材料科学基础
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spContent=“材料科学基础”是本科材料类专业重要的学科基础课程之一,是连接基础课与专业课的桥梁。课程以无机非金属材料为基础,是材料科学与工程一级学科知识体系的一门重要学科基础课,主要阐述材料的组成与结构、制备与加工、性质、使用性能等材料科学与工程各要素之间相互关系及其制约规律。
—— 课程团队
课程概述

武汉理工大学的《材料科学基础》是材料科学与工程专业(含试点班)、无机非金属材料专业、材料物理专业、材料化学、新能源材料与器件专业等专业的重要的学科基础课之一,是衔接基础课与专业课的桥梁,是材料类本科生的必修课程。

课程是在突出无机非金属材料原理的基础上,兼顾了金属材料、高分子材料科学原理,形成的覆盖材料科学与工程知识体系的一门重要学科基础课,主要从一级学科层次阐述材料的组成与结构、制备与加工、性质、使用性能等材料科学与工程各要素之间的相互关系及其制约规律。

通过该课程的学习,使学生掌握晶体结构、晶体结构缺陷、非晶态结构与性质、表面结构与性质、相平衡与相图、基本动力学过程扩散、材料中的相变、材料制备中的固态反应、烧结等方面的科学原理与工程方法,全面理解材料科学中的共性规律,即材料的组成-形成(工艺)条件-结构-性能-材料用途之间的相互关系及制约规律,通过科学思维方法的训练,培养学生运用科学原理解决实际问题的工程能力,为将来从事材料设计及研发工作奠定必要的基础。


   


 



授课目标

本课程的教学目标如下:

材料科学基础课程是材料科学与工程、无机非金属材料、材料物理、材料化学、新能源材料与器件等专业重要的学科基础课之一,是衔接基础课与专业课的桥梁。

通过该课程的学习,

1. 使学生掌握材料引言、晶体结构、晶体结构缺陷、非晶态结构与性质、表面结构与性质、相平衡与相图、基本动力学过程——扩散、材料中的相变、材料制备中的固态反应、烧结等方面的科学原理与工程方法。

2. 全面理解材料科学中的共性规律,即材料的组成-形成(工艺)条件-结构-性能-材料用途之间相互关系及制约规律。

3. 在建立材料领域科学基础的同时,通过科学思维方法的训练,培养学生运用科学原理解决实际问题的工程能力,为将来从事材料设计及研发奠定必要的基础。



课程大纲

第一周 材料引言

第一讲 什么是材料

第二讲 材料的使用性能与工艺性能

第三讲 材料发展简史

第四讲 材料的分类

第五讲 材料的选择原则

第六讲 什么是材料科学

单元测试

绪论

第二周 晶体结构(一)

晶体结构

第五讲 外在因素对晶体结构的影响

第一讲 空间点阵与晶胞参数

第二讲 结晶学指数

第三讲 质点的结合力与结合能

第四讲 内在因素对晶体结构的影响

晶体结构(一)

第三周 晶体结构(二)

第六讲 单质晶体的结构

第七讲 AX型,AX2型及A2X3型结构

第八讲 ABO3型及AB2O4型结构

第九讲 鲍林规则

第三周单元测试

第三周 作业

第四周 晶体结构(三)

第四周单元测试

第十讲 硅酸盐晶体的组成表征,结构特点及分类

第十一讲 岛状结构和组群状结构

第十二讲 链状结构与层状结构

第十三讲 架状结构

第四周单元作业

第五周 晶体结构缺陷(一)

晶体结构缺陷的类型,点缺陷的基本性质,非化学计量化合物

第一讲 晶体结构缺陷的类型

第二讲 点缺陷的分类及特点

第三讲 缺陷反应方程式

第四讲 点缺陷浓度的计算

第五讲 非化学计量缺陷

点缺陷的基本性质

第六周 晶体结构缺陷(二)

第六讲 固溶体

第七讲 位错的分类和伯格斯矢量

第八讲 位错的运动

第九讲 面缺陷

固溶体,位错,面缺陷

固溶体的知识

第七周 非晶态结构与性质(一)

第7周单元测试

第三讲 熔体的表面张力

单元作业

第一讲 熔体的结构

第二讲 熔体的粘度

第八周 非晶态结构与性质(二)

单元测验

第四讲 玻璃的通性

第五讲 玻璃的形成

第六讲 玻璃的结构学说

单元作业

第九周 表面结构与性质

第一讲 固体的表面

第二讲 固体的表面结构

第三讲 固体的界面

第九周 固体的表面与界面单元作业

第九周 固体的表面与界面单元测试

第十周 相平衡和相图(一)

第十周 相平衡和相图-1 单元测试

第一讲 相平衡及其研究方法

第二讲 单元系统相图

第三讲 二元系统相图及其基本类型

第十周 相图与相平衡1 单元作业

第十一周  相平衡和相图(二)

第十一周 相图2 单元测试

第十一周 相图2 单元作业

第四讲 二元系统专业相图

第五讲 三元系统组成表示法及浓度三角形的性质

第六讲  具有一个低共熔点的三元系统相图

第七讲 具有多晶转变的三元系统相图

第十二周 相平衡和相图(三)

第十二周 相图3 单元作业

相图3单元测试

第八讲 具有一个一致熔融化合物的三元系统相图

第九讲 具有一个不一致熔融化合物的三元系统相图

第十讲 具有不稳定化合物的三元系统相图

第十一讲 三元系统相图分析小结

第十二讲 三元系统专业相图

第十三周 基本动力学过程——扩散

第十三周 扩散 单元测试

第一讲 扩散的基本概念

第二讲 扩散的动力学方程——菲克定律

第三讲 菲克定律的应用

第四讲 固体扩散机构与扩散系数

第五讲 克肯达尔效应

第十三周 扩散 单元作业

第六讲 影响扩散系数的因素

第十四周 材料中的相变

第一讲 相变概述

第二讲 相变的条件

第三讲 成核-生长相变

第十四周 材料中的相变单元测试

第十四周 材料中的相变作业

第十五周 材料制备中的固态反应

第一讲 固态反应概论及固态反应机理

第二讲 一般的动力学关系及化学动力学范围

第三讲 扩散动力学范围

第四讲 过渡范围

第五讲 影响固相反应的因素

第十五周 单元测试

第十五周 固相反应单元作业

第十六周 烧结

第十六周-烧结-单元测试

第十六周-烧结-单元作业

第一讲 概述

第二讲 烧结过程及机理

第三讲 固相烧结

第四讲 再结晶和晶粒长大

第五讲 影响烧结的因素

预备知识

高等数学,工程数学,大学物理,基础化学,物理化学

证书要求

通过视频学习,完成单元测试和考试,达到课程要求后,可以获得课程负责人签名颁发的合格证书或优秀证书。总成绩由各分项成绩汇总后评定,具体分值如下:

单元测试:45%

参与讨论:10%,在“课堂讨论区”回复的贴子数为5个及以上,可以得到该部分的满分

期末考试:45%

本课程设置合格和优秀两档成绩“

60-84分:合格证书

85-100分:优秀证书


参考资料

推荐教材:

《材料科学基础》,主编:张联盟、黄学辉、宋晓岚,出版社:武汉理工大学出版社,出版或修订时间:2008年8月第二版

参考书:

《材料科学基础》,主编:潘金生、田民波、仝健民,出版社:清华大学出版社,出版或修订时间:2011年

《材料科学导论》,主编:冯端、师昌绪、刘治国,出版社:化学工业出版社,出版或修订时间:2004

《材料科学基础》,主编:石德珂,出版社:机械工业出版社,出版或修订时间:2003

《材料科学基础》,主编:徐恒钧,出版社:北京工业大学出版社,出版或修订时间:2001

《材料科学基础》,主编:赵品,出版社:哈尔滨工业大学出版社,出版或修订时间:2002

《Materials Science and Engineering》,主编:William D. Callister, Jr.,出版社:John Wiley&Sons, Inc,出版或修订时间:2013