材料科学基础课程教学大纲一、材料科学基础课程说明（一）课程代码：08131015（二）课程英文名称：Fundamentals of Materials Science（三）开课对象：材料物理专业（四）课程性质：材料科学基础是材料科学与工程系各专业本科生的一门重要的专业基础课，以介绍工程材料的基础理论为目的，既具有较强的理论性，又与生产实际有紧密的联系。研究材料的成份、组织结构、性能及三者间的关系。（五）教学目的：掌握有关工程材料的基本理论和知识，训练用所学理论分析实际问题的方法和思路。初步掌握材料的科学实验方法和有关的实验技术；掌握定量、半定量地解决工程材料问题的方法 。（六）教学内容： 本课程主要包括工程材料中的原子排列、固体中的相结构、凝固、相图、固体中的扩散、塑性变形、回复与再结晶、固态相变、复合效应与界面，以上内容都是材料科学的基础理论，它对于发展新材料、培养学生创新能力具有深远的意义。（七）学时数、学分数及学时数具体分配学时数： 72 学时分数： 4 学分学时数具体分配：教 学 内 容讲授实验/实践合计材料科学基础绪论11第一章 工程材料中的原子排列1313第二章 固体中的相结构44第三章 凝固88第四章 相图1818第五章 材料中的扩散66第六章 塑性变形66第七章 回复与再结晶88第八章 固态相变44第九章 复合效应与界面4 4合 计7272（八）教学方式： 以讲授为主的教学方式。（九）考核方式和成绩记载说明：考核方式为考试。严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40% ，期末成绩占60% 。二、讲授大纲与各章的基本要求第一章 工程材料中的原子排列教学要点： 通过本章的学习使学生掌握固体中原子的排列方式和分布规律，包括固体中的原子是如何相互作用并结合起来的，晶体的特征及其描述方法，晶体结构的特点，各种晶体间的差异，以及晶体结构中缺陷的类型及性质。这些都是本章重点介绍的内容。这些知识不仅是学习材料学科课程的基础，也是学习其他专业课程比不可少的基础。1. 掌握晶面、晶向的表示方法 2熟悉三种典型的晶体结构 3晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质 4位错的应力场和应变能；位错的运动与交互作用教学时数：13 学时教学内容：第一节 原子键合一、固体中的原子的结合键（金属键、共价键、离子键、分子键、氢键）二、工程材料的分类第二节 原子的规则排列一、晶体学基础（晶体、结构、空间点阵、布拉菲点阵晶面指数、晶向指数、晶面间距）二、晶体结构及其几何特征（金属中常见晶体结构、陶瓷的晶体结构） 第三节 原子的不规则排列一、 点缺陷（平衡浓度、形成、结构和能量）二、 线缺陷 （位错的基本类型、柏氏矢量、位错密度、作用在位错上的力及位错的运动、位错的应力场与应变能位错之间的交互作用、位错的增值、塞积与交割、实际晶体中的位错）三、 面缺陷（晶界、亚晶界、挛晶界和相界）考核要求：1、原子键合 1.1固体中的原子的结合键 (识记) 1.2 工程材料的分类（领会） 2、原子的规则排列 2.1晶体学基础(领会) 2.2晶体结构及其几何特征（识记）3、原子的不规则排列 3.1点缺陷（应用） 3.2 线缺陷（应用） 3.3 面缺陷 （领会）第二章 固体中的相结构教学要点： 通过本章的学习使学生掌握固熔体、化合物、陶瓷晶体相、玻璃相及分子相等五类。本章讨论各类相的组成、结构类型、形成规律及性能特点。1熟悉合金相的主要类型，形成条件和性能特点 2理解HumeRothery规则； 3玻璃相的形成条件 4了解分子相的结构特点及分子晶体 教学时数：4 学时教学内容：第一节 固熔体一、什么是固熔体二、置换固熔体（原子尺寸因素、晶体结构因素、负电性因素、电子浓度因素）三、间隙固熔体四、有序固熔体五、固熔体的性能第二节 金属间化合物一、正常价化合物二、电子化合物（电子相）三、间隙化合物（简单间隙化合物、复杂间隙化合物）四、金属化合物的特点 第三节 陶瓷晶体相一、 氧化物结构（AB型、AB2、A2B2型、ABO3型）二、 硅酸盐结构的特点及分类（特点、分类） 第四节 玻璃相 第五节 分子相一、 大分子及其构成（巨大分子及相对分子质量、高分子的合成）二、 高聚物的结构（结构单元的化学组成、结构单元的键接方式和构型、大分子链的几何形状、大分子链的构象、大分子的聚集态结构）考核要求：1、固熔体 1.1什么是固熔体(识记) 1.2置换固熔体（领会） 1.3有序固熔体 (识记) 2、金属间化合物 2.1正常价化合物(领会) 2.2金属间化合物特点（识记）3、陶瓷晶体相3.1 AB型、AB2、A2B2型、ABO3型（识记）3.2 硅酸盐特点（识记）3.3 硅酸盐分类 （识记） 4、玻璃相 4.1 形成条件（领会）5、分子相 5.1 分子相（识记） 5.2 高聚物的结构 5.2.1结构单元的化学组成(识记) 5.2.2结构单元的键接方式和构型(领会) 5.2.3大分子链的几何形状(领会) 5.2.4大分子链的构象(领会) 5.2.5大分子的聚集态结构（领会）第三章 凝固 教学要点：通过本章的学习使学生掌握纯金属在凝固过程中的基本规律及如何利用它来控制金属的组织。 1掌握凝固理论及过冷度的概念 2晶体长大机制及界面形态 3用凝固理论解释或说明实际生产问题 教学时数：8 学时教学内容：第一节 金属结晶的基本现象一、金属结晶的微观现象二、金属结晶的宏观现象（冷却曲线与金属结晶温度、过冷现象与过冷度）第二节 金属结晶的基本条件一、金属结晶的热力学条件二、金属结晶的结构条件 第三节 晶核的形成一、 均匀形核（晶胚形成时能量的变化、临界晶核、形核功、形核率） 二、非均匀形核（形核功、形核率） 第四节 晶体的长大一、 晶体长大的条件二、液固界面的微观结构三、晶体长大的机制（垂直长大方式、横向长大方式）四、晶体长大的形态五、陶瓷、聚合物的凝固六、凝固理论的应用（铸态晶粒的控制、单晶体的制备、定向凝固技术、非晶态金属、微晶合金）考核要求：1、金属结晶的基本现象 1.1金属结晶的微观现象(识记) 1.2金属结晶的宏观现象（领会） 2、金属结晶的宏观现象 2.1热力学条件(识记) 2.2结构条件（识记）3、晶核的形成 3.1均匀形核（识记） 3.2形核功、形核率（识记） 4、晶体的长大 4.1 条件（识记） 4.2固界面的微观结构（领会） 4.3 液垂直长大方式、横向长大方式（领会） 4.4陶瓷、聚合物的凝固（领会） 4.5 凝固理论的应用（领会）第四章 相图教学要点： 通过本章的学习使学生掌握相图，它是表示材料系统中相的状态与温度及成分之间关系的一种图形。由相图可以知道材料的凝固或熔化温度及系统中可能发生的固态相变或其他转变，材料的性能与相图有一定关系，通过相图可以预测材料的某些性能。1能认识一般的二元相图，并会分析合金的结晶过程及得到的组织 2掌握分析相图的方法 3能依据相图判断合金的工艺性能与机械性能 4理解成分过冷的形成、影响因素 5会分析铁碳合金平衡结晶过程及室温下所得到的组织 6说明含碳量的改变怎样影响铁碳合金的组织和性能 7熟悉三元合金成分表示方法，懂得直线定律与重心法则的应用 8掌握三元合金结晶过程中相与组织的转变规律 9会看简单的等温截面图和变温截面图 教学时数：18学时教学内容：第一节 相、相平衡及相图制作一、相二、相平衡与相律三、相图的表示与测定第二节 二元匀晶相图一、相图分析二、固熔体的平衡凝固（过程、组织、杠杆定律）三、固熔体的非平衡凝固与微观偏析四、固熔体的非平衡结晶与宏观偏析（液相内熔质完全混合、原子部分混合、通过扩散混合、区域熔炼）五、成分过冷与固熔体的组织（形成、控制） 第三节二元共晶相图一、 相图分析二 、共晶系合金的平衡凝固和组织（端部固熔体合金、共晶合金、亚共晶合金、过共晶合金）三、共晶组织及其形成机理（粗糙粗糙界面共晶、粗糙平滑界面共晶、平滑平滑界面共晶）四、共晶系合金的非平衡凝固和组织（伪共晶组织、离异共晶） 第四节二元包晶相图一、 相图分析二、包晶合金的平衡凝固和组织三、包晶合金的非平衡凝固和组织 第五节其它二元要相图一、 形成化合物的二元相图二、具有三相平衡恒温转变的其他二元相图三、有序无序转变的相图四、同素异晶转变的相图 第六节 二元相图的分析方法一、 复杂二元相图的分析方法二、二元相图分析实例（相图中的相、点、线、铁炭合金结晶过程分析、组织与力学性能）三、相图与合金的性能 第七节 相图的热力学解释一、 熔体的自有能成分曲线二、异相平衡的条件三、由二元系各相的自由能曲线绘制相图 第八节 铸锭的组织与偏析一、 铸锭的组织二、铸锭组织的控制三、铸锭中的偏析（正偏析、反偏析、密度偏析） 第九节 三元相图一、 三元相图的几何特征（成分表示方法、直线法则与杠杆定理、重心法则、相区相邻规则）二、三元匀晶相图（相图及其投影图、等温截面图、垂直截面图）三、三元共晶相图四、相平衡特征（单相状态、两相平衡、三相平衡、四相平衡）五、实用三元相图举例考核要求：1、相、相平衡及相图制作 1.1相(识记) 1.2相平衡与相律（领会） 1.3相图的表示与测定(应用 2、二元匀晶相图 2.1二元匀晶相图(识记) 2.2平衡凝固和非平衡凝固，偏析（领会）3、二元共晶相图3.1 相图分析（识记）3.2 共晶系合金的平衡凝固和组织（端部固熔体合金、共晶合金、亚共晶合金、 晶合金）（领会）3.3 共晶组织及其形成机理（粗糙粗糙界面共晶、粗糙平滑界面共晶、平滑平滑界面共晶）（领会）3.4 共晶系合金的非平衡凝固和组织（伪共晶组织、离异共晶）（领会） 4、二元包晶相图4.1 相图分析（应用）4.2 包晶合金的平衡凝固和组织（领会）4.3 包晶合金的非平衡凝固和组织（领会） 5、其它二元要相图1. 形成化合物的二元相图（识记）