材料科学基础教学大纲

材料科学基础 （专业基础课）

Fundamental of Material Science

以下部分标题填写用黑体五号字体，具体填写内容字体为宋体五号） 【课程编号】BJ26603 【学分数】4

【学时数】80（理论66+实验9+研究5）

【课程类别】专业基础课 【编写日期】2011.09

【先修课程】高等数学、大学物理

【适用专业】金属材料、材料学、材料物理与化学 一、教学目的、任务:

材料科学基础是研究材料的成分、结构与性能之间的关系及其变化规律的一门应用基础科学。本课程的任务是向学生较全面系统地介绍材料科学基本原理，注意材料的共性与个性的结合，实现多学科知识的交叉与渗透。材料科学基础是金属材料工程专业教育课，学习本课程的目的是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。先修课程为物理化学、高等数学。通过材料科学基础的教学，使学生了解和掌握材料科学的基本理论，培养学生理论思维的能力，为从事材料学教学和科研打下扎实的理论基础。

二、课程教学的基本要求：

1．了解材料科学的重要地位与作用，工程材料的分类，课程的任务与内容，材料科学基础的学习方法。

2．理解原子的电子结构和元素周期表，掌握金属键、离子键、共价键、分子键和氢键几种典型结合键的特点。

3． 掌握三大固体材料的结构特点、性能特点，建立材料结构与性能之间的关系。掌握晶体学的基础知识，重点是掌握晶向指数与晶面指数的标定方法，三种典型的金属晶体结构，会求三种晶体结构的致密度和配位数。

4．掌握晶体缺陷的类型、各类缺陷的结构特征、性质及其对材料性能的影响。重点掌握位错的概念，柏氏矢量及其性质，位错的运动与交割，位错反应，掌握位错的应力场，了解位错的能量、晶体的界面与界面能，吸附与润湿等概念与现象。

5．掌握扩散的概念、重点掌握扩散第一定律、扩散第二定律及其应用、扩散机制。了解柯肯达耳效应、扩散的热力学解释，掌握扩散系数的计算、影响扩散的因素和离子晶体的扩散。

6.掌握固体材料变形的基本方式、弹性变形的机制、塑性变形的机理、塑性变形对组织与性能的影响、金属及合金强化的位错解释。掌握形变金属及合金在退火过程中的变化、即回复、再结晶、晶粒长大过程及其机制、金属的热变形。

7.掌握结晶的基本过程、结晶的热力学条件、形核及长大规律、凝固理论的应用。了解非均匀形

核的规律，了解熔化熵对晶体生长的影响。了解固溶体合金的凝固规律，了解材料的非晶态概念。

8、掌握相图的基本知识，二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用方法，熟练应用铁碳相图；掌握三元相图类型、定量法则、分析方法、等温截面、变温截面、液态投影图。 三、教学内容和学时分配（必备项）

（一）理论教学（66 ）

绪论（2学时） 主要内容：

1.材料科学的重要地位与作用； 2.工程材料的分类；

3.本课程的研究对象、任务与内容； 4.材料科学基础的学习方法。 第一章 原子结构与键合（2学时） 主要内容：

1.原子结构

2.原子间的键合。

第二章 固体结构（10学时） 主要内容为：

1.晶体学基础

2.金属的晶体结构

3.合金相结构 4.离子晶体

5.共价晶体的结构。

第三章 晶体缺陷（10学时） 主要内容为：

1. 点缺陷

2. 线缺陷

3. 面缺陷

4. 各类缺陷对结构及性能的影响。 第四章 固体中原子及分子的运动（6学时） 主要内容为：

1． 扩散的热力学解释；

2． 扩散第二定律的应用。 3. 非稳态扩散方程的解

第五章 材料的形变和再结晶（8学时） 主要内容为：

1.弹性变形

2.塑性变形的机理；

3.塑性变形对组织与性能的影响； 4.金属及合金强化的位错解释；

5.形变金属及合金在退火过程中的变化； 6.回复；再结晶；晶粒长大； 7.金属的热变形。

第六章 单组元相图及纯金属的凝固（8学时） 主要内容为：

1. 纯金属的凝固过程； 2. 结晶的热力学条件； 3. 形核及长大的规律；

4. 凝固理论的应用。

第七章 二元系相图及合金的凝固（10学时） 主要内容为：

1. 二元相图的基本类型；

2. 二元相图的分析和使用； 3. 铁碳相图和铁碳合金。 第八章 三元相图 （10学时）

主要内容：

1. 三元相图的成分表示方法及定量法则；

2. 三元匀晶相图、 3. 三元共晶相图； 4. 四相平衡转变*； 5. 三元相图应用举例。

（二）实践教学（实验）（9）

本课程共安排 5－6个实验， 9学时。 1. 金相显微镜的结构与使用 2 学时 2. 金相试样的制备 1 学时 3. 定量金相分析 1 学时 4. 二/三元合金显微组织 2 学时 5. 塑性变形与再结晶 2 学时 6. 失效显微分析 1 学时 （三）研究教学内容及时数（5）

1．课堂学生个人总结：分组讲授磁介质磁化的分子电流观点和磁荷观点的区别和联系。 2．课堂讨论：电磁学在实际技术中的应用，和高新技术的关系。 四、教学重点、难点及教学方法（必备项） 第一章 原子结构与键合 教学重点：

1．原子的电子结构； 2．原子间的键合。 教学难点：

1．原子的电子结构； 2．元素周期律。 第二章 固体结构 教学重点：

1．晶系与空间点阵；

2．典型金属材料的晶体结构； 3．合金相结构。

教学难点：

1．晶体结构中间隙类型与半径；

2．合金相结构

3．离子晶体及共价晶体的结构。 第三章 晶体缺陷 教学重点：

线缺陷的结构特征及其对性能的影响 教学难点：

1. 位错的弹性性质 2. 实际晶体中的位错 3. 错的增殖机制

第四章 固体中原子及分子的运动 教学重点：

1． 扩散的热力学解释； 2． 扩散第二定律的应用。 教学难点：

非稳态扩散方程的解 第五章 材料的形变和再结晶

教学重点：

1．塑性变形的机理；

2．塑性变形对组织与性能的影响； 3．变形对组织与性能的影响；

4．形变金属及合金在退火过程中的变化； 5．回复、再结晶、晶粒长大过程及其机制。 教学难点：

1．塑性变形的机理非稳；

2．金属及合金强化的位错解释。 3．再结晶、晶粒长大过程及其机制。 第六章 单组元相图及纯金属的凝固

教学重点：

结晶的基本过程、热力学条件、凝固理论的应用。 教学难点：

非均匀形核的规律。

第七章 二元系相图及合金的凝固 教学重点：

1．二元相图的分析和使用 2．铁碳相图和铁碳合金。 教学难点：

1．组织与相的区别； 2．杠杆定律应用。 第八章 三元相图 教学重点：

1．三元共晶相图； 2．三元相图应用举例。 教学难点：

1．三元共晶相图；

2．四相平衡转变。

教学方法采用理论讲授、自学、课堂讨论以及实验设计、操作等多种教学形式相结合。注重通过培养学生的获取信息能力、察别能力、动手能力、综合分析能力，以全面提高学生的学习能力。教师除了通过恰当的教学方法来促进学生创新能力的发展外，积极地利用现代化的教学手段也是推动学生创新能力发展的有效途径。

五、考核方式及成绩评定方式：考试

六、教材及参考书目：

1、推荐教材：《材料科学基础教程》，胡庚祥主编，第二版，上海交通大学出版社，2009 2、主要参考书：

[1].《材料科学基础》，石德珂主编，第二版，机械工业出版社，2003 [2].《材料科学基础》，刘智恩主编，第一版，西北工业大学出版社，2003 [3].《材料科学基础》，潘金生主编，第一版，清华大学出版社，2002

[4].《材料科学基础》，徐恒钧主编，第二版，北京工业大学出版社，2001 [5].《材料科学导论》，冯端主编，第一版，化学工业出版社，2002

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