“材料性能學(xué)”課程教學(xué)大綱

“材料性能學(xué)”課程教學(xué)大綱-PAGE3-“材料性能學(xué)”課程教學(xué)大綱武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝課程英文名稱：AnIntroductiontoMaterialsProperties適用專業(yè)：材料科學(xué)與技術(shù)試驗班，材料物理等本科專業(yè)學(xué)生課程性質(zhì)：指定選修總學(xué)時（學(xué)分）：54學(xué)時（3學(xué)分）；授課方式：課堂授課（為主）；實驗（電鏡斷口觀察）、課堂討論（每一位學(xué)生選擇一個專題，寫一篇綜述論文，并且在課堂上講解和討論，與作業(yè)一起作為平時成績，平時成績占總成績的50％。）使用教材：《材料性能學(xué)》王從曾主編，劉會亭主審，北京工業(yè)大學(xué)出版社，2001年。參考書目《工程材料力學(xué)性能》劉瑞堂、劉文博、劉錦云編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001年?！恫牧衔锢硇阅堋诽锷P編著，北京航空航天大學(xué)出版社，2001年?！恫牧衔锢韺?dǎo)論》熊兆賢編著，科學(xué)出版社，2001年。課程主要內(nèi)容簡介：《材料性能學(xué)》是一門專業(yè)指定選修課。該課程涉及知識面寬，信息量大，基礎(chǔ)性強。主要講授材料各種性能的基本概念、物理(化學(xué))本質(zhì)、影響材料性能的因素及性能指標的測試原理與工程應(yīng)用等。材料性能涉及到材料科學(xué)和工程兩部分內(nèi)容。性能的物理本質(zhì)部分告訴我們“為什么”，工藝一結(jié)構(gòu)、性能及其測試分析技術(shù)告訴我們“如何做”，其載體和橋梁就是具體的材料。學(xué)習過程中把這兩部分有機地結(jié)合起來，有利于學(xué)生掌握材料各種性能研究領(lǐng)域的整體，促進積極思維和創(chuàng)造精神。主要內(nèi)容包括：１）材料的力學(xué)性能：材料在靜載條件下的力學(xué)性能、沖擊韌性、斷裂韌性、疲勞性能、磨損性能，以及高溫力學(xué)性能等；２）材料的物理性能：材料的熱學(xué)性能、磁學(xué)性能、電學(xué)性能、光學(xué)性能、壓電及鐵電性能等；３）材料的腐蝕及老化性能等。教學(xué)目的與要求：本課程是“材料科學(xué)與工程”一級學(xué)科的專業(yè)課程之一。目的在于使學(xué)生了解材料常見力學(xué)性能和物理性能的本質(zhì)及其變化規(guī)律；初步熟悉有關(guān)力學(xué)性能和物理性能的測試方法和在材料科學(xué)研究中的運用；掌握材料韌性、脆性、疲勞性能、熱性、電性、磁性、彈性、內(nèi)耗等的本質(zhì)、基本變化規(guī)律、以及與組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系；掌握測試的基本原理和分析方法；了解在材料研究及實際工業(yè)生產(chǎn)中的運用。教學(xué)內(nèi)容：緒言“材料性能學(xué)”課程的學(xué)習意義、學(xué)習任務(wù)、學(xué)習方法、主要內(nèi)容等。材料單向靜拉伸的力學(xué)性能1應(yīng)力－應(yīng)變曲線2拉伸性能指標。材料的強度：屈服強度、抗拉強度；材料的塑性：延伸率、短面收縮等。3彈性變形。彈性的本質(zhì)：雙原子模型、Hooke定律；彈性模量；影響彈性模量的因素；4非理想彈性與內(nèi)耗。理想彈性材料；滯彈性材料；內(nèi)耗的定義；內(nèi)耗的產(chǎn)生機理：點陣中原子有序排列引起的內(nèi)耗、晶界內(nèi)耗、與位錯有關(guān)的內(nèi)耗等；內(nèi)耗的測量；內(nèi)耗的應(yīng)用5塑性變形。塑性變形機理：金屬材料的塑性變形（滑移、孿生）、多晶體材料的塑性變形的特點、陶瓷材料的塑性變形、高分子材料的塑性變形；屈服現(xiàn)象及其本質(zhì)：物理屈服現(xiàn)象、屈服現(xiàn)象的本質(zhì)、影響屈服強度的因素；應(yīng)變硬化（學(xué)生自學(xué)）；超塑性；6材料斷裂與斷口分析（多媒體講座和電鏡實驗觀察）。斷裂分析的意義；斷裂的分類；斷口分析法；韌性（延性）斷裂：定義、特點、典型材料、韌性斷裂的宏觀特征、韌性斷口的微觀特征；脆性（包括：解理和沿晶）斷裂：定義、特點、主要材料、脆性斷裂的宏觀特征、解理斷裂的微觀特征、沿晶斷裂的微觀特征、疲勞斷裂、焊接斷口。材料在其它靜載荷下的力學(xué)性能1應(yīng)力狀態(tài)軟性系數(shù)。2扭轉(zhuǎn)的力學(xué)性能。3彎曲的力學(xué)性能。4壓縮的力學(xué)性能。5缺口試樣的力學(xué)性能。缺口處的應(yīng)力分布及三向應(yīng)力；缺口形式；缺口敏感度；影響因素；6硬度。布氏硬度：測量原理、特點；洛氏硬度：測量原理、特點；維氏硬度：測量原理、特點；材料的沖擊韌性及低溫脆性1沖擊試樣與沖擊韌性。沖擊實驗的種類；沖擊載荷的特點；一次沖擊試驗原理；沖擊韌性Ak的意義；沖擊試樣的斷裂過程；沖擊試驗的應(yīng)用；2低溫脆性。低溫脆性的評價：能量原則、斷口形貌原則、斷口變形特征原則；影響低溫脆性的因素材料的斷裂韌性基礎(chǔ)1Griffith斷裂理論。完整晶體的理論斷裂強度；Griffith斷裂理論；Orowan的修正；2裂紋擴展的能量判據(jù)。3裂紋頂端的應(yīng)力場。三種斷裂類型；I型裂紋頂端的應(yīng)力場；應(yīng)力強度因子KI；4裂紋頂端的塑性區(qū)。5應(yīng)力強度因子的塑性區(qū)修正。6影響斷裂韌性的因素。內(nèi)部因素；外部因素；7斷裂韌性的工程應(yīng)用。固體電子理論簡介1電子的波動性。2原子結(jié)構(gòu)。原子結(jié)構(gòu)模型，量子力學(xué)的基本原理，原子中的電子結(jié)構(gòu)，分子和金屬鍵。3金屬電子論。經(jīng)典自由電子理論，量子自由電子論，能帶理論。材料的電學(xué)性能1電子類載流子導(dǎo)電。金屬的導(dǎo)電機制：經(jīng)典理論、能帶理論；影響材料導(dǎo)電性的因素：溫度、應(yīng)力、范性變形、熱處理的影響。2離子類載流子導(dǎo)電。定義；理論；離子導(dǎo)電與擴散；離子導(dǎo)電的影響因素。3電阻的測量。4與電性有關(guān)的材料。5電阻分析的應(yīng)用。研究合金的時效，合金的有序-無序轉(zhuǎn)變，測量固溶體溶解度曲線等；材料的熱學(xué)性能1熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ)。2熱容?；靖拍?；經(jīng)典熱容理論：杜隆－珀替定律、柯普定律；固體熱容的量子理論：愛因思坦模型、德拜模型；自由電子對熱容的貢獻。3合金的熱容。4陶瓷材料的熱容。5相變對熱容的影響。6熱分析。差熱分析（DTA）；示差掃描量熱法（DSC）。3熱容的應(yīng)用。材料的膨脹分析1熱膨脹的物理本質(zhì)。2雙原子模型。3膨脹系數(shù)4異常膨脹。相變因素；原子系數(shù)因素；熔點因素。5熱膨脹的影響因素。合金成分和相變，晶體結(jié)構(gòu)，晶體的各向異性，鐵磁性。6膨脹的測量。光學(xué)膨脹儀，電磁膨脹儀。7膨脹分析的應(yīng)用。材料的磁學(xué)性質(zhì)1磁介質(zhì)及其分類2磁性的物理本質(zhì)。電子軌道磁矩；電子自旋磁矩；原子核磁矩；原子總磁矩。3表征磁性的物理量。磁化與外場的關(guān)系；總磁場與外場的關(guān)系。4磁性的分類?？勾朋w；順磁體；鐵磁體。5抗磁性與順磁性。正離子的抗磁性；正離子的順磁性；自由電子的順磁性；自由電子的抗磁性；順磁性和抗磁性在材料研究中的應(yīng)用。6鐵磁性。磁化曲線；磁滯回線；鐵磁性理論：自發(fā)磁化理論、磁疇理論、技術(shù)磁化理論。7鐵磁性的測量。8鐵磁性分析的應(yīng)用。材料的介電性能1介質(zhì)極化與介電性能。平板電容器與電介質(zhì)；極化參數(shù)。2介電質(zhì)的極化形式和機制。位移極化；松弛極化；轉(zhuǎn)向極化；空間電荷極化；自發(fā)極化。3電介質(zhì)的介質(zhì)損耗。介質(zhì)的損耗形式：電導(dǎo)損耗、極化損耗、電離損耗、結(jié)構(gòu)損耗、宏觀結(jié)構(gòu)不均勻的介質(zhì)損耗；影響介電損耗的因素：頻率的影響；溫度的影響。4介電質(zhì)的壓電性能。壓電效應(yīng)的基本原理；壓電性能的主要參數(shù)：介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、彈性系數(shù)、壓電常數(shù)、機械品質(zhì)因數(shù)、機電偶合系數(shù)；壓電材料的應(yīng)用。5電介質(zhì)的熱釋電性（Pyroelecrticity）。定義；熱釋電現(xiàn)象；熱釋電的產(chǎn)生條件；熱釋電性的表征；熱釋電材料；熱釋電性額應(yīng)用。6電介質(zhì)的鐵電性。鐵電性的定義；電滯回線；居里溫度；臨界現(xiàn)象；鐵電疇；鐵電體的電致伸縮效應(yīng)；鐵電體的起源；7鐵電性、壓電性