《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱課程代碼：ABCL0401課程中文名稱：材料科學(xué)基礎(chǔ)課程英文名稱：FoundationofMaterialsScience課程性質(zhì)：必修課程學(xué)分?jǐn)?shù)：3.5課程學(xué)時(shí)數(shù)：56授課對(duì)象：材料化學(xué)專業(yè)本課程的前導(dǎo)課程：無(wú)機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等一、課程簡(jiǎn)介《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是材料化學(xué)專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)理論課程。它闡述了與無(wú)機(jī)材料的組成、結(jié)構(gòu)、工藝和性能之間密切相關(guān)的一系列基礎(chǔ)理論，在基礎(chǔ)課（如大學(xué)物理、無(wú)機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等）與專業(yè)課（材料化學(xué)、材料科學(xué)前沿、材料性能學(xué)、表面與界面化學(xué)、材料研究與測(cè)試方法、陶瓷工藝學(xué)和粉體工程等）之間起著承前啟后的橋梁和紐帶作用，是從事材料科學(xué)研究和工程制造的科技人員必須具備的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。本課程也是材料專業(yè)碩士研究生入學(xué)考試必考科目之一。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)可掌握材料方面的基本理論，基本概念；了解從原料到成品的物理化學(xué)過(guò)程及變化規(guī)律；了解材料的組成、結(jié)構(gòu)及性能間的相互關(guān)系；了解高溫過(guò)程對(duì)材料結(jié)構(gòu)的影響及材料顯微結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律。為學(xué)習(xí)工藝知識(shí)等后續(xù)課程及從事材料工程技術(shù)和科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)。通過(guò)學(xué)習(xí)該課程后，應(yīng)達(dá)到的如下教學(xué)要求：1、掌握材料方面的基本理論，基本概念；2、了解從原料到成品的物理化學(xué)過(guò)程及變化規(guī)律；3、了解材料的組成、結(jié)構(gòu)及性能間的相互關(guān)系；4、理解高溫過(guò)程對(duì)材料結(jié)構(gòu)的影響及材料顯微結(jié)構(gòu)的形成規(guī)律；5、通過(guò)完成規(guī)定的作業(yè)和實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和分析、解決問(wèn)題及動(dòng)手能力、實(shí)踐能力。二、教學(xué)基本內(nèi)容和要求1、晶體化學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容：晶體中的結(jié)合鍵；緊密堆積原理；影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素；鮑林規(guī)則；同質(zhì)多晶；晶體場(chǎng)理論和配位場(chǎng)理論課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：能應(yīng)用緊密堆積原理分析實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)、鮑林規(guī)則；難點(diǎn)：緊密堆積原理課程教學(xué)要求：掌握緊密堆積原理（堆積方式、空隙種類及分布、球數(shù)與空隙之比）；熟練利用密堆積原理分析實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)；了解離子半徑、配位數(shù)、電負(fù)性等概念；掌握鮑林規(guī)則能利用它分析驗(yàn)證實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)；理解離子極化等影響離子晶體結(jié)構(gòu)和性能的影響因素。2、晶體結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容：?jiǎn)钨|(zhì)晶體結(jié)構(gòu)、金屬晶體結(jié)構(gòu)、無(wú)機(jī)化合物結(jié)構(gòu)、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：各種類型晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；難點(diǎn)：硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)課程教學(xué)要求：掌握典型無(wú)機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能；掌握典型硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能；能利用投影法、坐標(biāo)法描述晶體結(jié)構(gòu)，能看懂結(jié)構(gòu)投影圖，能分析結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。3、晶體結(jié)構(gòu)缺陷課程教學(xué)內(nèi)容：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷、固溶體、非化學(xué)計(jì)量化合物課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)與難點(diǎn)：缺陷化學(xué)反應(yīng)方程式課程教學(xué)要求：(1)掌握缺陷化學(xué)反應(yīng)表示法；(2)掌握熱缺陷濃度計(jì)算；(3）掌握非化學(xué)計(jì)量化合物類型，非化學(xué)計(jì)量化合物與固溶體的異同。4、固溶體課程教學(xué)內(nèi)容：固溶體的概念、固溶體的分類、置換式固溶體、間隙式固溶體、固溶體中的組分缺陷、缺陷反應(yīng)方程、固溶體的性質(zhì)、固溶體的研究方法課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)與難點(diǎn)：固溶體的化學(xué)式課程教學(xué)要求：理解固溶體的概念、性質(zhì)，及其與固溶體與化合物、機(jī)械混合物的區(qū)別；了解固溶體的分類；理解固溶體中的組分缺陷；掌握固溶反應(yīng)方程式的寫法（缺陷反應(yīng)方程）；掌握固溶式的書寫方法；通過(guò)舉例學(xué)會(huì)固溶體的研究方法。5、熔體和非晶態(tài)固體課程教學(xué)內(nèi)容：熔體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、玻璃的通性、非晶態(tài)固體的形成、玻璃的結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)、實(shí)際典型玻璃課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：熔體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；難點(diǎn)：玻璃的結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。課程教學(xué)要求：掌握熔體結(jié)構(gòu)聚合物理論、聚合物形成過(guò)程等；掌握熔體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與玻璃形成的結(jié)晶化學(xué)條件；了解玻璃的通性、玻璃的結(jié)構(gòu)、常見(jiàn)玻璃類型。6、固體表面、界面與漿體的膠體化學(xué)原理課程教學(xué)內(nèi)容：表面自由能與表面張力、界面行為、晶界、固體表面與吸附、膠體分散系、黏土-水漿體、表面活性劑及其應(yīng)用課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：黏土-水漿體；難點(diǎn)：固體表面雙電層的形成對(duì)表面性質(zhì)的影響課程教學(xué)要求：(1）了解固體表面結(jié)構(gòu)特性；(2）掌握晶體表面結(jié)構(gòu)即雙電層的形成對(duì)表面性質(zhì)的影響；(3)掌握粘土水系統(tǒng)的膠體化學(xué)，特別是粘土顆粒帶電的原因和陽(yáng)離子吸附交換特性，以及吸附離子對(duì)粘土水系統(tǒng)膠體化學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。7、相平衡及相圖課程教學(xué)內(nèi)容：相平衡及其研究方法、單元系統(tǒng)相圖、二元系統(tǒng)相圖及應(yīng)用舉例、三元系統(tǒng)相圖及應(yīng)用舉例三元系統(tǒng)相圖應(yīng)用舉例、四元系統(tǒng)相圖（選修）課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：三元系統(tǒng)相圖、專業(yè)相圖分析及實(shí)際應(yīng)用；難點(diǎn)：復(fù)雜專業(yè)相圖相變化分析課程教學(xué)要求：(1）掌握分析認(rèn)讀相圖的知識(shí)與能力，重點(diǎn)掌握三元系統(tǒng)分析相圖的規(guī)則方法；(2)理解一元系統(tǒng)的多晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)的類型與特點(diǎn)及介穩(wěn)態(tài)；(3)理解二元系統(tǒng)的凝聚系統(tǒng)相圖的基本類型；(4)掌握三元系統(tǒng)的濃度三角形的性質(zhì)，分析三元相圖的規(guī)則，結(jié)晶路程的分析方法及結(jié)晶過(guò)程中各相量和各相組成的變化；(5)了解四元系統(tǒng)相圖。8、擴(kuò)散與固相反應(yīng)課程教學(xué)內(nèi)容：擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)方程—Fick定律、Fick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)散的因素、固相反應(yīng)機(jī)理、固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、影響固相反應(yīng)的因素課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：擴(kuò)散第一、第二定律及實(shí)際應(yīng)用，楊德?tīng)柗匠毯徒鹚固亓指穹匠碳捌鋺?yīng)用；難點(diǎn)：擴(kuò)散機(jī)理和固相反應(yīng)機(jī)理重點(diǎn)課程教學(xué)要求：掌握菲克第一、第二定律；理解擴(kuò)散理論，能利用擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)方程解決實(shí)際擴(kuò)散問(wèn)題；了解影響擴(kuò)散的諸因素；掌握楊德?tīng)柗匠毯徒鹚固亓指穹匠?；了解影響固相反?yīng)的諸因素。9、相變課程教學(xué)內(nèi)容：相變分類、相變條件、液固相變、液液相變、固固相變、氣氣相變課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：液固相變；難點(diǎn)：玻璃分相機(jī)理課程教學(xué)要求：了解相變過(guò)程的溫度，壓力和濃度條件；了解臨界晶核的概念；掌握析晶過(guò)程；了解影響析晶的因素；理解玻璃分相的機(jī)理，能利用分相理論解決材料制備中的問(wèn)題。10、燒結(jié)課程教學(xué)內(nèi)容：燒結(jié)的基本類型、燒結(jié)過(guò)程及機(jī)理、固相燒結(jié)、液相燒結(jié)、非常規(guī)燒結(jié)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大、影響燒結(jié)的因素課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大、影響燒結(jié)的因素；難點(diǎn)：傳質(zhì)機(jī)理課程教學(xué)要求：(1)掌握燒結(jié)的傳質(zhì)機(jī)理以及各種因素對(duì)燒結(jié)的影響；(2)掌握抑制晶粒生長(zhǎng)與防止二次重結(jié)晶的措施；(3)了解與燒結(jié)相關(guān)的基本概念及特種燒結(jié)原理。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及基本要求鑒于本課程實(shí)驗(yàn)的重要性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單獨(dú)設(shè)立課程進(jìn)行教學(xué)，見(jiàn)《材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)一》實(shí)驗(yàn)課程。四、教學(xué)方法與手段以多媒體展示、板書、課堂講授相結(jié)合的方式進(jìn)行授課。五、教學(xué)學(xué)時(shí)分配章節(jié)（或內(nèi)容）講課習(xí)題課實(shí)驗(yàn)其它合計(jì)第二章晶體化學(xué)基礎(chǔ)314第三章晶體結(jié)構(gòu)628第四章晶體結(jié)構(gòu)缺陷33第五章固溶體22第六章熔體和非晶態(tài)固體314第七章固體表面與界面44第八章漿體的膠體化學(xué)原理44第十章相平衡8210第十一章擴(kuò)散44第十二章相變415第十三章固相反應(yīng)44第十四章燒結(jié)44合計(jì)49756六、考核方式與成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)1、考核方法：閉卷考試。2、成績(jī)?cè)u(píng)定：課程成績(jī)=考試成績(jī)×80%+平時(shí)成績(jī)20%（百分制）。七、教學(xué)參考資源教材：胡志強(qiáng)等編，《無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)教程》(第二版)，化學(xué)工業(yè)出版社，2011年6月陸佩文等編，《無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1996年8月參考書：1．[美]W