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文本内容:
材料结构与物性Material structureand properties
一、课程基本情况课程类别学科基础课课程学分2学分课程总学时32学时,其中讲课32学时课程性质必修开课学期第5学期先修课程材料物理,理论物理适用专业材料物理教材黄维刚等,《材料结构与性能》,华东理工出版社,2010年开课单位物理与光电工程学院材料物理系
二、课程性质、教学目标和任务本课程是我院材料科学与工程专业的专业基础课之一,主要介绍了材料的组织结构与性能之间的关系,重点在于阐述不同材料的组织结构与材料性能之间的关系,使学生能够从材料的组织结构设计的角度来理解材料的研究和开发通过本课程的学习,目的在于使学生掌握并了解物质结构与性能所涉及的主要基本概念、研究方法和技术手段;能够应用所学的知识解决在今后从事材料的研究、工艺开发、材料设计与加工等方面所遇到的一些有关的理论和实验问题
三、教学内容和要求第1章材料的结构特征(6学时)
1.1材料的原子结构(2学时)
(1)了解物质的组成、元素周期律和原子结构参数的周期性、电离能和电子亲和能以及电负性的概念;
(2)掌握化学键的概念,通过化学键与晶体结构、晶体的生长习性、晶体缺陷、晶带能、介电特性的关系来理解化学键的重要应用和指导意义;重点化学键的概念及其应用难点化学键的概念及其性质特点
1.2材料的电子结构(2学时)
(1)了解原子的电子排列、单电子原子核外电子的能量状态、能量最低原理、泡里不相容原理和洪特规则;
(2)掌握能带结构、金属与绝缘体的能带结构知识、半导体材料的概念和分类;重点能带理论的理解和半导体材料基础知识的掌握难点能带理论的理解
1.3材料的晶体结构(2学时)
(1)理解晶体的物理性能与结构对称性间的关系;
(3)理解晶体的宏观对称性和微观对称性;重点晶体对称性及性能与结构的关系难点晶体对称性第2章钢铁材料的结构与性能(4学时)
2.1马氏体组织与性能(2学时)
(1)了解马氏体的晶体结构、马氏体的组织形貌;
(2)理解板条型和片状马氏体的特点,马氏体组织强度的概念和表示方法;
(3)掌握马氏体组织的断裂韧性和疲劳强度的概念及测量方法;重点马氏体组织的断裂韧性和疲劳强度的重要性难点马氏体的硬度、断裂韧性和疲劳强度的表达方式
2.2贝氏体组织结构与性能(2学时)
(1)了解贝氏体的组织结构,上贝氏体、下贝氏体、无碳化贝氏体的特点;
(2)理解贝氏体组织强度的影响因素及估算方法;
(3)掌握贝氏体组织的断裂韧性和疲劳强度的概念及测量方法,贝氏体/马氏体复相组织的性能;重点贝氏体组织的断裂韧性和疲劳强度的相关知识难点贝氏体/马氏体复相组织的性能第3章轻合金的组织与性能(4学时)
3.1铝及其合金的组织与性能(
1.5学时)
(1)了解铝及其合金的基本简介内容;
(2)理解铝合金组织与强化机理,理解共格强化、模量强化、化学强化和有序强化等机制;
(3)掌握铝合金的断裂韧性和疲劳强度的概念及影响因素;重点铝合金的断裂韧性和疲劳强度的参数性能难点合金组织的强化机制
3.2镁及镁合金的组织结构与性能(
1.5学时)
(1)了解镁及镁合金的基本特性和组织特点;
(2)理解镁合金的固溶、时效和细晶强化方法的特点;
(3)掌握镁合金的断裂韧性、疲劳强度和蠕变性能的影响因素及其规律;重点断裂韧性、疲劳强度和蠕变性能的参数性质难点镁合金断裂韧性等性能的影响因素的规律
3.3钛及钛合金的结构与性能(1学时)
(1)了解钛及钛合金的组织结构,纯钛和钛合金组织之间的区别;
(2)理解钛及钛合金的力学性能;
(3)掌握钛合金的力强度、塑性和断裂韧性等性能;重点钛及钛合金的力学性能难点钛合金的力强度、塑性和断裂韧性等性能特点第4章非晶合金材料的结构与性能(4学时)
4.1非晶合金与非晶态转变(1学时)
(1)了解非晶合金的特点;
(2)理解平衡体系的概念;
(3)掌握非晶合金与非晶态转变的概念;重点非晶合金与非晶态转变难点平衡体系的概念
4.2非晶合金的结构特征(1学时)
(1)了解衍射法结构表征和短程有序的概念;
(2)理解非晶结构模型的分类及其特点;
(3)掌握短程有序结构单元、结构参量的表述,以及化学短程有序的理解;重点短程有序结构的描述难点非晶结构模型的特点
4.3非晶合金的物理性能(1学时)
(1)了解非晶合金的一般力学性能,强度、塑性、韧性等;
(2)理解耐腐蚀性能,金属的腐蚀理论和腐蚀行为;
(3)掌握非晶合金的磁学性能和耐腐蚀性能的特点,以及催化性能等其他特性;重点非晶合金的耐腐蚀性能难点非晶合金的基本磁学性能
4.4大块非晶合金(1学时)
(1)了解大块非晶合金的晶化过程及制备方法和过程,并了解大块非晶合金应用展望;
(2)理解热力学、动力学形成原理,大块非晶合金成分的设计原则;
(3)掌握几种重要大块非晶合金及其应用,以及合金成分设计原则;重点大块非晶合金的制备方法和合金成分设计原则难点合金成分的设计原则第5章结构陶瓷的结构与性能(6学时)
5.1原子结合键与晶体类型(3学时)
(1)了解离子键与离子晶体、共价键与共价晶体的关系、陶瓷的典型晶体结构和硅酸盐的晶体结构;
(2)理解离子晶体的鲍林规则及特点、共价键的特点和范德瓦尔斯键的作用;
(3)掌握二元、三元陶瓷结构特点和硅酸盐结构特点;重点离子键与离子晶体、共价键与共价晶体难点陶瓷和硅酸盐晶体结构
5.2陶瓷的强度与断裂(3学时)
(1)了解陶瓷材料的弹性模量、强度、断裂韧性、抗热震性能和塑性变形的概念和定义;
(2)理解弹性模量与晶体位向和温度的关系,理解影响陶瓷材料强度的因素以及塑性变形的机制;
(3)掌握陶瓷增韧的几种方法、改善抗热震性能的途径、相变增韧和微裂纹增韧的原理,掌握氧化铝陶瓷、氧化错陶瓷和氮化物陶瓷的结构及特点;重点陶瓷增韧的几种方法和原理,塑性变形的机制和弹性模量与晶体位向和温度的关系难点陶瓷增韧的几种方法和原理第6章磁性材料的结构及性能(4学时)
6.1材料的结构与磁性(2学时)
(1)了解材料的磁性和磁化过程;
(2)理解电子的自旋磁矩和电子自旋和轨道的相互作用;
(3)掌握抗磁、顺磁和磁畴的概念,以及磁化过程;重点磁化过程难点磁畴的概念
6.2磁性材料(2学时)
(1)了解磁性材料的分类,R-Fe-B Sm2Fel7N的结构和纳米晶复合磁性材料的结构;
(2)理解R-Fe-B、Sm2Fel7N和纳米晶复合磁性材料的结构与性能的关系;
(3)掌握R-Fe-B、Sm2Fel7N和纳米晶复合磁性材料的结构;重点R-Fe-B.Sm2Fel7N和纳米晶复合磁性材料的结构与性能难点纳米晶复合磁性材料的结构与性能关系第7章光功能材料的结构与性能(4学时)
7.1光学功能材料的基本概念与分类(1学时)
(1)了解光学功能玻璃、晶体和塑料的特点与应用;
(2)理解光学功能材料的基本概念;
(3)掌握光学功能玻璃、光学功能晶体和光学功能塑料的特点;重点光学功能玻璃、晶体和塑料的特点难点光学功能玻璃、晶体和塑料的性能
7.2光学功能材料的结构设计(1学时)
(1)了解光学功能材料结构设计方法,晶体的非线性光学效应;
(2)理解结构设计原理、晶体化学键理论和阴离子集团理论;
(3)掌握光学功能材料的结构设计原理;重点晶体的非线性光学效应和阴离子集团理论难点晶体化学键理论和阴离子集团理论
7.3典型倍频晶体的结构与性能(2学时)
(1)了解普通晶体的结构与性能关系,了解锯酸锂晶体、磷酸二氢钾族晶体和硼酸盐晶体的基本结构;
(2)理解锯酸锂晶体、磷酸二氢钾族晶体和硼酸盐晶体的结构和物理性质,理解非线性光学性质和掺杂晶体光学性质的概念;
(3)掌握锯酸锂晶体、磷酸二氢钾族晶体和硼酸盐晶体的物理性质;重点银酸锂晶体、磷酸二氢钾族晶体和硼酸盐晶体的结构和物理性质的关系难点银酸锂晶体、磷酸二氢钾族晶体和硼酸盐晶体的结构特点
四、课程考核
(1)作业等作业5次;
(2)考核方式闭卷考试
(3)总评成绩计算方式平时成绩占10%,期中考试成绩占20%,期末考试成绩占70%
五、参考书目
1、李宗全,《材料结构与性能》,浙江大学出版社,2001年
2、吴月华,《材料的结构与性能》,中国科学技术大学出版社,2001年。