材料科学学与工程基础教学大纲

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1、《材料科学学与工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：《材料科学与工程基础》（FundationsofMaterialsScienceandEngineering）课程号（代码）：30004030课程类别：专业基础课学时：48学分：3二、教学目的及要求材料科学是六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程专业的学生必须具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。本课程详细阐述高分子材料、金属材料、无机非金属材

2、料、复合材料等。从材料科学与工程的角度出发，说明各种材料的共性规律及个性特征。使学生从原理上认识高分子材料的基本属性，及其在材料领域中的地位和作用。三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并红字方式注明重点难点）第一章绪论（1学时）简要介绍材料的定义及分类，材料科学与工程的基本内容。使学生对本课程的学习内容和学习方法建立整体概念。要点：材料的定义、分类材料科学与工程的定义、性质、重要性（举例）课程学习的目的、方法、要求第二章物质结构基础（15学时）按照从微观到宏观、从内容到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序，阐述原子结构、原子间相互作用和结合方式，与固体内部和表面原子的空间排

3、列状态、聚集态结构及变化规律之间的相互关系。使学生对材料组成（成分）与物质结构的内在联系有较系统、深刻的理解。1、原子结构及原子之间相互作用、结合及排列（3学时）要点：物质与材料的区别四个量子数的物理意义原子中电子壳层数目、电子填充方式和原则、表达方式电子能级及电子的稳定性原子间相互作用的内在因素和结合类型与性质原子的间距和半径，空间排列状态及配位数键性与键能2、多原子体系中电子的相互作用与稳定性（2学时）要点：原子杂化轨道的类型及空间图形分子轨道的意义、类型及空间图形能带、能隙、带宽等基本概念、导体、绝缘体、导体的能带特点费米能级的基本概念、费米分布的特点和分布函数3、固体中的原子有

4、序（3学时）要点：对称图形和对称操作点阵的意义和特点晶胞的表示和定位、晶系和空间点阵型式晶向、晶面的表示及其指数的计算晶面间距及测定、公式（2-45、2-48）晶体结构与键合性质的关系面心立方、体心立方、密排六方晶体的主要参数和计算方法（点阵常数、晶胞中原子数、致密度、密度、原子间距、配位数；间隙类型、数量和大小）离子晶体的配位数和晶格类型4、固体中的原子无序（3学时）要点：固溶体的概念、分类及典型结构特点点缺陷的主要类型，金属晶体中的空位计算棱位错和螺旋位错的特征和区别、位错线与柏格斯矢量非晶体的结构模型、分布函数及其图形体积扩散机制、扩散激活能和FICK第一定律、公式（2-80、2

5、-81）5、固体中的转变（2学时）要点：四种转变类型及特点一级相变和二级相变的数学表达式及物理意义相律和相图，公式（2-90）二元相图（匀晶、共晶）：特征点、线、区域的意义杠杆法则及计算公式（2-94）6、固体物质的表面结构（1学时）要点：表面张力和表面能的概念表面结构特点与成因表面能与表面特性的关系润湿过程的种类及公式（2-107、2-108、2-109、2-115）粘附公式（2-121）7、小结（1学时）归纳、讨论第二章基本概念和作业中的问题第一章材料的组成及结构（8学时）从材料的组成（成分）入手，详细阐述高分子材料、金属材料、无机非金属材料，及其多相多组分复合材料的聚集态结构和宏

6、观组织结构特点。详细阐述由特性不同的各类材料相互复合而成的纳米级、微米级、粒子填充、纤维增强等复合材料的微观和宏观结构以及界面结构，使学生较系统地掌握不同类型材料从微观到宏观的结构变化特点。1、金属材料的组成与结构（2学时）要点：金属原子的电子结构与其晶体结构特点的关系(应用2-5-1中的公式计算不同金属晶体的有关参量)金属合金的三种结构类型的特点铁碳合金相图中点、线、区域的物理意义、微相结构特点及随温度和C含量的变化规律铜的组成和结构特点非晶态合金的三T图金属再结晶的物理意义及T、t、l的影响2、无机非金属材料的组成与结构（3学时）要点：组成和结合键性质简单晶体的结构类型：AX,Am

7、Xp,AmBnXp密度计算几种典型晶体：单晶硅、NaCl,CsCl,ZnS,钙钛矿、尖晶石硅酸盐的五种晶体结构、桥氧原子和非桥氧原子玻璃的组成、特性及结构参数凝胶与陶瓷的组成与结构特点碳黑、石墨、金刚石、C60、碳纳米管的结构与性能特点3、高分子材料的组成与结构（2学时）要点：（侧重与金属和无机非金属材料对照）高分子材料结构的多层次性概貌大分子链的组成和结构特点大分子链的内旋转、柔性和构象大分子链间的相互作用与聚集态结构模型结晶构象与晶体结构特