《材料科学基础》教学大纲

课程编号：MA3007

课程名称：材料科学基础                   英文名称：Foundationof Materials Science                              

学分/学时：4/64                                              课程性质：必修

适用专业：材料科学与工程                 建议开设学期：5

先修课程：大学物理、物理化学、固体物理   开课单位：先进材料与纳米科技学院

一、课程的教学目标与任务

材料科学是研究材料的成分、结构与性能之间的关系及其变化规律的一门科学，该课程具有较强的理论性，又与生产实际紧密联系。通过本课程的学习，使学生对材料的晶体结构与相结构、晶体结构缺陷、材料的凝固与结晶、相图、材料中的扩散、固态相变理论以及材料的表面和界面等材料科学的基础理论有比较系统地认识。初步掌握分析、解决工程实际问题的思路和方法，为后续的专业课程打好理论基础。

二、课程具体内容及基本要求

（一）材料的晶体结构与相结构    (4学时)

金属材料的晶体结构；陶瓷材料的晶体结构；半导体材料的晶体结构；固溶体的分类、结构特点等。

1. 基本要求

（1）掌握金属、半导体、陶瓷材料等的晶体结构特征；

（2）熟练掌握固溶体的分类、形成条件和结构特点。

（二）晶体的缺陷    (8+4学时)

各类晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷的类型及特征；质量作用定律及应用。

1. 基本要求

（1）熟练掌握晶体缺陷的基本类型、基本特征以及基本性质；

（2）重点掌握点缺陷类型和形成，掌握质量作用定律，熟悉热缺陷平衡及浓度计算；

（3）掌握位错的应力场和应变能以及位错的运动。

2．重点、难点

重点：点缺陷类型及质量作用定律应用。

难点：位错的应力场和位错的运动的理解。

3.作业及课外学习要求

练习点缺陷形成的缺陷反应方程式、计算位错的应变能、运用质量作用定律等。

4.实践形式

分析缺陷的形成对介质材料、铁电压电材料等性能的影响及作用机制。

（三）凝固与结晶    (8学时)

结晶的基本规律；结晶的基本条件；晶核的形成；晶体的长大。

1．基本要求

（1）熟练掌握凝固基本规律及过冷度的概念；

（2）熟练掌握形核的基本条件；

（3）掌握晶体长大条件、长大机制及固溶体形态；

（4）了解凝固理论解释或说明实际生产问题。

2．重点、难点

重点：过冷度的概念和应用。

难点：晶体长大的条件和长大机制等。

3.作业及课外学习要求

习题或大作业； 给出过冷度的具体应用。

（四）相图    (12+4学时)

相、相平衡及相图制作；二元匀晶相图；二元共晶相图；二元包晶相图；二元相图分析方法；相图的热力学解释。

1．基本要求

（1）熟练掌握二元匀晶、共晶、包晶相图的特点；

（2）掌握三种相图的相图平衡、非平衡凝固成分变化规律；

（3）能够熟练应用杠杆定律计算相及相组织对应含量；

（4）了解Fe-C相图。

2．重点、难点

重点：二元匀晶、共晶、包晶相图相关理论。

难点：相图平衡、非平衡凝固成分变化规律。

3. 作业及课外学习要求

习题或大作业； 杠杆定律的计算。

4. 实践形式

给出相图的实际应用。

（五）固体中的扩散   （8+4学时）

扩散定律、扩散的微观机理和热力学理论、影响扩散的因素；反应扩散、扩散的实际应用。

1.基本要求

（1）掌握扩散的特点及机制；

（2）掌握扩散的影响因素，以及与扩散相关的固相反应机理及影响因素。

2.重点、难点

重点：菲克定律与扩散动力学方程。

难点：扩散理论的应用。

3. 作业及课外学习要求

习题或大作业。

4. 实践形式

设计合成粉体材料的固相反应制备工艺流程；根据扩散理论，分析其固相反应机理。

（六）固态相变 （8学时）

相变的分类、热力学和结构相变、相变动力学、分相与旋节分解。

1.基本要求

（1）掌握相变的基本概念、分类和理论；

（2）掌握成核与生长理论、分相与旋节分解的机理。

2.重点、难点

相变类型和理论。

3.作业及课外学习要求

习题或大作业。

（七）材料的表面与界面 (8+4学时)

材料的表面；材料的界面、多晶材料的晶界。

1．基本要求

（1）了解材料表面、界面概念；

（2）掌握表面类型、形成和特点；掌握晶界、相界的类型特征及模型解释；

（3）熟悉多晶材料的晶界特点。

2．重点、难点

重点：表面、晶界、相界的类型及相关理论。

难点：表面双电层理论、表面重构理论、晶界原子排列模型等。

3.作业及课外学习要求

习题或大作业。

4. 实践形式

表面、晶界、相界的具体应用；根据材料的性能要求设计特定的材料界面等。

三、教学安排及方式

总学时56+16学时，其中：讲授 56学时，实践或多种形式16 学时。

注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。

四、本课程对培养学生能力和素质的贡献点

本课程以课堂教学为主，结合实践教学以及作业或小论文等多种形式完成课程教学任务。通过讲授、提问、讨论等教学方法和手段，让学生充分理解和掌握该课程的主要内容、基本原理和分析方法，培养学生初步运用所学的材料科学基础知识分析问题和解决问题的能力，为学生学习后续的专业课程打好理论基础。

五、考核及成绩评定方式

最终成绩由平时作业成绩、平时考核和实践成绩、期中考试成绩和期末考试成绩组合而成。各部分所占比例如下：

平时作业成绩：10%。主要考核对课程知识点的复习、理解和掌握程度。

平时考核和实践成绩：20%。主要考核发现、分析和解决问题的能力，以及语言和文字表达能力。课堂测验或大作业、实践考核形式。

期中考试成绩：30%。主要考核教学大纲要求知识的掌握程度。书面考试形式。题型为：填空题、问答题和计算题等。

期末考试成绩：40%。主要考核教学大纲要求知识的掌握程度。书面考试形式。题型为：填空题、问答题和计算题等。

六、教材及参考书目

教材：《材料科学基础》刘智恩，西北工业大学出版社

参考书目：

1.《材料科学基础》潘金生，仝健民，田民波主编，清华大学出版社

2.《材料物理学概论》，李言荣主编，清华大学出版社

3.《无机材料科学基础教程》，胡志强主编，化学工业出版社

七、说明

（一）与相关课程的分工衔接

先修课程：大学物理、固体物理、物理化学；后续课程：专业选修课。

（二）其他说明

  无。

（执笔人：李智敏 李桂芳 审核人：学院教学委员会）

2017年6月12日