自然科学公共选修课程--材料科学与技术.doc

自然科学公共选修课程材料科学与技术材料科学导论349模具技术导论355工程材料简介357现代数字化成形导论359装饰装修材料的选择和应用361材料科学导论课程教学大纲 一、课程名称材料科学导论 An Introduction to Materials Science二、课程编码 1406511三、学时和学分 32 /2四、先修课程无五、课程教学目标帮助学生获得必要的材料科学的基本知识，了解材料学科发展及其应用，掌握材料科学中的基本规律及一般研究方法。六、适用学科专业全校各专业七、基本教学内容与学时安排第一章 什么是材料科学第一节 什么是材料科学第二节 材料科学与工程第二章 原子结构及原子间的结合键第一节 原子的结构第二节 原子序数及原子质量一、 原子序数二、原子质量第三节 原子的电子结构一、 氢原子的结构二、原子核外电子的量子数三、多电子原子的电子结构第四节 原子及分子键的类型一、 离子键二、共价键三、金属键四、弱键五、混合键第三章 晶体结构第一节 晶体学基础一、 空间点阵及晶胞二、晶系与Bravais点阵三、晶面指数和晶向指数第二节 主要金属的晶体结构一、 体心立方晶体结构二、 面心立方晶体结构三、 密排六方晶体结构四、 FCC、BCC以及HCP晶体结构的比较五、 体密度、面密度、线密度六、 同素异构第四章 凝固、晶体缺陷、固体中的原子扩散第一节 金属的凝固一、 纯金属中的形核二、形核率与过冷度的关系第二节 晶体的生长一、 纯金属中晶体的生长及晶粒形状二、单晶的凝固三、金属固溶体第三节 晶体中缺陷一、 点缺陷二、线缺陷三、晶面（面缺陷）第四节 固体中原子的扩散一、 扩散机制二、稳态扩散三、非稳态扩散四、扩散过程在工业中的应用五、温度对固体中扩散的影响第五章 相图第一节 纯物质的相图第二节 Gibbs相律第三节 二元合金匀晶相图及其建立第四节 杠杆定律第五节 合金的凝固过程一、 合金的平衡凝固二、合金的非平衡凝固第六节 二元共晶合金相图第七节 二元包晶合金相图第八节 二元偏晶合金相图第九节 合金相图中常见的三相反应第十节 含有中间相和化合物的相图一、 含有中间相的相图二、中间化合物第十一节 三元相图一、 三元相图中浓度的表示方法二、杠杆定律三、三元系中的截面及三元合金凝固投影图第六章 材料的力学性能第一节 金属中应力与应变一、 弹性及塑性变形二、工程应力及工程应变三、剪切应力与应变第二节 拉伸试验及工程应力应变图一、 应力应变图与力学性能二、真应力应变曲线第三节 金属单晶的塑性变形一、 金属晶体表面的滑移线与滑移带二、金属晶体中的滑移机制三、滑移系四、金属单晶体的临界分切应力五、孪生第四节 多晶体的塑性变形一、 晶界对金属强度的影响二、塑性变形对金属强度的影响三、金属的固溶强化四、塑性变形金属的回复与再结晶第五节 金属的断裂一、 塑性断裂二、脆性断裂三、韧性及冲击韧性四、金属的疲劳断裂第六节 金属的蠕变第七章 材料的电学性能第一节 金属中的导电一、 金属中导电性的经典模型二、导电的能带模型第二节 本征半导体一、 半导体的导电机制二、纯硅晶格中电荷的输运三、本征半导体的能带图四、本征半导体中的定量关系五、温度对半导体的影响第三节 非本征半导体一、n-型半导体（负极型）二、p-型（正电荷型）非本征半导体三、非本征半导体材料的掺杂四、掺杂对非本征半导体载流子的影响第四节 半导体器件一、 PN节二、PN节的应用第八章 铁碳相图和铁碳合金的显微组织第一节 铁碳相图一、 铁-碳相图二、铁-碳合金中的平衡组织三、铸铁缓冷时的固态转变与室温组织第二节 马氏体相变一、 马氏体二、铁-碳合金中马氏体的形态三、马氏体的晶体结构四、铁-碳合金马氏体的硬度与强度第三节 奥氏体等温转变第四节 共析钢连续冷却的组织转变第五节 马氏体在加热过程中的组织转变一、 回火过程中马氏体组织的变化二、回火过程中碳钢性能的变化第九章 陶瓷材料第一节 陶瓷材料的晶体结构一、 陶瓷中化合物的离子键及共价键二、离子晶体中原子的堆垛方式三、CsCl的晶体结构四、NaCl的晶体结构五、FCC及HCP晶体结构中的间隙位置六、ZnS型晶体结构七、 CaF2型晶体结构八、 反荧石型晶体结构九、 刚玉（Al2O3）型晶体结构十、 钙钛矿结构十一、 尖晶石型结构十二、 石墨第二节 硅酸盐的结构一、 硅酸盐的基本结构二、岛状、链状及环状结构第三节 传统陶瓷及工程陶瓷一、 烧结二、玻璃相第四节 传统陶瓷及工程陶瓷一、 传统陶瓷二、工程陶瓷第五节 陶瓷的力学性能一、 陶瓷材料的变形机制二、影响陶瓷材料强度的因素三、陶瓷材料的韧性第六节 陶瓷材料的热性质第十章 高分子材料第一节 金属中应力与应变一、 弹性及塑性变形二、工程应力及工程应变三、剪切应力与应变第七节 拉伸试验及工程应力应变图一、 应力应变图与力学性能二、真应力应变曲线第八节 金属单晶的塑性变形一、 金属晶体表面的滑移线与滑移带二、金属晶体中的滑移机制三、滑移系四、金属单晶体的临界分切应力五、孪生第九节 多晶体的塑性变形一、 晶界对金属强度的影响二、塑性变形对金属强度的影响三、金属的固溶强化四、塑性变形金属的回复与再结晶第十节 金属的断裂一、 塑性断裂二、脆性断裂三、韧性及冲击韧性四、金属的疲劳断裂第十一节 金属的蠕变第十一章 材料的磁性及磁性材料第一节 光与电磁波一、 磁性的基本概念二、磁性的类型三、温度对磁性的影响四、铁磁畴结构五、铁磁材料的磁化与退磁第二节 磁性材料一、 软磁材料二、 永磁材料三、 稀土磁性合金四、 Nd-Fe-B合金五、 Fe-Cr-Co磁性合金第十二章 材料的光学性质及超导第一节 光与电磁波第二节 光的折射一、折射指数二、光折射的Snell定律三、光的吸收、传播和反射四、发光五、激光第三节 光的吸收、传播和反射第四节 材料的发光与激光的产生学时分配（32学时）章节12345678910学时2444444222其中：实验课：4学时八、教材及参考书（略）九、考核方式开卷或口试模具技术导论课程教学大纲一、课程名称模具技术导论 An introduction on die & mold technology二、课程编号 1402891三、学时与学分 32/2四、先修课程无五、课程教学目标本课程的主要内容是介绍模具技术的发展动态；模具基础知识，注塑模具及冲压模具设计，模具制造，模具生产和管理，模具开发一般知识。为今后从事产品开发，模具设计和制造工作打下良好基础。六、适用学科专业工科学生七、基本教学内容与学时安排第1讲 模具基础知识及概况（3学时）1 模具基础知识2 模具技术发展现状第2讲 塑料及塑料成型工艺简介（3学时）1 塑料基础知识2 注塑工艺过程与工艺参数分析3 塑料制品设计第3讲 注射模结构设计（3学时）1 典型注塑模结构2 注塑模结构设计第4讲 注射模实例与计算机应用（3学时）1 注塑模设计过程与实例2 注塑模CAD/CAE/CAM简介第5讲 冲压工艺简介（3学时）1 冲裁2 弯曲3 拉深4 成形第6讲 冲压模典型结构（3学时）1 冲压模典型结构2 冲压模结构设计第7讲 冲压模设计实例（3学时）1冲压模设计过程2冲压模设计实例 第8讲 模具制造工艺（3学时）1 模具制造工艺2 现代模具加工技术第9讲 典型模具制造过程（3学时）1 模具制造过程2 模具制造实例第10讲 模具开发与管理（3学时）1 模具价值工程2模具生产管理八、教材及参考书（略）九、考核方式考试工程材料简介课程教学大钢一、课程名称工程材料简介 Brief Introduction of Engineering Material二、课程编码 1406521三、学时与学分 24/1.5四、先修课程无五、课程教学目标（一）向学生简单介绍现代工业和日常人们生活中所使用的金属材料、聚合物材料（塑料、橡胶）、陶瓷材料、复合材料的种类,性能以及工程应用范围和使用特点，同时介绍其它新型材料，包括功能材料、纳米材料等的基本知识和概念。（二）在此基础上，使学生了解我们生活中所碰到的基本材料的特性和使用性能，了解在我们生活中材料是如何为人类生产和生活服务的。六、适用学科专业全校各专业七、基本教学内容与学时安排绪论 （3学时）材料的发展与分类工程材料的含义第一章 材料的组成、结构与性能（3学时）材料的组成 组元的结合形式 材料的化学组成材料的结构 化学键结合 晶体结构材料的性能 金属 无机非金属 聚合物第二章 金属材料（一）黑色金属（3学时）1铁和碳钢 铸铁 碳钢2合金钢 基本知识 结构钢 轴承钢 工具钢 特殊性能钢（二）有色金属（3学时）1轻金属和重金属2贵金属和稀有金属第三章 高分子材料（3学时）（一）高分子材料基本知识（二）高分子材料的结构和三态（三）工程高分子材料（塑料、橡胶、纤维）及应用第四章 陶瓷材料（3学时）（一）陶瓷材料的基本知识（二）陶瓷材料的性能和分类（三）新型陶瓷的应用第五章 复合材料（3学时）（一）复合材料的基本知识（二）复合材料的特性和分类（三）复合材料的应用第六章 功能材料及纳米材料（3学时）（一）电功能材料（二）磁功能材料（三）形状记忆合金和储氢合金（四）光功能材料（五）纳米材料八、教材及参考书自编教材材料概论，周达飞，化学工业出版社，2001年工程材料及应用（第二版），周凤云，华中科技大学，2003年九、考核方式开卷现代数字化成形导论课程教学大纲一、课程名称现代数字化成形导论 Introduction to Digitizing Forming of Materials二、课程编码 1406531三、学时与学分 32/2四、先修课程无五、课程教学目标现代数字化成形技术是将原形的几何形状、所选材料的构造和有关的组合信息建立数字化模形，将这些信息传输到计算机控制的机电集成制造系统进行材料的逐层叠加成形或逐层渐进成形加工过程，有效地制造复杂形状和结构的实体，特别适用于新产品的快速开发。华中科技大学对这项技术进行了十年的研究开发，取得了许多研究成果并成功地应用于科研、教学和企业的新产品开发中。近年来，该技术迅速在工业造形、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域得到良好应用。现代数字化成形技术属于先进制造技术中的一个方向，是机械工程、自动控制、激光、计算机和材料等多个学科交叉的一门综合学科，是由于现代设计和现代制造技术迅速发展的需求应运而生的。随着现代数字化成形技术的发展又会带动上述相关学科的发展，为了推动现代数字化成形技术进一步的研究和应用，为我国制造业培养掌握先进制造技术知识的开拓性人才，本课程给本科生全面、系统地讲授现代数字化成形技术及其最新发展。使毕业生走向社会后能够运用快速原形制造技术的知识，为企业快速开发新产品，提高企业国际竞争力作出贡献。六、适用学科专业全校各专业七、基本教学内容与学时安排（一）现代数字化成形技术应用及发展概述（4学时）现代数字化成形技术的发展史；应用领域；最新发展。（二）数字化成形过程（学时）数字化成形过程；建模数据处理；选择成形方法；后处理。（三）薄材叠层成形技术（LOM）（学时）HRP系列纸叠层成形系统；原理及应用（四）光固化成形技术（SLA）（3学时）紫外光光固化成形原理；系统及其应用。（五）熔丝沉积成形（FDM）（学时）ABS材料融丝沉积成形原理；系统组成及其应用。（六）选择性激光烧结（）（学时） 粉末激光选择性烧结成形系统；原理及其应用。（七）金属板料数字化成形（学时）金属板料数字化成形方法原理；工艺过程及其应用。（八）快速制模（学时）硅橡胶软模的快速制造方法及其应用；其它的快速制模方法（九）反求工程（学时）数字化建模方法；三维测量；反求原理（十）其它数字化成形方法和最新研究动态（4学时）简述国内外成形方法及其最新的研究动态八、教材及参考书快速成形技术，自编讲义快速原形制造技术，王秀峰、罗宏杰编著，中国轻工业出版社，2001年快速成形技术，王运赣编著，华中理工大学出版社，1999年九、考核方式书面考试+讨论、作业装饰装修材料的选择和应用课程教学大纲一、课程名称装饰装修材料的选择和应用 Decorative and Fitment Materials二、课程编码 1406771三、学时与学分 24/1.5四、先修课程无五、课程教学目标装饰装修材料的选择和应用课程为全校本科生开设的一门技术基础课。学生学习本课程，不仅能运用已有的物理、化学、力学知识分析材料问题，而且掌握建筑装饰材料的选择、识别和应用基本知识。通过本课程的学习，应使学生掌握建筑装饰中常用材料的技术性质、品种规格、适用范围、检验方法及储运知识。通过本课程的学习，使学生能够在装饰设计中合理的选择材料、在施工中正确的使用材料。六、适用学科专业全校各专业七、基本教学内容与学时安排（一）绪论（3学时）建筑装饰材料的基本物理性质：密度、体积密度、孔隙率；材料与水有关的性质；材料的热物理性质；材料的力学性质；材料的耐久性；建筑装饰材料的装饰性质和选用原则。（二）天然装饰石材（1学时）岩石的基本知识：岩石的形成与分类；造岩矿物；岩石的结构与性质；岩石的风化。常用建筑装饰石材：花岗石；大理石；园林造园用石；天然装饰石材的选用原则。（三）石膏装饰材料（2学时）石膏：建筑石膏；模型石膏；高强石膏；粉刷石膏。石膏装饰制品：普通纸面石膏板；耐水纸面石膏板；耐火纸面石膏扳；装饰石膏板；嵌装式装饰石膏板；印刷石膏板；吸声用穿孔石膏板；特种耐火石膏板装饰；石膏线角、花饰、造型。（四）建筑装饰陶瓷（2学时）建筑陶瓷的基本知识：陶瓷的分类；陶瓷的表面装饰。常用建筑装饰陶瓷：釉面内墙砖；陶瓷场地砖；陶瓷锦砖；陶瓷壁画与其它艺术陶瓷制品。介绍建筑琉璃制品。（五）建筑装饰玻璃及制品（3学时）玻璃的基本知识：玻璃的生产；玻璃的分类；玻璃的表面加工；玻璃的基本性质；玻璃体的缺陷。普通窗用玻璃：普通平板玻璃；浮法玻璃。建筑装饰玻璃及制品：磨光玻璃；彩色玻璃磨砂玻璃；压花玻璃；钢化玻璃；夹丝玻璃；吸热玻璃；夹层玻璃；热反射玻璃；减反射玻璃；单向透视玻璃；中空玻璃；光栅玻璃(镭射玻璃)；冰花玻璃；空心玻璃砖；异形玻璃；防火玻璃；釉面玻璃；玻璃马赛克；微晶玻璃装饰板。（六）建筑筑装饰塑料（3学时）高分子材料的基本知识：合成树脂的分类与特性；常用合成树脂。塑料的组成与特性：塑料的组成；塑料的特性。建筑装饰塑料制品；墙面装饰塑料；屋面与顶棚装饰塑料；塑料门窗；地面装饰塑料；塑料艺术制品；合成革。（七）纤维装饰织物与制品（2学时）纤维：天然纤维；化学纤维；玻璃纤维；纤维的鉴别方法。地毯：地毯的分类与特性；地毯的主要技术性质；纯毛地毯(羊毛地毯)；化纤地毯；挂毯。墙面装饰织物：织物壁纸；玻璃纤维印花贴墙布；无纺贴墙布；化纤装饰墙布；棉纺装饰墙布；高级墙面装饰织物；窗帘。矿物棉装饰吸声板：矿渣棉装饰吸声板；岩棉装饰吸声板。吸声用玻璃棉制品：吸声用玻璃棉扳；吸声用玻璃棉毡。（八）建筑装饰涂料（2学时）建筑装饰涂料的组成：基料；颜料与填料；溶剂；助剂。建筑装饰涂料的分类：涂料的分类；建筑涂料的分类。内墙装饰涂料：聚乙烯醇系内墙涂料；聚醋酸乙烯乳液涂料；醋酸乙烯丙烯酸酯有光乳液涂料；多彩内墙涂料；幻彩涂料；纤维状涂料；伤瓷涂料；绒面涂料；静电植绒涂料。外墙装饰涂料：苯乙烯丙烯酸酯乳液涂料；丙烯酸系外墙涂料；聚氨酯系外墙涂料；合成树指乳液砂壁状建筑涂料；复层建筑涂料；外墙无机建筑涂料。地面装饰：涂料聚氨酯地面涂料；环氧树脂地面涂料。油漆涂料：常用油漆涂料；特种油漆涂料。特种建筑装饰涂料：防火涂料；防水涂料；防霉涂料；防雾涂料。（九）木材装饰制品（2学时）木材的构造及性质：木材的构造木材的基本性质。木材的装饰特性与装饰效果：木材的装饰特性；木材的装饰效果。木材装饰制品；木地板；胶合板；旋切微薄木；纤