材料科学基础课程大纲

1、晶体学基础主要内容晶体学基础主要内容包括材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性； 晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用 空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。 晶系与布拉菲点阵：种晶系，14种布拉菲点阵的特点； 晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律 六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。 典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶合金相结构主要内容合金相结构主要内容 固溶体：固溶体的分类有置换固溶体及影响固溶度因素，

2、间隙固溶体，缺位固溶体； 中间相：正常价化合物，电子化合物，间隙相与间隙化合物，金属间化合物的性质与应用； 固溶体的微观不均匀性：超结构，以fcc、bcc及hcp为基的超结构，有序参数；空位与位错主要内容空位与位错主要内容 晶体中的缺陷，晶体缺陷的分类 晶体缺陷的形成 点缺陷：点缺陷的种类，点缺陷的形成，点缺陷的运动，点缺陷的平衡浓度，点缺陷对材料性能的影响 位错：位错理论的起源：理论切变强度，位错学说 位错的观察 位错基本类型及特征：刃型位错，螺型位错，混合位错 柏氏矢量：确定方法，柏氏矢量的模，实际晶体中的柏氏矢量，柏氏矢量的特性，位错密度 外力场中作用在位错线上的力 位错运动：滑移，攀移

3、，派一纳力，混合位错的运动 位错的弹性性质：直螺错的应力场，直刃错的应力场，混合直位错的应力场 位错的应变能及位错线张力 位错间的交互作用：两根平行螺位错的交互作用，两根平行刃位错的交互作用， 位错的相互交截：螺型位错与螺型位错，刃错与刃错，螺错与刃错 位错的塞积 位错的增殖 实际晶体中的位错：单位位错，堆垛层错，不全位错：肖克莱，弗兰克不全位错 位错反应及汤普逊四面体 位错与溶质原子的交互作用：弹性交互作用，柯垂尔气团，斯诺克气团，静电交互作用 化学交互作用表面与界面主要内容表面与界面主要内容 固体表面：表面的分类， 晶体的平衡形状与结构的关系 晶体的生长形状 表面吸附与分凝：物理吸附，化学

4、吸附，分凝 晶界：晶界分类，晶界模型，小角晶界的位错模型，大角晶界的模型 晶界的表面张力和晶界能，晶界迁移，晶界上少量第二相的形貌，晶界平衡偏聚 亚晶界 孪晶界 相界：共格相界，非共格相界 晶态固体的表面与界面实例：薄膜材料：制备，性质，用途 复合材料：概念，分类，增强体，复合效应，增强原理，界面结合类型，界面对性能影响 耐火材料的生产：粉体制备，固相反应，烧结 纯金属的凝固主要内容纯金属的凝固主要内容 液态金属的结构； 金属结晶过程：金属结晶的条件，过冷，热力学分析，结构条件 晶核的形成：均匀形核：能量分析，临界晶核，形核功，形核率 非均匀形核：形核功，形核率 晶体的长大：动态过冷度（晶体长

5、大的条件），固液界面微观结构，晶体长大机制，晶体长大形态：温度梯度，平面长大，树枝状长大 陶瓷、聚合物的凝固 结晶理论的应用实例：铸锭晶粒度的控制，单晶制备，定向凝固，非晶态金属 二元合金相图与合金凝固主要内容二元合金相图与合金凝固主要内容相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律； 二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析 固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼； 二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙粗糙界面,粗糙光滑界面,光滑光滑界面；

6、 共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶； 二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶合金的非平衡凝固与组织 包晶反应的应用 铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭的缺陷 其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变 二元相图总结及分析方法 二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图，Al-Mn相图，Al2O3-SiO2二元系相图 相图与合金性能的关系 相图热力学基础：自由能成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分自由能曲线绘制二元相图三元合金相图主要内容三元合金相图主

7、要内容成分表示方法：等边三角形，等腰三角形，直角坐标，成分三角形特殊线，直线法则与杠杆定律，重心法则； 三元匀晶相图：相图分析，等温截面，变温截面； 固态完全不溶三元共晶相图：相图分析，等温截面，变温截面，投影图； 固态有限溶解的三元共晶系：相图分析，等温截面，变温截面，投影图及凝固过程； 有包共晶反应的三元系：相图分析，投影图及凝固过程； 有三元包晶反应的三元系：相图分析，投影图及凝固过程分析； 生成化合物的三元相图； 三元相图总结：三元系的单相区，三元系的两相区，三元系的三相区，三元系的四相平衡 三元系的液相面投影，三元系的相区接触法则； 三元相图实例：Fe-Cr-C系，Al-Cu-Mg系

8、，CaO-SiO2-Al2O3系原子扩散要求掌握的主要内容原子扩散要求掌握的主要内容 扩散第一定律 扩散第二定律，第二定律的解及应用实例 柯肯达尔效应 扩散的微观机理：扩散机制，高扩散率通道 扩散热力学：驱动力，反应扩散 影响扩散的因素 扩散的应用实例材料冷变形要求掌握的主要内容材料冷变形要求掌握的主要内容晶体的变形过程：弹性变形，塑性变形，断裂，应力应变曲线 单晶体的塑性变形：滑移：滑移线，滑移系，交滑移，多系滑移，滑移的位错解释 临界分切应力，拉伸和压缩时晶体的转动 其它变形方式：孪生，扭析 单晶体的应力应变曲线 多晶体的塑性变形：晶粒取向的影响，晶界的影响 晶粒大小对材料性能的影响：Ha

9、ll-Petch公式，高温强度 单相固溶体合金的变形：固溶强化，屈服现象，应变时效 复相合金的变形：第二相的影响 塑性变形中金属的组织，性能变化：组织变化，加工硬化，内应力，织构 金属及合金强化的位错解释：Cottroll气团，位错的相互交截，带割阶的位错运动，Lomer-Cottrell位错，加工硬化的位错解释，绕过机制（Orowan机制），切过机制 复合材料的塑性变形 聚合物和陶瓷的塑性变形 聚合物的塑性变形 陶瓷的塑性变形 冷变形金属回复与再结晶主要内容冷变形金属回复与再结晶主要内容 冷变形金属加热时的变化：形核，再结晶，晶粒长大，性能变化 回复：回复时组织变化，回复动力学，回复的用途 再结晶：再结晶形核机制，再结晶动力学，再结晶温度，再结晶后晶粒大小， 再结晶退火：软化，再结晶织构 再结晶后晶粒的长大：正常长大，反常长大 金属的热变形：动态回复，动态再结晶，热变形对金属材料组织性能影响，超塑性 相变理论中要求掌握的主要内容 固态相变基本理论 固态相变的几种基本形式：脱溶，共析转变、马氏体转变等。超常规制备技术主要内容超常规制备技术主要内容 了解几种超常规制备技术的原理和应用前景： 喷射沉积 半固态加工 机械合金化 快速凝固 材料的结构与电学、磁学性能 明确材料电子尺度的结构特点 了解由于电子结构的变化对材料电学性能、半导体性