《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)大綱

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)Fundamental of Material Sciences一、課程基本情況課程類別：專業(yè)主干課課程學(xué)分：4 學(xué)分課程總學(xué)時(shí)：64 學(xué)時(shí)，其中講課： 64 學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)（含上機(jī)）： 0 學(xué)時(shí)，課外 0 學(xué)時(shí)課程性質(zhì)：必修開課學(xué)期：第3學(xué)期先修課程：大學(xué)物理，材料物理，物理化學(xué)適用專業(yè)：材料物理教 材：胡騫祥等，材料科學(xué)基礎(chǔ)，上海交通大學(xué)出版社，2010年。開課單位：物理與光電工程學(xué)院材料物理系二、課程性質(zhì)、教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料物理專業(yè)專業(yè)主干課。本課程將系統(tǒng)、全面地介紹材料基礎(chǔ)理論知識(shí)，諸如材料的結(jié)合鍵、材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)缺陷、材料的相結(jié)構(gòu)與相圖、材料的凝固、材

2、料中的擴(kuò)散，材料的塑性變形與強(qiáng)化、材料的亞穩(wěn)態(tài)、材料的制備及成等。本課程著眼于材料基本問題、從金屬材料的基本理論出發(fā)，將高分子聚合物材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等結(jié)合在一起，使學(xué)生能把握材料的共性，熟悉材料的個(gè)性。通過理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生不僅能掌握基本理論，善于分析和解決問題，探索新知識(shí)的能力。它為該專業(yè)學(xué)生的后續(xù)課程，如材料加工成型、材料熱處理、材料的性能、工程材料學(xué)、材料測(cè)試、材料的近代研究方法、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用等提供基礎(chǔ)。 三、教學(xué)內(nèi)容和要求緒論（1學(xué)時(shí)）第1章 材料的結(jié)構(gòu)（7學(xué)時(shí)）1.1材料的結(jié)合方式（1學(xué)時(shí)）（1）了解原子的鍵合方式； （2）理解工程材料的鍵性； （3）掌握

3、金屬鍵的概念；重點(diǎn)：金屬鍵難點(diǎn)：原子的鍵合方式1.2晶體學(xué)基礎(chǔ)（3.5學(xué)時(shí)）（1）了解晶體、非晶體的區(qū)別； （2）理解晶體點(diǎn)陣的概念； （3）掌握晶向指數(shù)和晶面指數(shù)的計(jì)算；重點(diǎn)：晶向指數(shù)、晶面指數(shù)計(jì)算難點(diǎn)：晶向指數(shù)、晶面指數(shù)計(jì)算1.3材料的晶體結(jié)構(gòu)（2.5學(xué)時(shí)）（1）了解不同共價(jià)晶體、離子晶體的晶體結(jié)構(gòu)； （2）理解合金相的晶體結(jié)構(gòu)； （3）掌握典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)；重點(diǎn)：金屬的晶體結(jié)構(gòu)難點(diǎn)：金屬的晶體結(jié)構(gòu)第2章 晶體缺陷（10學(xué)時(shí)）2.1點(diǎn)缺陷（3學(xué)時(shí)）（1）了解點(diǎn)缺陷對(duì)性能的影響； （2）理解點(diǎn)缺陷類型和形式； （3）掌握點(diǎn)缺陷的概念；重點(diǎn)：點(diǎn)缺陷類型難點(diǎn)：點(diǎn)缺陷類型2.2線缺陷（5學(xué)時(shí)）（

4、1）了解位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和彈性性質(zhì)； （2）理解位錯(cuò)的概念和分類； （3）掌握柏氏矢量；重點(diǎn)：柏氏矢量難點(diǎn)：柏氏矢量、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)2.3面缺陷（2學(xué)時(shí)）（1）了解面缺陷的分類； （2）理解小角度晶界的形成； （3）掌握面缺陷的概念；重點(diǎn)：晶界難點(diǎn)：小角度晶界第3章 純金屬的凝固（6學(xué)時(shí)）3.1純金屬的結(jié)晶過程（1學(xué)時(shí)）（1）了解純金屬的結(jié)晶過程； （2）理解形核長(zhǎng)大的概念； （3）掌握結(jié)晶的概念；重點(diǎn)：結(jié)晶的概念難點(diǎn)：結(jié)晶的概念3.2結(jié)晶的熱力學(xué)條件（2學(xué)時(shí)）（1）了解過冷現(xiàn)象； （2）理解結(jié)晶的熱力學(xué)條件； （3）掌握過冷度的概念；重點(diǎn)：過冷度的概念難點(diǎn)：過冷度的概念3.3形核規(guī)律（2學(xué)時(shí)）（1）了

5、解形核過程； （2）理解均勻形核和非均勻形核； （3）掌握形核條件；重點(diǎn)：形核條件難點(diǎn)：形核條件3.3長(zhǎng)大規(guī)律（1學(xué)時(shí)）（1）了解微觀界面的分類； （2）理解光滑界面和粗糙界面； （3）掌握晶核長(zhǎng)大機(jī)制；重點(diǎn)：晶核長(zhǎng)大難點(diǎn)：晶核長(zhǎng)大機(jī)制第4章 二元相圖（10學(xué)時(shí)數(shù)）4.1相圖的基本知識(shí)（1.5學(xué)時(shí)）（1）了解相圖的概念； （2）理解相圖的幾何規(guī)律； （3）掌握晶相律；重點(diǎn)：相律難點(diǎn)：相圖的幾何規(guī)律4.2二元相圖的基本類型（2學(xué)時(shí)）（1）了解相圖的分類； （2）理解勻晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變； （3）掌握勻相圖的分析；重點(diǎn)：勻晶相圖和共晶相圖的分析難點(diǎn)：包晶相圖的分析4.3二元相圖的分析和使用（1.5學(xué)

6、時(shí)）（1）了解其他相圖； （2）理解相圖的分析方法； （3）掌握相圖分析方法；重點(diǎn)：相圖的分析方法難點(diǎn)：復(fù)雜二元相圖的分析方法4.4鐵碳相圖和鐵碳合金（5學(xué)時(shí)）（1）了解鐵碳合金中的相； （2）理解鐵碳相圖的分析方法； （3）掌握鐵碳相圖的相組成和組織組成的計(jì)算；重點(diǎn)：鐵碳相圖的相組成和組織組成的計(jì)算難點(diǎn)：鐵碳相圖的相組成和組織組成的計(jì)算第5章 三元相圖（8學(xué)時(shí)）5.1三元相圖的成分表示法（2學(xué)時(shí)）（1）了解三元相圖的表示方法； （2）理解濃度三角形的概念； （3）掌握濃度三角形的分析；重點(diǎn)：濃度三角形分析難點(diǎn)：利用濃度三角形確定成分5.2三元系平衡轉(zhuǎn)變的定量法則（2學(xué)時(shí)）（1）了解三元系定量

7、法則； （2）理解直線定律； （3）掌握重心定律；重點(diǎn)：直線定律、重心定律難點(diǎn)：重心定律5.3三元?jiǎng)蚓鄨D（2學(xué)時(shí)）（1）了解三元?jiǎng)蚓鄨D的結(jié)構(gòu)； （2）理解等溫截面圖成分的確定； （3）掌握等溫和變溫截面圖的分析；重點(diǎn)：等溫截面圖的分析難點(diǎn)：等溫截面圖成分的確定5.4三元共晶相圖（2學(xué)時(shí)）（1）了解三元共晶相圖的結(jié)構(gòu)； （2）理解投影圖； （3）掌握等溫和變溫三元共晶相圖的分析；重點(diǎn)：等溫和變溫三元共晶相圖的分析難點(diǎn)：等溫和變溫三元共晶相圖的分析第6章 固體材料的變形和斷裂（6學(xué)時(shí)）6.1彈性變形（0.5學(xué)時(shí)）（1）了解彈性變形概念； （2） 理解普彈性、滯彈性； （3）掌握彈性變形過程；重

8、點(diǎn)：彈性變形難點(diǎn)：彈性變形6.2單晶體的塑性變形（1.5學(xué)時(shí)）（1）了解塑性變形的種類； （2）理解滑移和孿生的機(jī)制； （3）掌握滑移的概念；重點(diǎn)：滑移難點(diǎn)：孿生的機(jī)制6.3多晶體的塑性變形（1學(xué)時(shí)）（1）了解多晶體變形的特點(diǎn)； （2）理解多晶體變形的過程； （3）掌握晶粒大小對(duì)塑性變形的影響；重點(diǎn)：晶粒大小對(duì)塑性變形的影響難點(diǎn)：細(xì)晶強(qiáng)化的機(jī)制6.4顯微組織與性能的變化（1學(xué)時(shí)）（1）了解顯微組織的變化； （2）理解組織變化對(duì)性能的影響； （3）掌握形變織構(gòu)；重點(diǎn)：顯微組織變化、性能變化難點(diǎn)：性能變化6.5金屬及合金強(qiáng)化的位錯(cuò)解釋（2學(xué)時(shí)）（1）了解柯氏氣團(tuán)的概念； （2）理解柯氏氣團(tuán)的形成；

9、 （3）掌握位錯(cuò)強(qiáng)化機(jī)制；重點(diǎn)：位錯(cuò)強(qiáng)化機(jī)制難點(diǎn)：位錯(cuò)強(qiáng)化機(jī)制第7章 再結(jié)晶與回復(fù)（7學(xué)時(shí)）7.1形變金屬退火中變化（1學(xué)時(shí)）（1）了解形變金屬退火中組織變化； （2） 理解退火中畸變能的變化； （3）掌握彈退火中性能的變化；重點(diǎn)：退火中性能的變化難點(diǎn)：退火中畸變能的變化7.2回復(fù)（2學(xué)時(shí)）（1）了解回復(fù)的過程； （2）理解回復(fù)的機(jī)理； （3）掌握回復(fù)時(shí)性能變化；重點(diǎn)：回復(fù)時(shí)性能的變化難點(diǎn)：回復(fù)的機(jī)制7.3再結(jié)晶（2學(xué)時(shí)）（1）了解再結(jié)晶的過程； （2）理解再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)； （3）掌握再結(jié)晶對(duì)晶粒大小的影響；重點(diǎn)：再結(jié)晶對(duì)晶粒大小的影響難點(diǎn)：再結(jié)晶的機(jī)制7.4晶粒長(zhǎng)大（2學(xué)時(shí)）（1）了解晶粒長(zhǎng)大

10、過程； （2）理解晶粒長(zhǎng)大影響因素； （3）掌握晶粒長(zhǎng)大概念；重點(diǎn)：晶粒長(zhǎng)大影響因素難點(diǎn)：晶粒長(zhǎng)大的機(jī)理第8章 擴(kuò)散（6學(xué)時(shí)）8.1擴(kuò)散定律（1學(xué)時(shí)）（1）了解擴(kuò)散第一、第二定律； （2） 理解擴(kuò)散方程的應(yīng)用； （3）掌握上坡擴(kuò)散的概念；重點(diǎn)：擴(kuò)散第一、第二定律難點(diǎn)：上坡擴(kuò)散8.2擴(kuò)散機(jī)制（2學(xué)時(shí)）（1）了解擴(kuò)散的幾種機(jī)制； （2）理解間隙擴(kuò)散和置換擴(kuò)散； （3）掌握擴(kuò)散的機(jī)理；重點(diǎn)：擴(kuò)散的機(jī)理難點(diǎn)：擴(kuò)散的機(jī)理8.3影響擴(kuò)散的因素（2學(xué)時(shí)）（1）了解多影響擴(kuò)散的因素； （2）理解影響擴(kuò)散的機(jī)理； （3）掌握合金元素對(duì)擴(kuò)散的影響；重點(diǎn)：影響擴(kuò)散的因素難點(diǎn)：金元素對(duì)擴(kuò)散的影響第9章 固態(tài)相變（7學(xué)

11、時(shí)）9.1固態(tài)相變總論（1學(xué)時(shí)）（1）了解形固態(tài)相變種類； （2） 理解固態(tài)相變特征； （3）掌握彈固態(tài)相變的概念；重點(diǎn)：固態(tài)相變的形核與長(zhǎng)大難點(diǎn)：相變動(dòng)力學(xué)9.2擴(kuò)散型相變（2學(xué)時(shí)）（1）了解擴(kuò)散型相變分類； （2）理解調(diào)幅分解的概念； （3）掌握共析轉(zhuǎn)變機(jī)理；重點(diǎn)：共析轉(zhuǎn)變難點(diǎn)：共析轉(zhuǎn)變機(jī)理9.3無擴(kuò)散相變（2學(xué)時(shí)）（1）了解無擴(kuò)散相變的過程； （2）理解馬氏體相變機(jī)理； （3）掌握無擴(kuò)散相變類型；重點(diǎn)：馬氏體相變難點(diǎn)：馬氏體相變9.4貝氏體相變（2學(xué)時(shí)）（1）了解貝氏體形變過程； （2）理解貝氏體相變機(jī)理； （3）掌握貝氏體鋼性能應(yīng)用；重點(diǎn)：貝氏體組織形態(tài)對(duì)性能影響難點(diǎn)：貝氏體轉(zhuǎn)變機(jī)理9.5鋼的熱處理原理（2學(xué)時(shí)）（1）了解鋼的熱處理原理； （2）理解鋼在不同熱處理時(shí)的相變； （3）掌握鋼加熱、冷卻和回火時(shí)的轉(zhuǎn)變；重點(diǎn)：鋼加熱、冷卻和回火時(shí)的轉(zhuǎn)變難點(diǎn)：不同熱處理時(shí)的相變四、課程考核（1