《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱

《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)大綱課程編號：030303Z1課程名稱：無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)英文名稱：FundamentalsofInorganicMaterialsScience學(xué)分：5總學(xué)時：80課內(nèi)實(shí)驗(yàn)時數(shù)：6課外實(shí)驗(yàn)學(xué)時：4周（80學(xué)時）先修課程要求：大學(xué)數(shù)學(xué)，無機(jī)化學(xué)，物理化學(xué)，材料學(xué)概論，結(jié)晶學(xué)與巖相學(xué)適應(yīng)專業(yè)：無機(jī)非金屬材料工程（四年制本科）參考教材：1．宋曉嵐、黃學(xué)輝主編．無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20062．胡志強(qiáng)主編．無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)教程．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20043．陸佩文主編．無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)（硅酸鹽物理化學(xué)）．武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，19964．周亞棟主編．無機(jī)材料物理化學(xué)．武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，19945．浙江大學(xué)、武漢工業(yè)大學(xué)等合編.硅酸鹽物理化學(xué)．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1980課程簡介：《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》是從無機(jī)材料領(lǐng)域內(nèi)的各種材料制品的工藝技術(shù)實(shí)踐中總結(jié)出來的共性規(guī)律而形成的一門課程，是材料科學(xué)的重要基礎(chǔ)理論。該課程把基礎(chǔ)科學(xué)理論，特別是物理化學(xué)、結(jié)晶化學(xué)中的基本理論，具體應(yīng)用到無機(jī)材料的制備工藝和性能研究中，用理論來闡明無機(jī)材料形成過程的本質(zhì)，闡述如何應(yīng)用基礎(chǔ)理論來解決生產(chǎn)實(shí)際問題，為生產(chǎn)、研究和開發(fā)新材料提供理論依據(jù)。本課程的內(nèi)容包括無機(jī)材料引論、晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)缺陷、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、固體表面與界面、相平衡與相圖、固體擴(kuò)散、固相反應(yīng)、相變過程、燒結(jié)過程和無機(jī)材料環(huán)境效應(yīng)等11個方面的內(nèi)容。一、課程在培養(yǎng)方案中的地位、目的和任務(wù)《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程是無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的主干課程和必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》是從無機(jī)材料領(lǐng)域內(nèi)的各種材料制品的工藝技術(shù)實(shí)踐中總結(jié)出來的共性規(guī)律而形成的一門課程，是材料科學(xué)的重要基礎(chǔ)理論。該課程的前身是《無機(jī)材料物理化學(xué)》，其研究領(lǐng)域局限于傳統(tǒng)無機(jī)材料材料和制品。隨著各種現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，已在傳統(tǒng)無機(jī)材料材料基礎(chǔ)上開發(fā)出具有特殊性能的高溫材料、高強(qiáng)材料、電子材料、光學(xué)材料以及激光、鐵電、壓電等材料，所涉及的化合物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出無機(jī)材料的范疇，而是整個無機(jī)非金屬，因此改名為《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》。該課程把基礎(chǔ)科學(xué)理論，特別是物理化學(xué)、結(jié)晶化學(xué)中的基本理論，具體應(yīng)用到無機(jī)材料的制備工藝和性能研究中，用理論來闡明無機(jī)材料形成過程的本質(zhì)，闡述如何應(yīng)用基礎(chǔ)理論來解決生產(chǎn)實(shí)際問題，為生產(chǎn)、研究和開發(fā)新材料提供理論依據(jù)。因此，《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》是一門新興的、正在不斷發(fā)展的應(yīng)用型學(xué)科，是材料科學(xué)的一個重要分支，已成為無機(jī)非金屬材料科學(xué)與工程及其相關(guān)專業(yè)必修的、介于基礎(chǔ)科學(xué)和專業(yè)技術(shù)之間的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解無機(jī)材料組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；了解相平衡的有關(guān)知識和溫度、壓力、濃度等外界條件對相平衡的影響，掌握分析相圖的基本方法和步驟，了解無機(jī)材料專業(yè)相圖以及在生產(chǎn)中的應(yīng)用；掌握無機(jī)材料生產(chǎn)制備過程中物理化學(xué)變化過程的速度、機(jī)理以及影響因素。使學(xué)生能用理論來闡明無機(jī)材料形成過程的本質(zhì)，掌握應(yīng)用理論來解決生產(chǎn)實(shí)際問題方法，從而為今后從事無機(jī)材料生產(chǎn)和新材料研究、開發(fā)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過本課程實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解，掌握無機(jī)材料性能測定的基本原理和基本方法，著重培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問題和獨(dú)立思考的能力，并使學(xué)生科學(xué)研究能力得到一定的訓(xùn)練。二、課程的基本要求學(xué)習(xí)時應(yīng)注意明確基本概念，弄清基本原理，掌握基本規(guī)律。對問題提出的根據(jù)和結(jié)論應(yīng)用的條件要十分清晰。勤于思考，善于總結(jié)。并在此基礎(chǔ)上，理論聯(lián)系實(shí)際，把理論知識和分析生產(chǎn)實(shí)際中的問題結(jié)合起來，加深基本理論的理解和應(yīng)用。在學(xué)習(xí)本課程時有必要復(fù)習(xí)已學(xué)過的無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和結(jié)晶學(xué)的有關(guān)知識，并開始閱讀相關(guān)專業(yè)書籍，以更好地理解和掌握本課程內(nèi)容。三、課程的基本內(nèi)容以及重點(diǎn)難點(diǎn)《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程著重于闡明無機(jī)材料材料組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)三者之間的相互關(guān)系及其在生產(chǎn)制備過程中物理化學(xué)變化的基本規(guī)律，所包含的內(nèi)容組成了一個以固體的”結(jié)構(gòu)”、“反應(yīng)”、“物性”及“材料”為頂點(diǎn)的四面體，是一門具有立體性質(zhì)的課程。本課程的主要教學(xué)內(nèi)容包括：（1）物質(zhì)聚集狀態(tài)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)——應(yīng)用有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本理論，介紹無機(jī)材料不同聚集狀態(tài)（如：晶體、非晶體、熔體、粉體、膠體、固體表面等）的微觀結(jié)構(gòu)以及用結(jié)構(gòu)的規(guī)律性來分析化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，重點(diǎn)介紹無機(jī)材料組成、結(jié)構(gòu)與性能三者之間的關(guān)系。難點(diǎn)：典型無機(jī)晶體結(jié)構(gòu)、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)、硅酸鹽熔體與玻璃體的結(jié)構(gòu)與性能、粘土－水系統(tǒng)性能；（2）凝聚多相系統(tǒng)相平衡——從相平衡的觀點(diǎn)，介紹凝聚單元系統(tǒng)到三元系統(tǒng)相圖的基本知識、基本類型和有關(guān)實(shí)際相圖，重點(diǎn)介紹凝聚三元系統(tǒng)相圖的規(guī)律性及其在無機(jī)材料研究和生產(chǎn)等方面的應(yīng)用。難點(diǎn)：三元系統(tǒng)相圖的分析及應(yīng)用；（3）過程動力學(xué)——介紹無機(jī)材料研究和制備中物理化學(xué)變化過程（擴(kuò)散、固相反應(yīng)、相變、燒結(jié)）的機(jī)理、過程動力學(xué)以及影響因素。難點(diǎn)：過程動力學(xué)方程的推導(dǎo)；（4）無機(jī)材料的環(huán)境效應(yīng)——從環(huán)境對無機(jī)材料的影響及無機(jī)材料對環(huán)境的影響兩個方面著手，介紹無機(jī)材料生產(chǎn)和使用過程中與環(huán)境之間的相互關(guān)系和相互作用。難點(diǎn)：無機(jī)材料疲勞裂紋擴(kuò)展的力學(xué)行為與特征及材料的高溫蠕變特征。四、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)要求1．晶體結(jié)構(gòu)認(rèn)識（1）了解影響離子晶體結(jié)構(gòu)的基本因素，掌握離子堆積原理和基本規(guī)律；（2）認(rèn)識一些典型無機(jī)化合物結(jié)構(gòu)；（3）掌握硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)分類特點(diǎn)及典型硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)。2．粘土陽離子交換容量測定（1）了解膠體系統(tǒng)離子交換的概念、應(yīng)用及表征方法；（2）了解測定粘土陽離子交換容量的意義，掌握其測定的方法。3．固相反應(yīng)（1）掌握TG法的原理，熟悉采用TG法研究固相反應(yīng)的方法；（2）通過Na2CO3-SiO2系統(tǒng)的反應(yīng)驗(yàn)證固相反應(yīng)的動力學(xué)規(guī)律——楊德方程；（3）通過作圖計(jì)算出反應(yīng)的速度常數(shù)和反應(yīng)的表觀活化能。五、課外實(shí)驗(yàn)要求1．無機(jī)材料綜合實(shí)驗(yàn)，2周（40學(xué)時），具體要求詳見《無機(jī)材料綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱；2．無機(jī)材料專題實(shí)驗(yàn)，2周（40學(xué)時），具體要求詳見《無機(jī)材料綜合實(shí)驗(yàn)》教學(xué)大綱。六、課程學(xué)時分配章節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時備注第1章1.11.21.3無機(jī)材料概論無機(jī)材料的分類、特點(diǎn)、選用原則、作用與地位無機(jī)材料組成、結(jié)構(gòu)、性能、工藝及其與環(huán)境的關(guān)系無機(jī)材料的研究與發(fā)展2第2章2.12.22.3晶體結(jié)構(gòu)晶體化學(xué)基本原理無機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)102實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：晶體結(jié)構(gòu)認(rèn)識第3章3.13.23.33.43.5晶體結(jié)構(gòu)缺陷點(diǎn)缺陷固溶體非化學(xué)計(jì)量化合物線缺陷（位錯）面缺陷（晶界）8第4章4.14.24.34.44.5非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)硅酸鹽熔體的結(jié)構(gòu)硅酸鹽熔體的性質(zhì)玻璃的形成玻璃的結(jié)構(gòu)典型玻璃類型8第5章5.15.25.3固體表面與界面固體表面及其結(jié)構(gòu)界面行為粘土－水系統(tǒng)102實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：粘土陽離子交換容量測定第6章6.16.26.36.4相平衡與相圖相律及相平衡研究方法單元系統(tǒng)二元系統(tǒng)三元系統(tǒng)16第7章7.17.27.37.4固體中的擴(kuò)散擴(kuò)散動力學(xué)方程——菲克定律及其應(yīng)用固體擴(kuò)散機(jī)制與擴(kuò)散系數(shù)多元擴(kuò)散系數(shù)影響擴(kuò)散系數(shù)的因素4第8章8.18.28.38.4固相反應(yīng)固相反應(yīng)分類與特征固相反應(yīng)過程及機(jī)理固相反應(yīng)動力學(xué)影響固相反應(yīng)的因素22實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：固相反應(yīng)第9章9.19.29.3相變過程相變的分類與條件液－固相變液－液相變4第10章10.110.210.310.410.5燒結(jié)過程燒結(jié)理論及分類燒結(jié)過程及機(jī)理固相燒結(jié)動力學(xué)再結(jié)晶和晶粒長大影響燒結(jié)的因素6第11章11.111.211.3無機(jī)材料的環(huán)境效應(yīng)無機(jī)材料的腐蝕無機(jī)材料的疲勞無機(jī)材料的再生與利用4合計(jì)746七、考核方式通過平時考核（權(quán)重20%）