙折射、材料的反射系數(shù)及其影響因素；3.3 材料對(duì)光的吸收和色散：吸收系數(shù)與吸收率、光的吸收與波長(zhǎng)的關(guān)系、光的色散；3.4 光的散射：散射的一般規(guī)

8、律、彈性散射、非彈性散射；3.5 材料的不透明性與半透明性：材料的不透明性、材料的乳濁、半透明性、透明材料的顏色、材料的著色；3.6 電-光效應(yīng)、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)：電光效應(yīng)及電光晶體、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)；3.7 光的傳輸與光纖材料：光纖發(fā)展概況和基本特征、光纖材料的制備、光纖的應(yīng)用；3.8 特種光學(xué)材料及其應(yīng)用：固體激光器材料及其應(yīng)用、光存儲(chǔ)材料。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。教學(xué)要求：掌握金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的電子能帶結(jié)構(gòu)，光傳播電磁理論、反射、光的吸收和色散、晶體的雙折射、介質(zhì)的光散射等各種光現(xiàn)象的物理本質(zhì)。了解影響材料光學(xué)性能的各種因素。簡(jiǎn)要了解光纖材料、激光晶

9、體材料及光存儲(chǔ)材料等光學(xué)材料。第四章：材料的電導(dǎo)性能重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：離子電導(dǎo)，電子電導(dǎo)。難點(diǎn)：無機(jī)材料的電導(dǎo)，半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)。教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：4.1 電導(dǎo)的物理現(xiàn)象：電導(dǎo)率與電阻率、電導(dǎo)的物理特性；4.2 離子電導(dǎo)：載流子濃度、離子遷移率、離子電導(dǎo)率、離子電導(dǎo)率的影響因素、固體電解質(zhì)ZrO2;4.3 電子電導(dǎo)：電子遷移率、載流子濃度、電子電導(dǎo)率、電子電導(dǎo)率的影響因素4.4 金屬材料的電導(dǎo)：金屬電導(dǎo)率、電阻率與溫度的關(guān)系、電阻率與壓力的關(guān)系、冷加工和缺陷對(duì)電阻率的影響、電阻率的各向異性、固溶體的電阻率；4.5 固體材料的電導(dǎo)：玻璃態(tài)電導(dǎo)、多品多相固體材料的電導(dǎo)、次級(jí)現(xiàn)象、固體材

10、料電導(dǎo)混合法則；4.6 半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)：晶界效應(yīng)、表面效應(yīng)、西貝克效應(yīng)、p-n結(jié)；4.7 超導(dǎo)體：超導(dǎo)體的概念、約瑟夫遜效應(yīng)、超導(dǎo)體的應(yīng)用。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。教學(xué)要求：掌握各種電導(dǎo)的宏觀參數(shù)和物理量及電導(dǎo)的主要基本公式；圍繞此公式來討論各種電導(dǎo)的電導(dǎo)率（離子電導(dǎo)率、電子電導(dǎo)率）及其影響因素，材料的電導(dǎo)混合法則和半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)。第五章材料的磁學(xué)性能重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：抗磁性和順磁性、鐵磁性與反鐵磁性難點(diǎn)：鐵磁性與反鐵磁性教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：5.1 基本磁學(xué)性能：磁學(xué)基本量、物質(zhì)的磁性分類；5.2 抗磁性和順磁性：原子本征磁矩、抗磁性、物質(zhì)的順磁性、金屬的抗磁性

11、與順磁性、影響金屬抗、順磁性的因素；5.3 鐵磁性與反鐵磁性：鐵磁質(zhì)的自發(fā)磁化、反鐵磁性和亞鐵磁性、磁疇、磁化曲線和磁滯回線；5.4 磁性材料的動(dòng)態(tài)特性：交流磁化過程與交流回線、磁滯損耗和趨膚效應(yīng)、磁后效應(yīng)和復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率減落及磁共振損耗；5.5 磁性材料及其應(yīng)用：軟磁材料、硬磁材料、磁信息存儲(chǔ)材料、納米磁性材料。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。教學(xué)要求：掌握固體物質(zhì)的各種磁性（抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性）的形成機(jī)理及宏觀表現(xiàn)；重點(diǎn)掌握磁性表征參量、各類磁性物質(zhì)的內(nèi)部相互作用；磁性材料在交變磁場(chǎng)中的磁化過程及宏觀磁性；了解磁性材料及其應(yīng)用。第六章材料的功能轉(zhuǎn)換性能重點(diǎn)

12、與難點(diǎn)：重點(diǎn)：介質(zhì)的極化與損耗、介電強(qiáng)度、壓電性能、鐵電性難點(diǎn)：壓電性能、鐵電性教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容：6.1 介質(zhì)的極化與損耗：介質(zhì)極化相關(guān)物理量、極化類型、宏觀極化強(qiáng)度與微觀極化率的關(guān)系、介質(zhì)損耗分析、材料的介質(zhì)損耗、降低材料介質(zhì)損耗的方法；6.2 介電強(qiáng)度：介電強(qiáng)度、固體電介質(zhì)的擊穿、影響材料擊穿強(qiáng)度的因素；6.3 壓電性能：壓電效應(yīng)及其逆效應(yīng)、壓電材料的研究進(jìn)程、壓電材料主要表征參數(shù)、壓電陶瓷的預(yù)極化、壓電陶瓷的穩(wěn)定性、壓電材料及其應(yīng)用；6.4 鐵電性：鐵電性的概念、鐵電體的分類、鐵電體的起源、鐵電體的性能及其應(yīng)用、反鐵電體；6.5 熱電性能：熱電效應(yīng)、熱電材料、熱電材料的應(yīng)用；6.6 光電性能：光電效應(yīng)、光電材料及其應(yīng)用；6.7 熱釋電性能：熱釋電效應(yīng)及其逆效應(yīng)、熱釋電材料、熱釋電材料的應(yīng)用；6.8 智能材料：智能材料的特征與構(gòu)成、智能材料的分類、智能金屬材料、智能無機(jī)非金屬材料、智能高分子材料。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。教學(xué)要求：掌握電介質(zhì)的介電性能，包括介電常數(shù)、介電損耗、介電強(qiáng)度及其隨環(huán)境（溫度、濕度、輻射等