《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

材料科學(xué)基礎(chǔ)（專業(yè)基礎(chǔ)課）FundamentalofMaterialScience【課程編號(hào)】BJ26603 【課程類別】專業(yè)基礎(chǔ)課【學(xué)分?jǐn)?shù)】4 【學(xué)時(shí)數(shù)】80（理論66+實(shí)驗(yàn)9+研究5） 【先修課程】高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理【適用專業(yè)】金屬材料、材料學(xué)、材料物理與化學(xué)一、教學(xué)目的、任務(wù):材料科學(xué)基礎(chǔ)是研究材料的成分、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系及其變化規(guī)律的一門應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)。本課程的任務(wù)是向?qū)W生較全面系統(tǒng)地介紹材料科學(xué)基本原理，注意材料的共性與個(gè)性的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)的交叉與滲透。材料科學(xué)基礎(chǔ)是金屬材料工程專業(yè)教育課，學(xué)習(xí)本課程的目的是為后續(xù)專業(yè)課打下牢固的基礎(chǔ)，同時(shí)為將來從事材料的研究與開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。先修課程為物理化學(xué)、高等數(shù)學(xué)。通過材料科學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)，使學(xué)生了解和掌握材料科學(xué)的基本理論，培養(yǎng)學(xué)生理論思維的能力，為從事材料學(xué)教學(xué)和科研打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)的基本要求：1．了解材料科學(xué)的重要地位與作用，工程材料的分類，課程的任務(wù)與內(nèi)容，材料科學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方法。2．理解原子的電子結(jié)構(gòu)和元素周期表，掌握金屬鍵、離子鍵、共價(jià)鍵、分子鍵和氫鍵幾種典型結(jié)合鍵的特點(diǎn)。3．掌握三大固體材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能特點(diǎn)，建立材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。掌握晶體學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)是掌握晶向指數(shù)與晶面指數(shù)的標(biāo)定方法，三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)，會(huì)求三種晶體結(jié)構(gòu)的致密度和配位數(shù)。4．掌握晶體缺陷的類型、各類缺陷的結(jié)構(gòu)特征、性質(zhì)及其對(duì)材料性能的影響。重點(diǎn)掌握位錯(cuò)的概念，柏氏矢量及其性質(zhì)，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)與交割，位錯(cuò)反應(yīng)，掌握位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)，了解位錯(cuò)的能量、晶體的界面與界面能，吸附與潤(rùn)濕等概念與現(xiàn)象。5．掌握擴(kuò)散的概念、重點(diǎn)掌握擴(kuò)散第一定律、擴(kuò)散第二定律及其應(yīng)用、擴(kuò)散機(jī)制。了解柯肯達(dá)耳效應(yīng)、擴(kuò)散的熱力學(xué)解釋，掌握擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算、影響擴(kuò)散的因素和離子晶體的擴(kuò)散。6.掌握固體材料變形的基本方式、彈性變形的機(jī)制、塑性變形的機(jī)理、塑性變形對(duì)組織與性能的影響、金屬及合金強(qiáng)化的位錯(cuò)解釋。掌握形變金屬及合金在退火過程中的變化、即回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大過程及其機(jī)制、金屬的熱變形。7.掌握結(jié)晶的基本過程、結(jié)晶的熱力學(xué)條件、形核及長(zhǎng)大規(guī)律、凝固理論的應(yīng)用。了解非均勻形核的規(guī)律，了解熔化熵對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響。了解固溶體合金的凝固規(guī)律，了解材料的非晶態(tài)概念。8、掌握相圖的基本知識(shí)，二元相圖的基本類型，二元相圖的分析與使用方法，熟練應(yīng)用鐵碳相圖；掌握三元相圖類型、定量法則、分析方法、等溫截面、變溫截面、液態(tài)投影圖。三、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配（必備項(xiàng)）（一）理論教學(xué)（66）緒論2學(xué)時(shí)主要內(nèi)容：1.材料科學(xué)的重要地位與作用；2.工程材料的分類；3.本課程的研究對(duì)象、任務(wù)與內(nèi)容；4.材料科學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方法。第一章原子結(jié)構(gòu)與鍵合2學(xué)時(shí)主要內(nèi)容：1.原子結(jié)構(gòu)2.原子間的鍵合。第二章固體結(jié)構(gòu)10學(xué)時(shí)主要內(nèi)容為：1.晶體學(xué)基礎(chǔ)2.金屬的晶體結(jié)構(gòu)3.合金相結(jié)構(gòu)4.離子晶體5.共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)。第三章晶體缺陷10學(xué)時(shí)主要內(nèi)容為：1. 點(diǎn)缺陷2. 線缺陷3. 面缺陷4. 各類缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)及性能的影響。第四章固體中原子及分子的運(yùn)動(dòng)6學(xué)時(shí)主要內(nèi)容為：1．?dāng)U散的熱力學(xué)解釋；2．?dāng)U散第二定律的應(yīng)用。3.非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程的解第五章材料的形變和再結(jié)晶8學(xué)時(shí)主要內(nèi)容為：1.彈性變形2.塑性變形的機(jī)理；3.塑性變形對(duì)組織與性能的影響；4.金屬及合金強(qiáng)化的位錯(cuò)解釋；5.形變金屬及合金在退火過程中的變化；6.回復(fù)；再結(jié)晶；晶粒長(zhǎng)大；7.金屬的熱變形。第六章單組元相圖及純金屬的凝固8學(xué)時(shí)主要內(nèi)容為：1. 純金屬的凝固過程；2. 結(jié)晶的熱力學(xué)條件；3. 形核及長(zhǎng)大的規(guī)律；4. 凝固理論的應(yīng)用。第七章二元系相圖及合金的凝固10學(xué)時(shí)主要內(nèi)容為：1. 二元相圖的基本類型；2. 二元相圖的分析和使用；3. 鐵碳相圖和鐵碳合金。第八章三元相圖10學(xué)時(shí)主要內(nèi)容：1. 三元相圖的成分表示方法及定量法則；2. 三元?jiǎng)蚓鄨D、3. 三元共晶相圖；4. 四相平衡轉(zhuǎn)變*；5. 三元相圖應(yīng)用舉例。（二）實(shí)踐教學(xué)（實(shí)驗(yàn)）9學(xué)時(shí)本課程共安排5－6個(gè)實(shí)驗(yàn)，9學(xué)時(shí)。1.金相顯微鏡的結(jié)構(gòu)與使用2學(xué)時(shí)2.金相試樣的制備1學(xué)時(shí)3.定量金相分析1學(xué)時(shí)4.二/三元合金顯微組織2學(xué)時(shí)5.塑性變形與再結(jié)晶2學(xué)時(shí)6.失效顯微分析1學(xué)時(shí)（三）研究教學(xué)內(nèi)容及時(shí)數(shù)5學(xué)時(shí)1．課堂學(xué)生個(gè)人總結(jié)：分組講授磁介質(zhì)磁化的分子電流觀點(diǎn)和磁荷觀點(diǎn)的區(qū)別和聯(lián)系。2．課堂討論：電磁學(xué)在實(shí)際技術(shù)中的應(yīng)用，和高新技術(shù)的關(guān)系。四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及教學(xué)方法（必備項(xiàng)）第一章原子結(jié)構(gòu)與鍵合教學(xué)重點(diǎn)：1．原子的電子結(jié)構(gòu)；2．原子間的鍵合。教學(xué)難點(diǎn)：1．原子的電子結(jié)構(gòu)；2．元素周期律。第二章固體結(jié)構(gòu)教學(xué)重點(diǎn)：1．晶系與空間點(diǎn)陣；2．典型金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)；3．合金相結(jié)構(gòu)。教學(xué)難點(diǎn)：1．晶體結(jié)構(gòu)中間隙類型與半徑；2．合金相結(jié)構(gòu)3．離子晶體及共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)。第三章晶體缺陷教學(xué)重點(diǎn)：線缺陷的結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)性能的影響教學(xué)難點(diǎn)：1.位錯(cuò)的彈性性質(zhì)2.實(shí)際晶體中的位錯(cuò)3.錯(cuò)的增殖機(jī)制第四章固體中原子及分子的運(yùn)動(dòng)教學(xué)重點(diǎn)：1．?dāng)U散的熱力學(xué)解釋；2．?dāng)U散第二定律的應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程的解第五章材料的形變和再結(jié)晶教學(xué)重點(diǎn)：1．塑性變形的機(jī)理；2．塑性變形對(duì)組織與性能的影響；3．變形對(duì)組織與性能的影響；4．形變金屬及合金在退火過程中的變化；5．回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大過程及其機(jī)制。教學(xué)難點(diǎn)：1．塑性變形的機(jī)理非穩(wěn)；2．金屬及合金強(qiáng)化的位錯(cuò)解釋。3．再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大過程及其機(jī)制。第六章單組元相圖及純金屬的凝固教學(xué)重點(diǎn)：結(jié)晶的基本過程、熱力學(xué)條件、凝固理論的應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：非均勻形核的規(guī)律。第七章二元系相圖及合金的凝固教學(xué)重點(diǎn)：1．二元相圖的分析和使用2．鐵碳相圖和鐵碳合金。教學(xué)難點(diǎn)：1．組織與相的區(qū)別；2．杠桿定律應(yīng)用。第八章三元相圖教學(xué)重點(diǎn)：1．三元共晶相圖；2．三元相圖應(yīng)用舉例。教學(xué)難點(diǎn)：1．三元共晶相圖；2．四相平衡轉(zhuǎn)變。教學(xué)方法采用理論講授、自學(xué)、課堂討論以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作等多種教學(xué)形式相結(jié)合。注重通過培養(yǎng)學(xué)生的獲取信息能力、察別能力、動(dòng)手能力、綜合分析能力，以全面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。教師除了通過恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法來促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展外，積極地利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段也是推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展的有效途徑。五、考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定方式：考試六、教材及參考書目：1、推薦教材：《材料科學(xué)基礎(chǔ)教程》，胡庚祥主編，第二版，上海交通大學(xué)出版社，20092、主要參考書：[1].《材料科學(xué)基礎(chǔ)》，石德珂主編，第二版，機(jī)械工