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材料加工概论
第10次开课
开课时间: 2025年02月20日 ~ 2025年06月29日
学时安排: 2-3小时
当前开课已结束 已有 167 人参加
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课程评价(18)
spContent=《材料加工概论》课程由石章智教授主讲,入选北京高校优质本科课程(重点)和北京市课程思政示范课程,教案入选北京高校优质本科教案。物质是世界的基础,材料加工使物质转变为有用的材料,成为人类社会的基石。材料学科的主干是材料的“成分—加工—结构—性能—服役—回收”,材料的性能由结构决定,结构的本质是原子的排列方式,原子的种类和比例就是材料的成分,加工是调控原子排列方式的技术和艺术,具有举足轻重的作用。
《材料加工概论》课程由石章智教授主讲,入选北京高校优质本科课程(重点)和北京市课程思政示范课程,教案入选北京高校优质本科教案。物质是世界的基础,材料加工使物质转变为有用的材料,成为人类社会的基石。材料学科的主干是材料的“成分—加工—结构—性能—服役—回收”,材料的性能由结构决定,结构的本质是原子的排列方式,原子的种类和比例就是材料的成分,加工是调控原子排列方式的技术和艺术,具有举足轻重的作用。
—— 课程团队
课程概述

《材料加工概论》课程介绍了铸造、增材制造、粉末冶金、塑性成形、材料复合、表面工程等大类加工技术,在每个大类技术中又介绍了系列小类技术。本课程以产品制造为导向,以液态加工、固态加工和表面加工的顺序安排大类技术;以技术创新为脉络将小类技术合为整体,着重分析技术共性,梳理“从01”和“从1100”的创新思路,有助于读者扩展知识面、提升创新能力和科学素质。课程内容深浅适当、生动有趣,不仅能让非材料专业的学生了解材料加工,为“材加+”交叉创新打下基础,也能让材料专业的学生更全面深入地掌握从原料到产品所涉及的主要材料加工技术。

授课目标

《材料加工概论》课程以材料性能提升和材料加工技术的创新关系为内在逻辑,从材料成分—加工—结构—性能—服役—回收再利用的完整视角,通过分析材料加工技术的特点和创新点,建立多种材料加工技术之间的关联性,使学生形成材料加工的大图景,并能融会贯通和灵活应用知识,培养他们的专业素质、创新素质、科学文化和思想品德素质。不仅为非材料专业的学生进行与材料学科的交叉融创提供基础,也让材料专业的学生能够更全面深入地掌握从原料到产品所涉及的主要材料加工技术。

更具体来说,通过课程学习,学生能够: 

(1)掌握五大类材料加工技术(铸造、增材制造、粉末冶金、塑性成形、表面工程)及其在高精尖产业中的应用;(专业素质) 

(2)掌握三大类新材料(复合材料、生物医用材料、多孔材料)的成分、组织结构、性能及其制备加工方法;(专业素质) 

(3)具备规划和实现产品全流程加工的基本能力;(专业素质)

(4)形成材料加工技术的创新思维能力;(创新素质) 

(5)具备与材料交叉融合的跨学科(即“材料+”)科技创新素质;(创新素质) 

(6)充分体会制造强国的历史作用和战略意义,具备科学精神和爱国情怀,树立专业报国之志。(科学文化和思想品德素质)

课程大纲
材料加工与人类社会
课时目标:1. 知识层面:理解材料的基本概念,了解材料加工全流程,认识材料加工的历史与现状。2. 能力层面:(1)培养分析问题的能力:通过学习材料加工全流程以及材料科学与工程的核心关注点,学生能够初步学会从材料性能、加工工艺等角度分析实际问题;(2)提升知识迁移与创新设计能力:学生能够将所学的材料加工知识迁移到其他相关领域,并尝试进行简单的创新设计,为后续深入学习材料加工技术奠定基础。3. 素质层面:(1)增强科学精神和爱国情怀:通过学习“了不起的材加人之中国高铁”等内容,学生能够充分体会材料加工技术在国家重大工程中的应用,增强科学精神和爱国情怀,树立专业报国之志;(2)树立正确的价值观:学生能够认识到材料加工技术对人类社会的深远影响,从而树立正确的价值观,理解材料科学与工程对社会、经济和环境可持续发展的重要性。
1.1 材料是什么
1.2 材料加工全流程之汽车板
1.3 了不起的材加人之中国高铁
1.4 历久弥新的材料加工
1.5 材料加工科学与工程的核心关注
1.6 了解和改进我们身边的材料
铸造
课时目标:1. 知识层面:掌握铸造的基本原理和工艺,了解铸造铝合金的性能和应用,熟悉铸造技术的发展历程。2. 能力层面:(1)分析和选择铸造工艺的能力:学生能够根据不同材料和产品需求,合理选择合适的铸造工艺;(2)设计简单铸造工艺流程的能力:学生能够初步设计简单的铸造工艺流程,理解铸造过程中的质量控制要点。3. 素质层面:(1)培养创新思维:通过学习铸造技术的创新应用,学生能够形成材料加工技术的创新思维能力;(2)增强专业素养:学生能够将铸造技术与实际应用相结合,增强对材料加工领域的专业素养。
2.1 熔模铸造
2.2 离心铸造
2.3 铸造铝合金产品
2.4 铸造美好生活
增材制造
课时目标:1. 知识层面:掌握增材制造的基本原理和特点,了解增材制造的主要工艺和材料,熟悉增材制造的应用领域。2. 能力层面:(1)分析和选择增材制造工艺的能力:学生能够根据不同应用场景和材料特性,合理选择合适的增材制造工艺;(2)设计简单增材制造工艺流程的能力:学生能够初步设计简单的增材制造工艺流程,理解工艺参数对成形质量的影响;(3)创新思维能力:通过学习增材制造技术的创新应用,学生能够形成跨学科的创新思维能力,尝试对现有工艺进行改进或提出新的应用方案。3. 素质层面:(1)培养科学精神和工程素养:通过学习增材制造技术的前沿进展,学生能够培养科学探索精神和解决复杂工程问题的能力。(2)增强专业报国情怀:了解增材制造技术对国家高端制造业的推动作用,增强学生的爱国情怀和专业使命感。
3.1 增材制造的原理和特点
3.2 增材制造带来的影响
3.3 选区激光熔化增材制造技术及其设备
3.4 选区激光熔化用粉体的改进
3.5 激光金属沉积技术
3.6 三维印刷技术
3.7 光固化技术
3.8 持续创新的增材制造技术
粉末冶金
课时目标:1. 知识层面:掌握粉末冶金的基本概念和工艺流程,了解粉末冶金的主要应用领域。2. 能力层面:(1)分析和选择粉末冶金工艺的能力:学生能够根据不同应用场景和材料特性,合理选择合适的粉末冶金工艺。(2)设计简单粉末冶金工艺流程的能力:学生能够初步设计简单的粉末冶金工艺流程,理解工艺参数对产品质量的影响。3. 素质层面:(1)培养创新思维和实践能力:通过学习粉末冶金技术的前沿进展,学生能够形成创新思维能力,尝试对现有工艺进行改进或提出新的应用方案。(2)增强专业素养:学生能够将粉末冶金技术与实际应用相结合,增强对材料加工领域的专业素养。
4.1 粉末冶金的特点和步骤
4.2 机械球磨制粉
4.3 雾化法制备粉末
4.4 粉末成形
塑性成形
课时目标:1. 知识层面:掌握塑性成形的基本概念和原理,熟悉主要塑性成形工艺,了解塑性成形技术的应用领域。2. 能力层面:(1)工艺选择与分析能力:能够根据不同材料性能和产品需求,合理选择合适的塑性成形工艺;(2)工艺设计能力:具备初步设计塑性成形工艺参数的能力,能够制定合理的工艺流程和参数设置;(3)问题解决能力:能够运用所学知识分析和解决实际生产中的塑性成形问题,如变形不均、裂纹、起皱等常见缺陷。3. 素质层面:(1)创新思维和实践能力:鼓励学生参与实验和实践项目,增强动手能力和解决实际问题的能力;(2)科学精神和工程意识:培养学生的科学精神和工程意识,使其具备解决复杂工程问题的能力,能够从工程角度思考和优化塑性成形工艺。
5.1 塑性和材料的变形行为
5.2 轧制
5.3 冲裁
5.4 拉深
5.5 旋压
5.6 其他塑性成形技术
复合材料及其制备
课时目标:1. 知识层面:掌握复合材料的基本概念和分类,熟悉复合材料的设计与制备方法,了解复合材料的应用领域。2. 能力层面:(1)设计与分析能力:能够根据具体需求设计金属层状复合材料的结构和性能;(2)工艺选择与优化能力:掌握复合材料制备工艺的关键参数,并能够对工艺进行优化;(3)创新思维能力:养学生对复合材料设计和制备的创新思维,能够提出新的设计方案或改进现有工艺。3. 素质层面:(1)专业素养:培养学生对材料科学与工程领域的兴趣,激发其深入学习和研究的热情;(2)课程思政:增强学生的爱国情怀和专业使命感,了解复合材料技术对国家工业发展的重要作用。
6.1 丰富多彩的复合材料
6.2 金属层状复合材料的设计
6.3 金属层状复合材料的制备
6.4 纤维增强复合材料及其制备
表面工程
课时目标:1. 知识层面:掌握表面工程的基本概念和重要性,熟悉表面工程的主要技术及其原理,了解表面工程技术的应用领域。2. 能力层面:(1)分析和选择表面工程技术的能力:能够根据不同材料和应用场景,合理选择合适的表面工程技术;(2)工艺设计与应用能力:能够运用所学知识解决实际生产中的表面工程问题;(3)创新思维能力:培养学生对表面工程技术的创新思维,能够提出新的表面处理方案或改进现有技术。3. 素质层面:(1)专业素养:增强学生对材料表面工程领域的专业素养,能够将理论知识与实际应用相结合;(2)终身学习素质:引导学生关注表面工程技术的前沿动态,培养其持续学习和自我提升的能力。
7.1 无处不在的表面工程
7.2 表面形变强化
7.3 表面相变强化
7.4 镀层涂层
7.5 自清洁表面的超疏水结构及其原理
7.6 表面技术的妙用
生物医用材料及其制备
课时目标:1. 知识层面:掌握生物医用材料的基本概念和分类,熟悉生物医用材料的性能和制备方法,了解几种常用的植入医疗器械。2. 能力层面:(1)分析和选择生物医用材料的能力:能够根据不同应用场景,合理选择合适的生物医用材料;(2)工艺设计与应用能力:综合应用第2-7单元中的材料制备加工技术,能够制定合理的工艺流程;(3)创新思维能力:培养学生对生物医用材料设计和制备的创新思维,能够提出新的设计方案或改进现有工艺。3. 素质层面:(1)专业素养:培养学生对材料科学与工程领域的兴趣,激发其深入学习和研究的热情;(2)终身学习素质:引导学生关注生物医用材料技术的前沿动态,培养其持续学习和自我提升的能力。
8.1 医用可降解锌合金
8.2 形状记忆合金及其用途
8.3 合金形状记忆的原理
8.4 医用高分子材料
8.5 医用陶瓷材料及其制备
8.6 植入医疗器械
多孔材料及其制备
课时目标:1. 知识层面:掌握多孔材料的基本概念和特性,熟悉多孔材料的主要类型及其制备方法,了解多孔材料的应用领域。2. 能力层面:(1)分析和选择多孔材料的能力:能够根据不同应用场景,合理选择合适的多孔材料;(2)工艺设计与应用能力:能够运用所学知识解决实际生产中的多孔材料问题,如孔隙率控制、孔径分布优化等;(3)创新思维能力:引导学生探索多孔材料的新应用领域,如在环境治理、生物医学中的潜在应用。3. 素质层面:(1)专业素养:增强学生对多孔材料领域的专业素养,能够将理论知识与实际应用相结合;(2)课程思政:通过实际案例(如气凝胶在航空航天中的应用)激发学生的民族自豪感和责任感。
9.1 奇妙的多孔材料
9.2 神奇的气凝胶及其制备
9.3 分子筛及其制备
9.4 金属有机框架材料及其制备
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预备知识

基于本课程的特色和教学目标,面向的受众是广大不具备材料专业基础,但对材料及其制备加工感兴趣的学生,以及材料专业的低年级本科生。在预备知识方面没有特殊要求,具备中学数理化知识即可。

参考资料

课程教材:石章智,编著,《零基础材料加工概论》,高等教育出版社,202410月第1版,ISBN 978-7-04-062900-2

材料是人类社会的支柱,材料加工是材料成为产品的必经之路。这本《零基础材料加工概论》揭开了隐藏在作者们身边的材料加工大世界。作者致力于从常识出发、用通俗易懂的语言构建材料加工技术“从01”和“从1100”的创新地图,结合200多张图和几十个MOOC视频,降低门槛、引发兴趣、丰富体验、并助力大家进阶研究型学习。例如以“找共性、求创新”为中心将10多种3D打印技术有机整合,使大家理解并有可能创造3D打印技术。希望大家在阅读中形成材料加工技术品鉴力,收获材料加工美好生活的乐趣。

常见问题

1. 这门课程为什么值得学习?


答:《材料加工概论》课程不仅为材料专业学生提供了系统的专业知识,也为非材料专业的学生提供了一个跨学科的学习平台。通过学习这门课程,非材料专业的学生可以拓宽知识面,提升工程实践能力,培养创新思维,增强综合素养,并为未来的职业发展提供有力支持。


1)拓宽知识面和跨学科视野:材料科学是现代科技的核心领域之一,几乎涵盖了所有工程和技术领域。无论你是学习机械工程、电子工程、建筑学、医学,还是艺术设计等专业,材料的性能和加工技术都会对你的专业产生深远影响。例如,建筑专业需要了解建筑材料的性能和加工方法,电子专业需要掌握半导体材料的制备和加工技术。


2)跨学科融合的趋势:现代科学研究和工程实践越来越强调跨学科合作。材料加工技术与机械工程、电子工程、生物医学、化学工程等领域的交叉融合日益紧密。学习《材料加工概论》可以帮助非材料专业的学生更好地理解材料在其他领域的应用,为跨学科研究和创新打下基础。


3)提升工程实践能力:课程中涉及的材料加工技术(如铸造、塑性成形、表面工程等)是工程实践中不可或缺的环节。了解这些技术的基本原理和应用,可以帮助学生在实际工作中更好地选择和使用材料,提高工程设计和制造的效率和质量。


4)解决实际问题的能力:通过学习材料加工技术,学生可以更好地理解材料的性能与加工工艺之间的关系,从而在面对实际工程问题时,能够从材料加工的角度提出解决方案。例如,如何选择合适的材料和加工工艺来提高产品的耐用性和可靠性。


5)综合素养的提升:课程不仅传授专业知识,还注重培养学生的综合素质。例如,通过课程思政教育,学生可以增强爱国情怀和责任感,树立正确的价值观。同时,课程中的案例分析和实践环节可以锻炼学生的分析问题和解决问题的能力。


6)跨领域就业机会:在当今快速发展的科技时代,跨领域就业成为一种趋势。了解材料加工技术可以为学生在不同领域的职业发展提供更多机会。例如,材料科学与生物医学的结合催生了生物医用材料领域,为医学专业的学生提供了新的职业方向。


7)提升竞争力:掌握材料加工的基本知识和技能,可以帮助学生在求职和职业发展中脱颖而出。无论是在制造业、科研机构,还是在新兴的高科技企业,材料加工技术都是重要的技术基础,具备这方面的知识可以增加学生的竞争力。


8)了解前沿技术:材料加工领域不断涌现出新的技术和应用,如纳米材料、复合材料、智能材料等。这些前沿技术不仅具有重要的科学价值,还广泛应用于航空航天、新能源、电子信息等高精尖领域。学习《材料加工概论》可以让学生了解这些前沿技术的基本原理和发展趋势,满足他们对科技前沿的兴趣。


 


 


2. 不是材料专业的学生,学习这门课的难度大吗?


答:《材料加工概论》这门课程不仅内容丰富、贴近生活,而且学习资源丰富,非常适合非材料专业的学生学习。通过学习这门课程,你可以拓宽知识面,培养实践能力,增强就业竞争力,同时激发对材料科学的兴趣。


1零基础友好:石章智老师主讲的《材料加工概论》课程特别注重基础,即使是零基础的学生也能轻松入门。课程内容从最基础的材料概念讲起,逐步深入到具体的加工工艺和应用,循序渐进,易于理解。


2通俗易懂:课程讲解生动形象,结合大量实际案例和生活中的材料应用,帮助学生快速理解和掌握知识点。


3内容贴近生活:材料加工与我们的日常生活息息相关,从汽车、家电到医疗器械,到处都能看到材料加工的成果。学习这门课程,你可以更好地理解身边物品的制造过程,增强对材料科学的兴趣;课程内容不仅涵盖了传统的金属加工、塑料成型等工艺,还介绍了前沿的生物医用材料、复合材料等,让你了解材料加工在现代科技中的广泛应用。


4学习资源丰富:在中国大学MOOC平台上,这门课程提供了丰富的学习资源,包括视频讲解、课后习题、在线讨论等,帮助你更好地掌握课程内容;课程配套的教材《零基础材料加工概论》内容详细,适合初学者学习。此外,还有许多优秀的参考书和在线资源可供选择。

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北京科技大学
1 位授课老师
石章智

石章智

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