《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》教學(xué)大綱

1、材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱課程編號(hào)：MCHM3003課程類別：專業(yè)教學(xué)課程授課對(duì)象：材料化學(xué)專業(yè)開課學(xué)期：春秋季學(xué) 分：2學(xué)分指定教材：張聯(lián)盟，材料科學(xué)基礎(chǔ)，武漢理工大學(xué)出版社，2004年一、教學(xué)目的：材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)是一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；了解相平衡的有關(guān)知識(shí)和溫度、壓力、濃度等外界條件對(duì)相平衡的影響，掌握分析相圖的基本方法和步驟；掌握材料生產(chǎn)制備過程中的物理化學(xué)變化過程的速度、機(jī)理以及影響因素。使學(xué)生能用理論來闡明材料形成過程的本質(zhì)，掌握應(yīng)用理論來解決生產(chǎn)實(shí)際問題的方法，從而為今后從事材料生產(chǎn)和新材料研究、開發(fā)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

2、二、課程內(nèi)容第一章 材料引言1、教學(xué)內(nèi)容材料是人類社會(huì)賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)和科技發(fā)展的技術(shù)先導(dǎo)， 主要介紹了材料的類型，材料組成-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-工藝-環(huán)境的關(guān)系及材料的選擇。2、教學(xué)要點(diǎn)本章主要從材料科學(xué)一級(jí)學(xué)科的層次上闡述材料的分類方法，認(rèn)識(shí)材料的基本性質(zhì)，了解材料的基本用途及其在使用中的環(huán)境行為效應(yīng)，掌握選擇材料的基本原則，建立起對(duì)材料的感性認(rèn)識(shí)。第二章 晶體結(jié)構(gòu)1、教學(xué)內(nèi)容 晶體學(xué)基礎(chǔ)包括：結(jié)晶學(xué)基本知識(shí)如空間點(diǎn)陣等概念，質(zhì)點(diǎn)的緊密堆積原理，內(nèi)因外因?qū)w結(jié)構(gòu)的影響因素；無機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)包括常見的AX型、AX2型、ABO3型無機(jī)化合物的基本結(jié)構(gòu)特征，無機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)與鮑林規(guī)則的應(yīng)用；硅酸

3、鹽晶體結(jié)構(gòu)包括硅酸鹽晶體的組成表征、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類，五種常見結(jié)構(gòu)的特征。2、教學(xué)要點(diǎn)理解描述晶體的基本概念，掌握晶體緊密堆積原理及其應(yīng)用；了解離子的相對(duì)大小、配位數(shù)、離子極化對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的影響；鮑林規(guī)則在分析晶體結(jié)構(gòu)中的作用，理解晶體的微觀結(jié)構(gòu)及其與晶體性質(zhì)之間的關(guān)系，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的硅酸鹽晶體，掌握其結(jié)構(gòu)與性能，性能與應(yīng)用的關(guān)系，認(rèn)識(shí)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)。第三章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷1、教學(xué)內(nèi)容 晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型；點(diǎn)缺陷包括缺陷符號(hào)的表征，缺陷反應(yīng)式的寫法，缺陷濃度的計(jì)算問題；線缺陷；面缺陷；固溶體包括固溶體的分類、類型及研究方法；非化學(xué)計(jì)量化合物包括特點(diǎn)介紹、四種基本非化學(xué)計(jì)量化合物特征描述，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的

4、影響。2、教學(xué)要點(diǎn)掌握缺陷形成的原因、類型、缺陷的產(chǎn)生、復(fù)合和運(yùn)動(dòng)，及在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)缺陷的利用；重點(diǎn)掌握基本的缺陷反應(yīng)式的寫法，缺陷濃度的計(jì)算。掌握固溶體產(chǎn)生的原因、分類，了解其對(duì)晶體性質(zhì)的影響及固溶體類型的判斷；掌握非化學(xué)計(jì)量化合物產(chǎn)生的原因、分類及特點(diǎn)，了解其對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的影響。第四章 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1、教學(xué)內(nèi)容 熔體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，包括與晶體的區(qū)別，硅酸鹽熔體結(jié)構(gòu)聚合物理論；熔體的性質(zhì)包括粘度和表面張力對(duì)熔體性質(zhì)的影響；玻璃的形成；玻璃的結(jié)構(gòu)。2、教學(xué)要點(diǎn)了解熔體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的相互關(guān)系及制約規(guī)律，對(duì)了解無機(jī)非金屬材料、粉末冶金制品、聚合物材料的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)、材料制備與加工方法及工藝參數(shù)的選擇具

5、有重要意義；熔體的工藝性質(zhì)，粘度、表面張力與組成及溫度的關(guān)系是重點(diǎn)掌握的內(nèi)容。玻璃形成的條件對(duì)玻璃的選擇與設(shè)計(jì)的指導(dǎo)意義。及玻璃參數(shù)對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)特征和性能的影響。第六章 相平衡和相圖1、教學(xué)內(nèi)容 相平衡的基本概念，研究方法；一元系統(tǒng)相圖、二元相圖及三元相圖的類型和分析方法。2、教學(xué)要點(diǎn) 分析相圖，了解不同晶型之間的平衡關(guān)系及轉(zhuǎn)變規(guī)律，并會(huì)運(yùn)用相圖分析、指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題；而二元以上的相圖為多元相圖，了解和掌握多元系統(tǒng)相圖之間幾何要素的內(nèi)在聯(lián)系；三元相圖知識(shí)是分析多元相圖的基礎(chǔ)，需要注意以下問題：判斷化合物的性質(zhì)、劃分副三角形、判斷界線溫度的走向及界線性質(zhì)、確定三元無變量點(diǎn)的性質(zhì)，分

6、析冷卻析晶過程及冷卻析晶過程中各相含量的計(jì)算。第七章 基本動(dòng)力學(xué)過程擴(kuò)散1、教學(xué)內(nèi)容 菲克定律及應(yīng)用；擴(kuò)散的微觀機(jī)制及擴(kuò)散系數(shù)；擴(kuò)散系數(shù)與濃度的關(guān)系；影響擴(kuò)散系數(shù)的因素。2、教學(xué)要點(diǎn)了解菲克定律在擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用，掌握擴(kuò)散系數(shù)的描述方法；了解擴(kuò)散系數(shù)與濃度的關(guān)系，多元系統(tǒng)中的擴(kuò)散的熱力學(xué)問題；重點(diǎn)掌握影響擴(kuò)散系數(shù)的內(nèi)因和外因。第八章 材料中的相變1、教學(xué)內(nèi)容 相變分類及相變的條件；液相-固相的轉(zhuǎn)變成核-生長(zhǎng)相變包括晶核生成速率、晶體生長(zhǎng)速率及影響結(jié)晶速率的因素分析。2、教學(xué)要點(diǎn) 材料的性能取決于材料的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在很大程度上就是材料的顯微結(jié)構(gòu)或相結(jié)構(gòu)，而相變過程正是材料的顯微結(jié)構(gòu)形成過程，因

7、此，研究、控制、利用相變就可以有效地改善材料的使用性能。了解固態(tài)相變理論，相變分類、機(jī)理。重點(diǎn)掌握成核-生長(zhǎng)相變機(jī)理。第九章 材料制備中的固態(tài)反應(yīng)1、教學(xué)內(nèi)容 固態(tài)反應(yīng)的分類和特征；固態(tài)反應(yīng)過程和機(jī)理；化學(xué)組成、反應(yīng)物顆粒大小及均勻性、溫度、氣氛、壓力對(duì)固態(tài)反應(yīng)的影響。2、教學(xué)要點(diǎn) 了解固態(tài)反應(yīng)的特點(diǎn)和反應(yīng)機(jī)理；掌握固態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的一般速度關(guān)系；認(rèn)識(shí)楊德方程和金斯特林格方程。重點(diǎn)掌握影響固態(tài)反應(yīng)的因素。第十章 燒結(jié)1、教學(xué)內(nèi)容 燒結(jié)理論及分類；燒結(jié)過程及機(jī)理；固相燒結(jié)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大、液相燒結(jié)的特點(diǎn)、機(jī)理；影響燒結(jié)的因素。2、教學(xué)要點(diǎn) 掌握燒結(jié)的傳質(zhì)機(jī)理；掌握初次再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大和二次再結(jié)晶

8、之間的區(qū)別；了解影響燒結(jié)的因素。學(xué)習(xí)難點(diǎn)為：燒結(jié)的各種傳質(zhì)機(jī)理；晶粒長(zhǎng)大和二次再結(jié)晶的區(qū)別和對(duì)材料性能的影響和工藝控制。三、各章課程分配表章序號(hào)章內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)第一章1.11.21.3材料引言材料類型材料組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、工藝及其與環(huán)境的關(guān)系材料的選擇1第二章2.12.22.32.52.6晶體結(jié)構(gòu)結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)晶體中質(zhì)點(diǎn)的結(jié)合力與結(jié)合能晶體中質(zhì)點(diǎn)的堆積無機(jī)化合物結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)6第三章3.13.23.33.43.53.6晶體結(jié)構(gòu)缺陷晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型點(diǎn)缺陷線缺陷面缺陷固溶體非化學(xué)計(jì)量化合物6第四章4.14.24.34.4非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)熔體的結(jié)構(gòu)熔體的性質(zhì)玻璃的形成玻璃的結(jié)構(gòu)3第六章6.16.26.

9、36.4相平衡和相圖相平衡及其研究方法單元系統(tǒng)二元系統(tǒng)三元系統(tǒng)6第七章7.17.27.37.6基本動(dòng)力學(xué)過程擴(kuò)散擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)方程菲克定律菲克定律的應(yīng)用固體擴(kuò)散機(jī)構(gòu)與擴(kuò)散系數(shù)影響擴(kuò)散系數(shù)的因素3第八章8.18.2材料中的相變相變概述液相-固相的轉(zhuǎn)變成核-生長(zhǎng)相變3第九章9.19.29.5材料制備中的固態(tài)反應(yīng)固態(tài)反應(yīng)的概論固態(tài)反應(yīng)機(jī)理影響固態(tài)反應(yīng)的因素3第十章10.110.210.310.410.510.7燒結(jié)燒結(jié)概述燒結(jié)過程及機(jī)理固相燒結(jié)再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大液相燒結(jié)影響燒結(jié)的因素5總計(jì)36參考書目1. 張志杰. 材料物理化學(xué). 化學(xué)工業(yè)出版社,2006 2. 浙江大學(xué)等編. 硅酸鹽物理化學(xué). 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,19803. 饒東生主編. 硅酸鹽物理化學(xué). 冶金工業(yè)出版社,19804. 周亞棟編著. 無機(jī)材料物理化學(xué). 武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1994 5. 胡志強(qiáng)主編.無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)教程.化學(xué)工業(yè)