课程详情
课程评价
spContent=材料是人类生存和文明的物质基础与先导,是直接推动社会发展的动力。材料的发展及其应用是人类社会文明和进步的重要里程碑。没有材料科学的发展,就不会有人类社会的进步和经济的繁荣。本课程探讨工程材料的结构及其转变、强韧化机理等的科学原理,为进一步学习材料科学与工程的专门知识奠定基础。
—— 课程团队
课程概述

一、    基本情况

中文名称:材料科学基础

英文名称:Fundamentals of Materials Science

学时数  :分两学期授课

先修课程:高等数学,物理化学,理论力学,材料力学

 

二、    授课思想

        该课程是材料类专业最主要的技术基础课。以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象,从材料的电子、原子尺度入手,介绍了热力学、动力学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。主要内容包括:材料结构及缺陷,固态材料中原子的迁移,材料的变形与强韧化,凝固与相变理论等。主要目的是介绍材料的成分、微观结构、制备工艺及性能之间的关系,为材料性能测试和材料加工奠定基础。

 

三、    课程地位

        对高等学校材料类专业的学生来说,“材料科学基础”课程是一门十分重要的技术基础课程。它是学生在学完基础课程(包括高等数学、大学物理、普通化学、物理化学、理论力学、材料力学等)后,进入专业课程(如材料的力学性能、材料的物理性能、钢的热处理原理及工艺、锻造原理及工艺加工、铸造原理及工艺、焊接原理及工艺等)学习前必须学习的一门课程。因为基础课与工程实际有较大的距离,而专业课程则紧密结合工程实际。这两者之间在思维方式上有较大的差别,因此需要有一个过渡,同时也需要在知识上作进一步的准备。学生通过“材料科学基础”课程,除了学习材料基础的、共性的具体知识外,更重要的是学会如何分析、解决实际问题,建立基本的工程思维方式,这对于培养一个合格的工程师或研究人员是非常重要的。


 


       西北工业大学在材料类学科拥有“材料学”、“材料加工工程”和“材料物理化学”三个国家重点学科,设立“材料科学与工程”和“材料成型及控制工程”两个陕西省名牌专业和“复合材料与工程”一个国防特色专业,“材料科学基础”课程是这三个专业本科生最主要的专业(技术)基础课。

 

四、    教学内容设计思路

        本课程内容是依据以下原则进行设计的:

        1. 在课程内容的选择和各部分比重的确定方面,强调基本理论、基本概念和基本技能的教授,注重基本工程思维方式的培养;

        2. 以教学基本要求为出发点,在教学过程的各环节上将科研工作中的成果、对学科发展的了解和认识,将高性能材料研究方面的成果通过适当的形式融合到授课内容中去以增大教学内容的信息量,增强教学内容的新颖性和时代性,以提高教学效果,处理好基础性和先进性、经典与现代的关系。

 

五、    教学内容

        教学内容以金属材料为主,简单设计涉及陶瓷材料和复合材料的基础理论,强调基本理论、基本概念以及基本技能,适当掌握深度和广度。

        主要教学内容分包括两大部分:

          
          

       

          



 两个层次:

           
  
           

六、    教学安排

        本课程分两部分授课。

        第一部分是整个课程的基础,主要讲授材料的基本结构,包括原子结构及键合、晶体结构、晶体缺陷、固体材料的相结构,最后简单介绍固体材料中原子的运动,即扩散。

        第二部分讲授两个主要的应用理论。首先分析材料的变形机理,并由此总结材料强韧化机理;随后从纯金属凝固入手介绍凝固的基本理论,接下来讨论二元合金的凝固理论,最后将凝固(液-固相变)和固态相变(固-固相变)综合起来,介绍相变基础理论。

        请各位同学根据自己的需求,选自相应内容学习。


课程大纲

课前准备

欢迎选修

MOOC课程学习简明指南

绪论

绪论

第一章 原子结构及键合

第一讲 原子结构

第二讲 键合种类

第三讲 键合的多重性

第一章 原子结构及键合 测验

第一章 原子结构及键合 作业

第二章 晶体的结构(一):晶体结构与空间点阵

第一讲  晶体结构与空间点阵

第二讲    晶系与布拉菲点阵

第三讲    晶体结构与点阵的关系

第二章 晶体的结构(一):测验

第二章 晶体的结构(一):作业

第二章 晶体的结构(二):晶向与晶面指数

第四讲 晶向指数

第五讲 晶面指数

第六讲 晶向族与晶面族

第七讲 六方晶系的晶向、晶面指数

第二章 晶体的结构(二):测验

第二章 晶体的结构(二):作业

第二章 晶体的结构(三):典型的晶体结构

第八讲 金属的典型晶体结构

第九讲 典型晶体结构中的间隙

第十讲 晶体中原子的堆垛

第十一讲 陶瓷晶体结构

第二章 晶体的结构(三):测验

第二章 晶体的结构(三):作业

第三章 晶体缺陷(一):点缺陷

第一讲  点缺陷

第三章 晶体缺陷(一):测验

第三章 晶体缺陷(一):作业

第三章 晶体缺陷(二):位错的类型与柏氏矢量

第二讲 位错的发现

第三讲 位错的类型

第四讲 位错的柏氏矢量

第五讲 位错的正负与密度

第三章 晶体缺陷(二):测验

第三章 晶体缺陷(二):作业

第三章 晶体缺陷(三):位错的运动

第六讲 刃位错的滑移

第七讲 螺位错的滑移

第八讲 混合位错的滑移

第九讲 位错滑移的对比

第十讲 位错的攀移与交滑移

第三章 晶体缺陷(三):测验

第三章 晶体缺陷(三):作业

第三章 晶体缺陷(四):位错的应力场与应变能

第十一讲 位错应力场的假设

第十二讲 刃位错的应力场

第十三讲 螺位错的应力场

第十四讲 位错的应变能

第三章 晶体缺陷(四):测验

第三章 晶体缺陷(四):作业

第三章 晶体缺陷(五):作用在位错线上的力与位错线张力

第十五讲 作用在位错线上的力

第十六讲 位错线张力

第三章 晶体缺陷(五):测验

第三章 晶体缺陷(五):作业

第三章 晶体缺陷(六):位错的交互作用

第十七讲 平行位错交互作用

第十八讲 垂直位错交互作用

第十九讲 位错塞积

第三章 晶体缺陷(六):测验

第三章 晶体缺陷(六):作业

第三章 晶体缺陷(七):位错增殖

第二十讲 位错增殖

第三章 晶体缺陷(七):测验

第三章 晶体缺陷(七):作业

第三章 晶体缺陷(八):实际晶体中的位错

第二十一讲 实际晶体中的位错

第二十二讲 位错反应

第二十三讲 扩展位错与面角位错

第三章 晶体缺陷(八):测验

第三章 晶体缺陷(八):作业

第三章 晶体缺陷(九):面缺陷

第二十四讲 小角晶界与大角晶界

第二十五讲 孪晶界与相界

第二十六讲 晶界能与晶界特点

第三章 晶体缺陷(九):测验

第三章 晶体缺陷(九):作业

第四章 固体中的相

第一讲 固溶体

第二讲 金属间化合物

第三讲 陶瓷晶体相

第四讲 玻璃相

第四章 固体中的相:测验

第四章 固体中的相:作业

第五章 固体中的扩散

第一讲 扩散定律及其应用

第二讲 扩散的微观机理

第三讲 扩散的热力学理论

第四讲 反应扩散

第五讲 影响扩散的因素

第五章 固体中的扩散:测验

第五章 固体中的扩散:作业

预备知识

高等数学,物理化学,理论力学,材料力学

证书要求

完成全部基本教学单元的学习要求,并参与讨论,最后通过考试者可获得证书。

参考资料
  • 材料科学基础(第四版) 刘智恩 主编  西北工业大学出版社 2013.9

  • 材料科学基础(第三版)  胡赓祥 主编  上海交通大学出版社 2010.5

  • 材料科学基础(第二版)  石德珂 主编  机械工业出版社 2008.9

  • 材料科学基础  赵品 主编  哈尔滨工业大学出版社 1999.8

  • Foundations of Materials Science and Engineering(第四版)Willinam F. Smith 著  机械工业出版社  2006.6

  • Esaentials of Materials Science and Engineering.  Donald R. Askeland 著  清华大学出版社  2005.1

  • Foundations of Materials Science and Engineering(第五版)  Willinam D. Callister 著  化学工业出版社  2004.1