材料科学基础大纲

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1、《材料科学基础》教学大纲一、课程信息开课单位材料科学与工程学院课程编号课程名称材料科学基础英文名称FundamentalsofMaterialsScience课程性质必修课学分4总学时48先修课程大学物理、物理化学开课学期二年级第一学期适应专业材料学二、课程内容（一）本课程的性质、目的本课程是材料科学与工程各专业的一门重要的学科基础理论课程，是该专业学生研究材料及其成型原理的重要理论基础。本课程主要为专业课的学习提供有关材料科学的基础知识，为后继专业课程的学习、同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。该课程的教学目标是使学生充分掌握材料科学的基础理论，深入理解材料的组成、结构

2、、性能和加工的规律及相互联系，能从材料组成-结构-性能-加工工艺相互联系的角度理解、解释材料制备、使用过程中的各种化学、物理现象和性能。（二）基本教学内容第1章材料科学与工程材料与材料科学的重要地位，材料分类，材料性能与内部结构的关系，材料的制备与加工工艺对性能的影响，《材料科学基础》课程的性质、任务和内容以及在材料科学与工程技术中的作用。介绍课程的学习方法，教学、考核的形式，主要参考书目。第2章　材料的原子结构目的要求：了解原子结构及建合类型，掌握物质的组成、原子的结构、电子结构和元素周期表，熟悉一次键（金属键、离子键、共价键）、二次健（范德华力和氢键）的定义、特点。掌握材料中的结合

3、键的类型对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。主要内容：1.原子结构主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数、原子量、原子价和电负性等基本概念，能量最低原理、包利不相容原理等基本原理，原子核外电子排布规律。原子结构、原子排列对材料性能的影响。2.材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。63.原子的堆垛和配位数的基本概念及对材料性能的影响。4.显微组织基本概念和对材料性能的影响。重点难点：结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。第3章　材料的晶态结构目的要求：了解晶体的特点、空间点阵、晶胞、晶系和布拉菲点阵，晶向和晶面的表示方法

4、，晶带和晶带定律、晶面间距，晶体的对称性，极射投影。掌握三种典型的金属晶体结构，致密度和配位数，点阵常数和原子半径，晶体的原子堆垛方式和间隙，多晶型性。主要内容：1.晶体与非晶体、晶体结构、空间点阵、晶格、晶胞、晶格常数、布拉菲点阵、晶面间距等基本概念。2.晶体晶向指数与晶面指数的标定方法；晶带定理；极射投影；晶体的对称性。3.晶体结构及类型，常见晶体结构(bcc、fcc、hcp)及其几何特征、配位数、堆积因子（致密度）、间隙、密排面与密排方向。4.典型离子晶体结构类型：金刚石结构，石墨结构，NaCl型结构、CsCl型结构，ZnS型结构，萤石型结构，金红石型结构，CdI2型结构，钙钛矿

5、型结构，尖晶石型结构，描述晶体结构的三种方法，同质多晶与类质同晶的概念；硅酸盐晶体结构特点及其分类：硅酸盐晶体结构的分类原则；岛状结构，组群状结构，链状结构，层状结构和架状结构的硅酸盐晶体。5.高分子材料的组成和结构的基本特征，高分子材料结晶形态、高分子链在晶体中的构象、高分子材料晶态结构模型、液晶态的结构特征与分类。重点难点：重点14种布拉维点阵；三种典型的金属晶体结构，难点离子晶体结构、高分子材料晶态结构模型、极射投影。第4章点缺陷和扩散目的要求：熟悉点缺陷的概念、形成、平衡浓度，点缺陷的运动。了解菲克第一定律，菲克第二定律，典型条件下扩散方程的解，熟悉扩散的原子理论，了解扩散

6、的机制及其影响因素。主要内容：1.点缺陷的类型，肖脱基空位、弗兰克尔空位、间隙原子和置换原子，间隙固溶体和置换固溶体等基本概念，离子晶体中的点缺陷特点，点缺陷6的平衡浓度、影响因素及其对材料性能的影响。2.扩散概念和柯肯达尔效应，扩散第一定律、扩散第二定律。3.扩散驱动力及扩散机制，反应扩散。4.离子晶体中的扩散、聚合物中的扩散机制。5.扩散系数、扩散激活能，影响扩散的因素及原理：晶体组成的影响，化学键的影响，结构缺陷的影响。温度与杂质的影响等等。重点难点：重点扩散的机制及其影响因素，难点菲克第二定律。第5章　线、面和体缺陷目的要求：掌握晶体缺陷的基本类型、特征及其运动特征；其中掌握

7、位错的定义、基本类型和特征，柏氏矢量的定义、特性和表示方法，位错的运动（滑移、攀移，运动位错的交割），位错的生成和增殖，实际晶体结构中的位错，堆垛层错，不全位错，位错反应。了解晶体缺陷与合金材料的强化原理。了解外表面和表面能，晶界和亚晶界（小角度晶界、大角度晶界结构，晶界能，晶界特性，孪晶界），相界的定义、种类和特点。主要内容：1.位错类型，刃型位错、螺型位错、位错线和滑移线的基本概念，柏格斯回路和柏氏矢量的基本概念及物理意义。2金属晶体中的滑