无机材料科学基础
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spContent=《无机材料科学基础》课程是研究材料的组成、工艺、结构与性能之间关系及其变化规律的一门应用基础科学,是无机非金属材料工程专业的一门重要专业基础理论课程。
—— 课程团队
课程概述

《无机材料科学基础》课程是研究无机材料的组成、工艺、结构与性能之间关系及其变化规律的一门应用基础科学,是无机非金属材料工程专业的一门重要专业基础理论课程。教学上主要以课堂教学和网上学习为主,并辅助以各章知识点精讲、自学、习题课和实验课等。对于本课程的学习方式,以掌握基本概念、基本原理和相关的知识为主,通过相关习题与思考题的练习帮助学生深入理解和掌握基本概念和基本原理,达到提高课程的教学质量。

本课程的教学内容主要有:

第一章  晶体结构基础(10学时):本章叙述了晶体的基本概念和性质,讨论了晶体外形的宏观对称,阐述了晶体的对称要素、对称要素的组合及对称型,并按晶体的对称特点分类。结晶符号确定了表征晶面和晶棱的空间方位。晶体结构的基本特征是以空间格子为研究对象。讨论了单位平行六面体划分原则和十四种布拉维格子。定义了晶胞的概念,讨论了晶体结构中的微观对称要素和由此得出的230种空间群。介绍了晶体化学基本原理,从离子半径、球体紧密堆积、配位数、离子极化和鲍林规则讨论了他们对研究晶体结构及性质的意义。通过讨论有代表性的氧化物、化合物和硅酸盐晶体结构,用以掌握与本专业有关的各种晶体结构类型。

第二章  晶体结构缺陷(8学时):本章主要介绍了实际晶体中点缺陷分类;缺陷符号和反应平衡。固溶体分类和各类固溶体、非化学计量化合物的形成条件。简述了刃位错和螺位错。

第三章  非晶态固体(6学时):本章主要叙述了粘度的概念,介绍了玻璃的四个通性,玻璃形成的动力学条件和形成玻璃的结晶化学条件。玻璃结构的主要学说:晶子假说和无规则网络假说。硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃结构与性质,玻璃的结构参数。

第四章 材料的表面与界面(6学时):本章讨论了固体表面力场与表面能。离子晶体在表面力场作用下,离子的极化与重排过程。多相系中的界面化学:如弯曲表面效应、湿润,表面的改性。概述了多晶材料中的晶界分类,多晶体的组织,晶界应力与电荷。介绍了粘土胶粒带电与水化等一系列由表面效应而引起的胶体化学性质如泥浆的流动性和触变性、泥团的可塑性等。

第五章 相图(10学时):本章系统的阐述相图的基本原理,以及介绍了一元相图、二元相图和三元相图的基本形式和分析方法。并结合实际介绍了相图在材料的研究和生产实际中的具体应用。

第六章 扩散(6学时):晶体中原子(离子)的扩散是固体传质和反应等过程的基础。本章讨论了扩散的两个问题。一是扩散现象的宏观规律——菲克第一、第二定律,描述扩散物质的浓度分布与距离、时间的关系。二是扩散微观机制,即扩散过程中原子迁移的方式。

第七章 固相反应(4学时):本章在了解原子移动规律的基础上讨论了固相反应的扩散动力学方程。杨德尔与金斯特林格方程的推导及其适用的范围。简要介绍了影响固相反应得因素。

第八章 相变(4学时):本章详细介绍了各种相变发生的热力学条件、动力学过程、相变和材料性能关系以及相变研究中采用的某些技术,并对玻璃分相的热力学与动力学作了详细的讨论。

第九章 烧结(8学时):本章叙述了烧结定义、推动力和基本模型,分析在纯固态和有液相参与的烧结过程中,四种基本的传质产生的原因、条件、特点和动力学方程,介绍了烧结过程中晶粒生长于而次再结晶的控制和影响烧结的众多因素。介绍了特种烧结原理。




课程大纲
预备知识

学习本课程的预备知识:无机化学、物理化学、普通物理学等基础课程

参考资料

参考教材:

1.张其土主编,无机材料科学基础,华东理工大学出版社,2006

2.张联盟、黄学辉、宋晓岚编,材料科学基础,武汉理工大学出版社,2008

3.潘金生、仝健民、田民波编,材料科学基础,清华大学出版社,1998

4.杜丕一、潘颐编著,材料科学基础,中国建材工业出版社,2002

5W.D.金格瑞等著,清华大学无机材料教研组译,陶瓷导论,中国建筑工业出版社,1982