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文本内容:
材料科学基础课程教学大纲ThePrincipiumofMaterialScience学时数32其中实验学时0课外学时0学分数2适用专业材料化学及其相关专业
一、课程的性质、目的和任务《材料科学基础》是化学与化工系材料化学专业本科生的一门重要的专业理论基础课,课程理论性强、概念多、微观多、宏观少并且抽象、难学为了提高课堂教学质量,采用电化教学方式,学习本课程的目的是为了使学生系统掌握《材料科学基础》基本理论和基础知识,认识材料的本质,了解金属、非金属材料的化学成分、热加工工艺、组织结构与性能之间的关系及其变化规律,运用所学知识分析问题、解决问题,提高学生综合能力与素质本课程的任务是向学生较全面系统地介绍材料科学的基础理论知识,物理冶金原理,将金属材料、无机非金属材料以及聚合物材料结合在一起,使学生更好地把握材料的共性,熟悉材料的个性,实现多学科知识的交叉与渗透本课程的先修课程是《物理化学》、《材料力学》、《工程化学》和《材料物理》等课程学习本课程为后续专业课打下牢固的基础,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、课程教学的基本要求(-)常采用阅读、讲解的教学方式,让学生理解和掌握材料科学的基本原理、概念等基础性知识
(二)在课堂上启发式教育,常用提问、问答或引而不发方法,以调动学生积极思维能力;在讲授本课程时尽量多用教学模型、挂图、照片和曲线图表等形象化语言;部分内容如凝固结晶过程、位错运动和塑性变形中组织结构的变化等,采用flash动画演示给学生,以加深学生对课程内容的理解,牢固掌握材料结构等重点内容
(三)对于特别重要而又比较难掌握的位错的基本理论以及塑性变形等部分则组织学生进行课堂讨论即先列出若干讨论题,让学生通过课外阅读和研究自学做好事先充分准备,讨论时由学生各抒己见,经过充分辩论将问题彻底搞清,有效地调动学习积极性,激发学生的学习潜能,以提高教学效果,让学生在有限的课堂授课学时中学到更多的专业理论知识
(四)教学和学习方法上采用授课、自学、讨论相结合的方式,在讲述完基本内容后,归纳本章的主要名词术语和概念、布置思考题、讨论题要求同学们在课外自学一些前沿的材料内容,增加同学的知识面和学习兴趣
三、课程教学的内容、重点及难点本课程主要教学内容共六章第一章材料的结构
一、材料的结合方式
(一)原子结构
(二)化学键共价键、离子键、金属键、范德瓦尔键(分子键)
二、晶体学基础(-)晶体与非晶体(-)空间点阵
(三)晶向指数与晶面指数
1、指数和标定
2、指数和标定
3、面族与晶向族
4、方系晶面及晶向指数标定
5、带与晶面间距
三、材料的晶体结构(-)金属的晶体结构
1、胞中原子数与原子半径
2、数与致密度
3、中原子的堆垛方式
4、结构中的间隙
(二)离子晶体的晶体结构
(三)3共价晶体的晶体结构重点空间点阵、晶胞、晶系和布拉菲点阵,晶向和晶面的表示方法三种典型的金属晶体结构,致密度和配位数,晶体的原子堆垛方式和间隙难点晶体的原子堆垛方式和间隙第二章晶体缺陷
一、点缺陷
(一)点缺陷的类型及形成
(二)点缺陷的运动及平衡浓度
二、线缺陷(-)位错及类型
(二)柏氏矢量
(三)位错的运动
1、位错的滑移
2、位错的攀移
(四)位错的弹性性质
1、位错的应力场
2、位错的应变能
3、外力场中位错所受的力
4、位错线张力
5、位错的交互作用力
(五)实际晶体的位错
1、单位位错
2、不全位错
3、位错反应
4、扩展位错
5、位错的增殖
三、面缺陷
(一)外表面
(二)晶界与亚晶界
(三)相界
(四)晶界特性重点点缺陷的运动;柏氏矢量;位错的运动、性质、生成和增殖;难点表面能、品界和相界特性;位错与晶体缺陷的交互作用和实际晶体中的位错组态第三章纯金属的凝固
一、纯金属的结晶过程
二、结晶的热力学条件(-)过冷现象
(二)凝固的热力学条件
三、形核规律
(一)均匀形核及能量条件
(二)非均匀形核
四、长大规律(-)晶核长大机制(-)纯金属的生长形态
五、结晶理论的实际应用
(一)定向凝固
(二)单晶体的制备
(三)急冷凝固技术重点和难点形核与长大,形核的热力学分析(-)多晶体的应力应变曲线
四、塑性变形对金属组织与性能的影响
五、金属及合金强化的位错解释
(一)Cottrell气团(-)位错交割和带割阶位错的运动
(三)固定位错
六、断裂(-)理论断裂强度
(二)裂纹的萌生和断裂的形成
(三)影响材料断裂的基本因素重点单晶体的塑性变形,多晶体的塑性变形,塑性变形对材料组织和性质的影响;应力应变曲线;断裂及影响因素难点滑移的临界分切应力,多滑移与交滑移合金强化的位错解释;断裂的形成机制第七章回复与再结晶
一、形变金属及合金在退火过程中的变化(-)组织变化
(二)性能变化
二、回复(-)回复机理
(二)回复动力学—\再结晶
(一)再结晶的形核
(二)再结晶动力学
(三)影响再结晶的因素
四、晶粒长大(-)晶粒的正常长大
(二)晶粒长大的驱动力
(三)晶粒的稳定形貌
(四)影响晶粒长大的因素
(五)晶粒的异常长大
五、金属的热变形
(一)动态回复
(二)动态再结晶
(三)超塑性重点回复机理和回复动力学;再结晶的形核和再结晶动力学;、影响再结晶的主要因素难点回复和再结晶动力学;热加工中的动态回复与动态再结晶第八章扩散
一、扩散定律(-)菲克第一定律
(二)菲克第二定律
(三)扩散方程的应用
二、扩散机制
(一)间隙扩散(-)置换扩散
(三)影响扩散的因素
(四)反应扩散重点扩散的基本概念及扩散定律(扩散第
一、二定律)及其应用,影响扩散的因素难点扩散的热力学分析
四、课程各教学环节要求本课程是材料化学专业的专业基础课,理论性强,比较抽象,内容头绪多、原理规律多(涉及原理、规律几十个)、概念定义多(名词、定义近300个),加之有些微观结构看不见、摸不到,而且课程内容枯燥、乏味,学生感到难学因此,在教学方法上应采用多媒体辅助教学、课后自学、适当采用课堂讨论和习题课等教学方式(-)课堂教学采用多媒体辅助教学,对一些难懂的概念,尽可能通过图形加以说明,力求重点分明、条理清楚做到使学生弄清概念、掌握规律、重在应用避免在课堂讲授中进行不必要的繁琐的数学推导
(二)课后自学为了培养学生综合分析、整理归纳的能力,要求学生课后进行自学,对讲授过的重点进行归纳整理,对了解部分的内容进行自学加深
(三)课堂讨论与习题课课堂讨论是为了活跃学习气氛、澄清概念与弄清难点,是对课堂讲授的一种补充,习题课则以典型例题分析为主,适当安排开阔思路与综合性的练习
(四)课外作业为了加强对基本理论的理解和巩固、培养综合分析能力每章布置课外作业题2-3题
(五)考试考试采取闭卷考试方式,内容以基本概念、基本理论为主题型采用填空、选择、分析、计算、综合题等
五、学时分配
六、本课程与其他课程的联系本课程是在学习数学、物理、化学、物理化学、材料物理、工程力学等基础课之后进行,对学生学习本课程的基本要求是以材料的化学成分、组织结构、加工工艺和性能之间的关系及其变化规律的认识为主干线,对大纲中所列的基本内容要求比较全面、牢固地掌握,为学习其他专业课和阅读文献资料、为分析和解决金属材料的生产、加工处理等问题打下较坚实的基础本课内容程涉及到《物理化学》、《材料化学》、《材料力学》、《工程化学》、《无机化学》、《高分子材料》、《复合材料》,《金属学》和《材料物理》等课程
七、教学方式与考核方式材料科学基础是一门逻辑性、技术性很强的多学科和跨学科课程其主要教学方式为课堂教学,将课程内容分为三个模块进行教学(a)材料结构与缺陷,(b)凝固与形变,(c)、再结晶与扩散以系统讲授为主,结合实际材料问题,注重引导和启发,要求学生阅读适量的课外材料,注重课堂讨论和自学课堂教学的主要方式为课堂讲授,讨论课、习题课和自学考核方式为闭卷考试,着重考察对知识和掌握和综合应用所学知识的能力平时成绩占30%期末占70%
八、教材及教学参考书
(一)教材赵品,谢辅洲,孙文山.材料科学基础.哈尔滨:尔滨工业大学出版社,2009第3版
(二)教学参考书
[1]胡庚祥.金属学.上海上海科技出版社,1980年
[2]卢光熙.属学教程.北京机械工业出版社,1985年
[3]石德珂.料科学基础安西安交大出版社,1995年
[4]彦鸣臬.材料科学前沿研究.北京航空工业出版社,1990年
[5]赵品•料科学基础教程习题及解答.尔滨哈尔滨工业大学出版社,2002年
[6]W.D.CallisterJr.undamentalsofMaterialsScienceandEngineering.1匕京化学工业出版社,2004年章节主要内容各教学环节学时分配作业题量备注讲授实验讨论习题课外其他小计1材料的结构42晶体缺陷83纯金属的凝固66固体材料的变形与断裂67回复与再结晶48扩散4。