《復合材料》教學大綱

《復合材料》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：03155101課程性質(zhì)：專業(yè)選修課學分：2學分學時：32學時（理論32學時）先修課程：物理化學、材料科學基礎A、工程材料學A、材料制備與加工A等后續(xù)課程：畢業(yè)實習、畢業(yè)設計等適用專業(yè)：材料科學與工程開課單位：材料科學與工程學院一、課程說明《復合材料》是材料科學與工程專業(yè)學生的一門專業(yè)選修課。本課程是為材料科學與工程專業(yè)學生進一步拓寬專業(yè)知識而開設的課程。本課程首先介紹復合材料的基礎部分：概述、增強體、基體、界面和復合理論，然后介紹應用最廣的聚合物基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、水泥基復合材料、碳/碳復合材料和混雜纖維復合材料。每一部分內(nèi)容均先從概念入手，再著重介紹其制備原理、材料性能及其應用。課程內(nèi)容深度適中，講解繁簡結(jié)合，通俗易懂，并及時反映當前復合材料最新研究成果，包括復合材料的新概念、新知識、新理論、新技術和新工藝等。通過本課程的學習能使學生全面了解復合材料的類型、種類及性能特點，掌握復合理論、界面理論和表征方法；熟悉各類復合材料的性能，掌握復合材料的制備及加工工藝，掌握界面特征和結(jié)構(gòu)設計；同時具有初步的復合材料設計能力，為學生今后在復合材料領域的深造和專門研究奠定較堅實的基礎。本課程注重理論知識和生產(chǎn)實踐的結(jié)合，培養(yǎng)學生嚴謹細致的工作習慣、精益求精的科學精神，具備較強的職業(yè)素養(yǎng)。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握復合材料學科的基本概念、原理、規(guī)律、特點以及應用情況；熟悉復合材料專業(yè)相關的材料設計、制備、改性、性能檢測分析和產(chǎn)品質(zhì)量控制的基礎理論和專業(yè)知識；了解復合材料領域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。課程目標2：具備復合材料的設計和制備、性能提升優(yōu)化和檢測分析等方面的基本能力；具有在復合材料相關領域從事生產(chǎn)、技術研發(fā)、工藝設計等工作的初步能力。課程目標3：具有良好的復合材料設計、制備、改性、性能檢測與分析等方面的專業(yè)素質(zhì)；具有良好的社會公德和職業(yè)道德、較強的社會責任感和團隊合作精神；樹立正確的是非觀念和勞動意識；具有堅定正確的政治方向、科學的世界觀、人生觀和價值觀。三、課程目標與畢業(yè)要求《復合材料》課程教學目標對材料科學與工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識1.1能正確使用技術語言表達材料專業(yè)相關復雜工程問題。1.3掌握相關自然科學知識、工程基礎知識和思維方法，并能將其應用于解決材料專業(yè)相關復雜工程問題。課程目標1：掌握復合材料學科的基本概念、原理、規(guī)律、特點以及應用情況；熟悉復合材料專業(yè)相關的材料設計、制備、改性、性能檢測分析和產(chǎn)品質(zhì)量控制的基礎理論和專業(yè)知識；了解復合材料領域的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。H2.問題分析2.1能夠應用工程科學的基本原理，識別和判斷材料專業(yè)相關復雜工程問題的關鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。2.2能夠應用數(shù)學、自然科學基本原理，對材料專業(yè)相關復雜工程問題進行表述。課程目標2：具備復合材料的設計和制備、性能提升優(yōu)化和檢測分析等方面的基本能力；具有在復合材料相關領域從事生產(chǎn)、技術研發(fā)、工藝設計等工作的初步能力。H6.工程與社會6.1熟悉材料科學與工程領域相關的技術標準、知識產(chǎn)權、產(chǎn)業(yè)政策和法律法規(guī)，了解企業(yè)文化方面的知識。6.2能分析和評價解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，以及這些制約因素對方案實施的影響，并理解應承擔的責任。課程目標3：具有良好的復合材料設計、制備、改性、性能檢測與分析等方面的專業(yè)素質(zhì)；具有良好的社會公德和職業(yè)道德、較強的社會責任感和團隊合作精神；樹立正確的是非觀念和勞動意識；具有堅定正確的政治方向、科學的世界觀、人生觀和價值觀。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯(lián)度。四、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配理論部分理論部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容教學要求，教學重點難點理論學時對應的課程目標1.復合材料概述1.1復合材料的發(fā)展概況、復合材料的命名和分類；1.2復合材料的基本性能；1.3復合材料結(jié)構(gòu)設計基礎。教學要求：了解復合材料的發(fā)展概論，復合材料的基本性能，復合材料的應用現(xiàn)狀；理解與掌握復合材料的定義與分類。重點：復合材料產(chǎn)生的歷史背景，復合材料的分類及其應用。難點:復合材料的基本性能。21、22.復合材料的基體材料2.1金屬材料；2.2無機膠凝材料；2.3陶瓷材料；2.4聚合物材料。教學要求：了解功能用復合材料的基體；理解金屬基復合材料的組成特點，基體金屬與增強體的相容性；掌握基體的選擇原則，金屬基復合材料的使用要求，常用結(jié)構(gòu)復合材料的基體，常用陶瓷材料（玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷與非氧化物陶瓷）的性能特點，聚合物材料基體的種類、組分與作用。重點：基體材料的選擇原則，常用聚合物、金屬和陶瓷基體材料的性能。難點:基體材料的選擇原則，復合材料基體的作用。21、23.復合材料的增強材料3.1玻璃纖維及其制品；3.2碳纖維；3.3芳綸纖維（有機纖維）；3.4其他纖維。教學要求：了解復合材料按增強體分類，我國玻璃纖維工業(yè)的生產(chǎn)狀況，玻璃纖維織物的品種及性能，特種玻璃纖維的種類；世界碳纖維的生產(chǎn)與應用；有機纖維的性能特點。理解玻璃纖維按含堿量的分類與單絲直徑分類；理解晶須的單晶本質(zhì)，掌握增強體材料的選擇原則，玻璃纖維的結(jié)構(gòu)及化學組成，玻璃纖維的物理、化學性能，玻璃纖維及其制品的制造工藝；掌握碳纖維的結(jié)構(gòu)與物理、化學、力學性能；常用顆粒增強體的種類與特點。重點：增強體材料的選擇原則，玻璃纖維與碳纖維的結(jié)構(gòu)特點，增強體材料的表面處理。難點:增強體材料的選擇原則，玻璃纖維與碳纖維的結(jié)構(gòu)特點，增強體材料的表面處理。21、2、34.復合材料的界面4.1概述；4.2復合材料的界面；4.3增強材料的表面處理。教學要求：了解復合材料界面類型與模型；理解復合材料界面的作用與作用機理；掌握金屬基復合材料、聚合物基復合材料、陶瓷基復合材料的界面特點。重點：復合材料的界面特征，界面結(jié)合類型的劃分。難點:界面模型的提出及其與界面類型的關系。21、2、35.聚合物基復合材料5.1聚合物基復合材料的種類和性能；5.2聚合物基復合材料結(jié)構(gòu)設計；5.3聚合物基復合材料制備加工技術；5.4聚合物基復合材料的應用。教學要求：了解聚合物基復合材料的種類與性能，各種玻璃纖維增強復合材料的性能特點與代號，聚合物基復合材料的應用；理解聚合物基復合材料結(jié)構(gòu)設計的過程；掌握聚合物基復合材料制備加工技術。重點:聚合物基復合材料制備加工技術。難點:聚合物基復合材料結(jié)構(gòu)設計的過程。41、2、36.金屬基復合材料6.1金屬基復合材料的種類和基本性能；6.2鋁基復合材料；6.3鎳基復合材料；6.4鈦基復合材料；6.5石墨纖維增強金屬基復合材料。教學要求：了解金屬基復合材料的種類與基本性能，金屬基復合材料中增強體的性質(zhì)；掌握金屬基復合材料的強度特點，鋁基復合材料的制造工藝；了解鋁基復合材料的二次加工；了解鎳基復合材料作為高溫復合材料的特點、鎳-藍寶石反應的性質(zhì)和影響、鎳基復合材料的制造和性能；理解硼纖維增強鈦基復合材料的相容性問題；了解鈦基復合材料的研制及發(fā)展前景；掌握石墨-鋁基復合材料與石墨-鎳基復合材料的制備工藝，了解其他石墨增強復合材料的發(fā)展。重點:典型MCC的特點及制備工藝。難點:鎳-藍寶石反應的性質(zhì)和影響。41、2、37.陶瓷基復合材料7.1陶瓷基復合材料的種類及基本性能；7.2陶瓷基復合材料的制備加工技術；7.3陶瓷基復合材料的應用。教學要求：了解陶瓷基復合材料的基體結(jié)構(gòu)，常用的增強體材料；掌握纖維增強陶瓷基復合材料的特點；了解晶須和顆粒增強陶瓷基復合材料的特點；掌握陶瓷基復合材料的界面和強韌化機理；掌握陶瓷基復合材料的主要制備方法；了解晶須與顆粒增韌陶瓷及復合材料的加工與制備；了解陶瓷基復合材料的應用狀況。重點:陶瓷基復合材料的定義與分類，典型陶瓷基復合材料的特點及制備工藝。難點:陶瓷基復合材料的界面和強韌化機理。41、2、38.水泥基復合材料8.1粉末冶金科學與技術應用；8.2粉末冶金材料強韌化技術及應用。教學要求：了解水泥基復合材料的基體結(jié)構(gòu)，常用的增強體材料；掌握水泥基復合材料的界面和強韌化機理；掌握水泥基復合材料的主要制備方法；了解水泥基復合材料的應用狀況。重點:水泥基復合材料的定義與分類，典型水泥基復合材料的特點及制備工藝。難點:水泥基復合材料的界面和強韌化機理。41、2、39.碳/碳復合材料9.1碳/碳復合材料的發(fā)展；9.2碳/碳復合材料的制備加工技術；9.3碳/碳復合材料的應用。教學要求：了解碳/碳復合材料的基體結(jié)構(gòu)，常用的增強體材料；掌握碳/碳復合材料的界面和強韌化機理；掌握碳/碳復合材料的主要制備方法；了解碳/碳復合材料的應用狀況。重點:碳/碳復合材料的定義與分類，典型碳/碳復合材料的特點及制備工藝。難點:碳/碳復合材料的界面和強韌化機理。41、2、310.混雜纖維復合材料10.1混雜纖維復合材料的種類及基本性能；10.2混雜纖維復合材料的結(jié)構(gòu)設計；10.3混雜纖維復合材料的應用。教學要求：了解混雜纖維復合材料的基體結(jié)構(gòu)，常用的增強體材料；掌握混雜纖維復合材料的界面和強韌化機理；掌握混雜纖維復合材料的主要制備方法；了解混雜纖維復合材料的應用狀況。重點:混雜纖維復合材料的定義與分類，典型混雜纖維復合材料的特點及制備工藝。難點:混雜纖維復合材料的界面和強韌化機理。41、2、3合計32五、教學方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論互動、案例講解、視頻資源共享等教學方式完成課程教學任務和相關能力的培養(yǎng)。學生在全面掌握復合材料制備技術的理論基礎上，具備對復合材料的結(jié)構(gòu)與性能進行評定的初步能力。六、課程資源1.推薦教材：（1）陳華輝，劉瑞平，汪長安.復合材料[M].北京大學出版社.2021,06.2.參考書：（1）王榮國，武衛(wèi)莉，谷萬里.復合材料概論[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社.2015,07.（2）趙玉濤,陳剛.金屬基復合材料[M].機械工業(yè)出版社.2019,09.（3）賈成廠,郭宏.復合材料教程[M].高等教育出版社.2010,02.（4）朱和國,張愛文.復合材料原理[M].國防工業(yè)出版社.2013,03.（5）張東興.聚合物基復合材料科學與工程[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社.2017,04.3.期刊：（1）孫麟,陳世龍,張凱祺等.泡沫鋁復合材料的研究進展與展望[J].金屬功能材料,2022,29(05):49-56+68.（2）夏朋昭,許瑩,蔡艷青等.微波燒結(jié)工藝對Ti-Mg復合材料組織和性能的影響[J].金屬熱處理,2022,47(09):18-26.（3）胡開元,戚繼球,孟慶坤等.熱處理態(tài)TiC/Ti復合材料組織特征、力學性能和斷裂行為[J].特種鑄造及有色合金,2022,42(09):1125-1129.（4）ChenYao,ChenJie.RealizingenhancedthermoelectricpropertiesinCu2S-alloyedSnSebasedcompositesproducedviasolutionsynthesisandsintering[J].JournalofMaterialsScience&Technology,2021,78:121-130.（5）RaoYan-Ni,HeQi,DaiHong-Liang.Amicromechanicalmodelforeffectivehygro-thermo-elasticpropertiesoffiberreinforcedcompositeswithfunctionallygradedinterphases[J].AppliedMathematicalModelling,2021,92:78-98.4.網(wǎng)絡資源：（1）尹洪峰.復合材料,精品課程,/spzy/fhcl.htm（2）朱和國.復合材料原理,網(wǎng)易公開課,/newview/movie/courseintro?newurl=QHGR4OD32七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和大作業(yè)考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表3。表3課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√442章節(jié)測驗10（1）根據(jù)每次章節(jié)測驗單獨評分，滿分100分；（2）每次章節(jié)測驗評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以章節(jié)測驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42作業(yè)10（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?42分組任務10（1）根據(jù)每次分組討論完成情況和PPT質(zhì)量分組評分，滿分100分；（2）每次討論單獨評分，取各次討論成績的平均值作為最終成績，并以此成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?34期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核復合材料的基體材料、增強體材料、界面，聚合物基、金屬基、陶瓷基、水泥基、碳/碳、混雜纖維復合材料等內(nèi)容。（3）考試題型為：填空題、選擇題、判斷題、簡答題、綜合題等?！獭獭?52510合計：100分404020八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、章節(jié)測驗、作業(yè)、分組任務和大作業(yè)等方式對學生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇纱笞鳂I(yè)成績和過程性考核成績組成。其中：大作業(yè)成績?yōu)?00分（權重60%），類型為綜合應用題和分析題等類型，考試試題分值應與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例；課堂表現(xiàn)、作業(yè)、章節(jié)測驗和分組任務等過程性考核成績?yōu)?00分（權重40%）；過程性考核和考試試