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文本内容:
材料科学与工程实验(Experiments ofmaterial scienceand engineering)课程代码07410022,07410043学分
1.5学时48(其中讲课学时0实验学时48上机学时0课外学时0)先修课程材料科学基础适用专业无机非金属材料工程教材《无机非金属材料专业综合实验与课程实验》黄新友主编化学工业出版社2008年
一、课程性质与课程目标
(一)课程性质材料科学与工程实验是无机非金属材料工程专业一门重要的专业实验课程,本课程结合无机材料专业理论基础课程《材料科学基础》、《材料工程基础》和《材料测试方法》,根据该理论课程的基础知识所开设的实验课程,通过本课程的实验教学,加深学生对所学的相关专业知识的了解,通过理论分析、必要的计算训练和有关实验,培养学生理论结合实际,分析问题和解决问题的能力为后继专业课程的学习、同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础
(二)课程目标本课程的基本任务是通过具体的实验操作和实验结果处理加深学生对专业知识的理解,通过各个实验项目的操作和相对应的实验结果展示,使学生深入理解材料的组成、结构和工艺制备之间的相互联系,并学会用所学的专业知识解释材料制备、使用过程中的各种现象和性能
1.知识方面
1.1晶体结构的基本理论,包括结晶学与晶体化学理论,宏观对称要素和微观对称要素
1.2相平衡的基本理论,相图的基本类型和分析,玻璃的熔制与析晶,黏土的结构,黏土-水系统的胶体性质
1.3材料结构形成过程的热力学和动力学理论,包括扩散过程、固相反应过程、相变过程和烧结过程
2.能力与素质方面
2.1通过实际观摩和进行对称操作练习,掌握晶体的宏观对称和微观对称要素的特点,晶系、晶族、螺旋轴、滑移面的概念,熟悉不同对称要素的对称操作和平移操作
2.2能够熟练掌握非晶态玻璃的制备原理,黏土-水系统表现出的各种性能和相关表征
2.3能够熟练掌握相图在无机材料合成过程中的应用,并且能够通过具体的实验操作,根据实验结果分析材料合成过程中的热力学和动力学理论,包括扩散过程、固相反应过程、相变过程和烧结过程
二、本课程开设的实验项目编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标1实验1:晶体的宏观对称性3验证性必做2实验2晶体的微观对称性2验证性必做实验3玻璃析晶性能的测定验证性必做32实验4粘土的结构与阳离子验证性必做43交换量的测定实验5粘土-水系统的粘度验证性必做52以及zeta电位的测定;6实验6泥料的可塑性测定;2验证性必做7实验7相图虚拟实验;2验证性必做8实验8固相反应实验;2验证性必做实验9烧结性能的表征及其验证性必做92相关影响因素;10实验10流体流动状态实验3验证性必做11实验n流体阻力参数测定3验证性必做实验12换热器综合性能测验证性必做122试实验13材料导热系数的测验证性必做13定214实验14工业气体成分分析3验证性必做实验15干湿球温度法测定验证性必做152气流的湿含量16实验16煤的工业分析3验证性必做17实验17煤的发热量的测定2验证性必做用X射线仪进行多晶体物质验证性必做182的相分析透射电子显微镜结构原理及验证性必做192明暗场成像扫描电子显微镜的结构原理必做202验证性及图像衬度观察合计48注
1.类型指验证性、综合性、设计性等;
2.要求指必做、选做实验L晶体的宏观对称性
(一)实验目标
1、掌握晶体对称、宏观对称要素、对称操作的概念,理解晶体对称对应的晶体模型外观形状、各对称要素在三维空间的分布和相互关系;
2、掌握不同宏观对称要素对应的对称操作方法,能找出的晶体全部对称要素并确定其对称型和所属的晶系、晶族
3.熟悉晶体的32种对称型和对称分类体系
(二)实验要求
1、通过对晶体模型的分析,结合晶体模型进行实际操作,加深对晶体对称、对称要素、对称操作的理解;
2、结合晶体模型进行实际操作,在不同晶体模型中找出的全部宏观对称要素;找出的全部宏观对称要素后,确定其对称型和所属的晶系、晶族
3、对称型和所属的晶系、晶族,熟悉晶体的32种对称型和对称分类体系实验2晶体的微观对称性
(一)实验目标
1、掌握晶体微观对称、螺旋轴、滑移面、平移操作的概念,理解晶体微观对称要素对应的晶在三维空间的分布和相互关系
2、掌握不同微观对称要素对应的操作方法和平移特点,掌握晶体结构中平移矢量的移距和方向,能正确操作不同的螺旋轴和滑移面,体验微观对称中的平移
3、了解反伸操作和晶面的空间分布规律
(二)实验要求
1、结合晶体结构模型,通过对称操作,加深对晶体微观对称、螺旋轴、滑移面、平移操作的理解,
2、结合晶体结构模型进行实际操作在不同晶体结构模型中找出螺旋轴和滑移面,正确操作这些螺旋轴和滑移面,体验微观对称中的平移矢量的移距和方向
3.结合晶体结构模型进行实际操作,了解反伸操作和晶面的空间分布规律实验3玻璃析晶性能的测定(-)实验目标
1、掌握梯温法测定玻璃析晶的原理和测试技术;
2、了解玻璃析晶的原因以及工艺意义;
(二)实验要求
1、通过玻璃析晶实验操作,加深对玻璃物理化学性能的理解;
2、根据玻璃析晶性能,了解玻璃制备工艺过程并制定合理的工艺制度实验4粘土的结构与阳离子交换量的测定(-)实验目标
1、了解粘土的结构;
2、掌握粘土的阳离子交换量的计算方法的原因;
(二)实验要求
1、掌握粘土的晶体结构和宏观性能之间的关系;
2、了解粘土可以进行阳离子交换的原因以及具体的计算方法实验5粘土-水系统的粘度以及zeta电位的测定;(-)实验目标
1、掌握粘土-水系统粘度的概念以及测试方法;
2、了解zeta电位的测试方法以及其在生产工艺中的意义;
(二)实验要求
1、掌握粘度测定的方法和影响因素;
2、掌握zeta电位的测定原理并熟练计算出具体的zeta电位值;实验6泥料的可塑性测定;
(一)实验目标
1、掌握泥料的可塑性测试方法;
2、了解影响可塑性指标的因素;
(二)实验要求
1、掌握泥料具有可塑性的原因和表征可塑性的方法;
2、了解可塑性在陶瓷生产过程中的意义;实验7相图虚拟实验;
(一)实验目标
1、了解相图的构造和表示意义;
2、相图在实际生产中的应用
(二)实验要求
1、掌握虚拟软件绘制相图的方法;
2、熟练读懂相图所表达的意义实验8固相反应实验;
(一)实验目标
1、掌握固相反应的过程;
2、了解固相反应的各种模型
(二)实验要求
1、掌握固相反应的热力学和动力学理论;
2、了解固相反应在无极材料合成中的意义;实验9烧结性能的表征及其相关影响因素;(-)实验目标
1、掌握烧结性能的表征方法;
2、了解影响烧结性能的各种因素;(―)实验要求
1、掌握烧结理论和表征方法;
2、了解烧结温度的概念和烧结温度的确定;实验10流体流动状态实验
(一)实验目标
1、了解流体流动式的不同流动型态;
2、掌握雷诺准数的测定方法
(二)实验要求
1、观察水在光滑圆管中流动时,呈现的不同流线型态,层流、紊流以及层流向紊流过渡;
2、学会判别流动状态的无因次数一一雷诺准数的测定方法,并测定临界雷诺数实验1L流体阻力参数测定
(一)实验目标
1、了解流体流动过程中的阻力来源;
2、掌握直管阻力摩擦系数和局部阻力系数的测定方法
(二)实验要求
1、观察流体流动状态,会利用伯努利方程计算直管阻力摩擦系数和局部阻力系数实验12换热器综合性能测试
(一)实验目标
1、了解传热的概念;
2、理解换热器的工作原理;
3、掌握顺流和逆流过程中传热状况的差别
(二)实验要求
1、掌握传热系数的测定方法;
2、就对数平均温差、传热系数、热效率进行比较,分析顺流和逆流的传热情况实验13材料导热系数的测定(-)实验目标
1、理解导热系数含义;
2、掌握平板稳态法测定材料导热系数的原理和步骤;
2、了解导热系数在工业中的应用(―)实验要求
1、能够根据待测材料的尺寸等实际情况推导出导热系数的计算公式;
2、能够使用导热系数测试仪独立测出待测材料的导热系数;
3、能够分析实验结果的误差来源实验14工业气体成分分析
(一)实验目标
1、理解QF1943型工业气体分析器的工作原理;
2、会使用QF1943型工业气体分析器;
3、了解工业气体分析器在工业中的应用
(二)实验要求
1、能够使用仪器分析常见的工业气体如二氧化碳、氧气、一氧化碳;
2、会计算工业气体中各组分的含量实验15干湿球温度法测定气流的湿含量(-)实验目标
1、掌握干湿球温度法测定空气湿含量的步骤和方法;
2、掌握机械通风干湿表的工作原理;
3、了解气流湿含量的测定在工业中的应用和意义
(二)实验要求
1、会使用机械通风干湿表,并能查表换算出空气的相对湿度和绝对湿度实验16煤的工业分析
(一)实验目标
1、了解煤的工业分析内容水分、灰分、挥发份、罗加指数、粘结指数;
2、掌握煤的水分的测定方法;
3、掌握缓慢灰化法和快速灰化法测定煤的灰分的步骤和方法
(二)实验要求
1、能够使用密封式制样机对煤样进行粉碎;
2、能够使用烘箱对煤样进行水分的分析;
3、能够使用一体化智能马弗炉对煤样进行灰分、挥发份的测定;
4、能够对实验数据进行计算和分析实验17煤的发热量的测定(-)实验目标
1、理解发热量的含义,掌握“氧弹法”测定煤的发热量的原理和方法,加深对燃料发热量的理解;
2、掌握“氧弹法”测定煤的发热量的实验条件―实验要求
1、要求学生能够使用量热仪测定煤的发热量;
3、要求学生能够分析实验数据及误差来源实验18用X射线仪进行多晶体物质的相分析实验目的了解X射线衍射仪的结构与使用;练习机器检索对多品物质进行物相分析实验原理布拉格方程;PDF卡片实验仪器理学D/MAX2500PC型X射线衍射仪实验安排教师介绍X射线衍射仪的构造,进行操作演示,采集并描绘一张衍射图,进行物相自动检索演示;学生以4人一组,对事先准备好的衍射结果进行物相检索分析实验报告要求简述衍射图的采集过程;记录衍射图的测试条件,将实验数据及结果以表格列出;写出物相检索结果;写出实验的体会与疑问实验19透射电子显微镜结构原理及明暗场成像实验目的结合透射电子显微镜实物,介绍其基本结构及工作原理,以加深对透射电子显微镜结构的整体印象,加深对透射电子显微镜工作原理的了解实验原理电子成像原理;明暗场成像原理实验仪器电子株式会社JEOL JEM-2100C型高分辨透射电子显微镜实验安排教师介绍透射电子显微镜的构造和成像原理,进行操作演示,对事先准备好的样品进行分别进行明场像和暗场像成像在明场像下选择感兴趣的视场;插入选取光阑围住所选择的视场;按“衍射”按钮转入衍射操作方式,取出物镜光阑,此时荧光屏上将显示选区内晶体产生的衍射花样;倾斜入射电子束方向,使用于成像的衍射束与电子显微镜光轴平行,此时该衍射斑点应位于荧光屏中心;插入物镜光阑套住荧光品中心的衍射斑点,转入成像操作方式,取出选取光阑,此时记为暗场像实验报告要求简述透射电子显微镜的基本结构;绘图并举例说明暗场成像的原理;写出实验的体会与疑问实验20扫描电子显微镜的结构原理及图像衬度观察实验目的结合扫描电子显微镜实物,介绍其基本结构和工作原理,加深对扫描电子显微镜结构及原理的了解;选用合适的样品,通过对表面形貌衬度和原子序数衬度的观察,了解扫描电子显微镜图像衬度原理及其应用实验原理二次电子成像原理;原子序数衬度成像原理实验仪器日立公司S-3400N型扫描电子显微镜实验安排样品制备;表面形貌衬度观察;原子序数衬度观察实验报告要求简述扫描电子显微镜的基本结构及特点;举例说明扫描电子显微镜表面形貌衬度和原子序数衬度的应用;写出实验的体会与疑问
三、考核与评定
(一)实验项目考核要求实验报告完整,数据分析合理,操作基本正确
(二)实验课程成绩评定考核形式考核要求考核权重备注实验报告按时交、独立完成、清晰70-80%课堂表现出勤、回答问题20-30%注
1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表
2.考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小论文、项目设计和作品等
3.考核要求包括作业次数、考试方式(开卷、闭卷)、项目设计要求等
4.考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重五参考书目及学习资料
1、《结晶学教程》李国昌王萍编著国防工业出版社北京2014年7月第二版
2、《结晶学与矿物学》潘兆橹地质出版社北京2006年7月第三版
3、《无机材料科学基础》,曾燕伟,武汉理工大学出版社,
2012.
44、《材料科学基础实验》,陈泉水,化学工业出版社,2009年07月
六、大纲说明2017年9月7日。