《材料科学基础》课程教学大纲

1、材料科学基础Fundamental of Material Sciences一、课程基本情况课程类别：专业主干课课程学分：4 学分课程总学时：64 学时，其中讲课： 64 学时，实验（含上机）： 0 学时，课外 0 学时课程性质：必修开课学期：第3学期先修课程：大学物理，材料物理，物理化学适用专业：材料物理教 材：胡骞祥等，材料科学基础，上海交通大学出版社，2010年。开课单位：物理与光电工程学院材料物理系二、课程性质、教学目标和任务材料科学基础是材料物理专业专业主干课。本课程将系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材

2、料中的扩散，材料的塑性变形与强化、材料的亚稳态、材料的制备及成等。本课程着眼于材料基本问题、从金属材料的基本理论出发，将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。通过理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析和解决问题，探索新知识的能力。它为该专业学生的后续课程，如材料加工成型、材料热处理、材料的性能、工程材料学、材料测试、材料的近代研究方法、计算机在材料科学中的应用等提供基础。 三、教学内容和要求绪论（1学时）第1章 材料的结构（7学时）1.1材料的结合方式（1学时）（1）了解原子的键合方式； （2）理解工程材料的键性； （3）掌握

3、金属键的概念；重点：金属键难点：原子的键合方式1.2晶体学基础（3.5学时）（1）了解晶体、非晶体的区别； （2）理解晶体点阵的概念； （3）掌握晶向指数和晶面指数的计算；重点：晶向指数、晶面指数计算难点：晶向指数、晶面指数计算1.3材料的晶体结构（2.5学时）（1）了解不同共价晶体、离子晶体的晶体结构； （2）理解合金相的晶体结构； （3）掌握典型金属的晶体结构；重点：金属的晶体结构难点：金属的晶体结构第2章 晶体缺陷（10学时）2.1点缺陷（3学时）（1）了解点缺陷对性能的影响； （2）理解点缺陷类型和形式； （3）掌握点缺陷的概念；重点：点缺陷类型难点：点缺陷类型2.2线缺陷（5学时）（

4、1）了解位错的运动和弹性性质； （2）理解位错的概念和分类； （3）掌握柏氏矢量；重点：柏氏矢量难点：柏氏矢量、位错的运动2.3面缺陷（2学时）（1）了解面缺陷的分类； （2）理解小角度晶界的形成； （3）掌握面缺陷的概念；重点：晶界难点：小角度晶界第3章 纯金属的凝固（6学时）3.1纯金属的结晶过程（1学时）（1）了解纯金属的结晶过程； （2）理解形核长大的概念； （3）掌握结晶的概念；重点：结晶的概念难点：结晶的概念3.2结晶的热力学条件（2学时）（1）了解过冷现象； （2）理解结晶的热力学条件； （3）掌握过冷度的概念；重点：过冷度的概念难点：过冷度的概念3.3形核规律（2学时）（1）了

5、解形核过程； （2）理解均匀形核和非均匀形核； （3）掌握形核条件；重点：形核条件难点：形核条件3.3长大规律（1学时）（1）了解微观界面的分类； （2）理解光滑界面和粗糙界面； （3）掌握晶核长大机制；重点：晶核长大难点：晶核长大机制第4章 二元相图（10学时数）4.1相图的基本知识（1.5学时）（1）了解相图的概念； （2）理解相图的几何规律； （3）掌握晶相律；重点：相律难点：相图的几何规律4.2二元相图的基本类型（2学时）（1）了解相图的分类； （2）理解匀晶转变、共晶转变； （3）掌握匀相图的分析；重点：匀晶相图和共晶相图的分析难点：包晶相图的分析4.3二元相图的分析和使用（1.5学

6、时）（1）了解其他相图； （2）理解相图的分析方法； （3）掌握相图分析方法；重点：相图的分析方法难点：复杂二元相图的分析方法4.4铁碳相图和铁碳合金（5学时）（1）了解铁碳合金中的相； （2）理解铁碳相图的分析方法； （3）掌握铁碳相图的相组成和组织组成的计算；重点：铁碳相图的相组成和组织组成的计算难点：铁碳相图的相组成和组织组成的计算第5章 三元相图（8学时）5.1三元相图的成分表示法（2学时）（1）了解三元相图的表示方法； （2）理解浓度三角形的概念； （3）掌握浓度三角形的分析；重点：浓度三角形分析难点：利用浓度三角形确定成分5.2三元系平衡转变的定量法则（2学时）（1）了解三元系定量

7、法则； （2）理解直线定律； （3）掌握重心定律；重点：直线定律、重心定律难点：重心定律5.3三元匀晶相图（2学时）（1）了解三元匀晶相图的结构； （2）理解等温截面图成分的确定； （3）掌握等温和变温截面图的分析；重点：等温截面图的分析难点：等温截面图成分的确定5.4三元共晶相图（2学时）（1）了解三元共晶相图的结构； （2）理解投影图； （3）掌握等温和变温三元共晶相图的分析；重点：等温和变温三元共晶相图的分析难点：等温和变温三元共晶相图的分析第6章 固体材料的变形和断裂（6学时）6.1弹性变形（0.5学时）（1）了解弹性变形概念； （2） 理解普弹性、滞弹性； （3）掌握弹性变形过程；重

8、点：弹性变形难点：弹性变形6.2单晶体的塑性变形（1.5学时）（1）了解塑性变形的种类； （2）理解滑移和孪生的机制； （3）掌握滑移的概念；重点：滑移难点：孪生的机制6.3多晶体的塑性变形（1学时）（1）了解多晶体变形的特点； （2）理解多晶体变形的过程； （3）掌握晶粒大小对塑性变形的影响；重点：晶粒大小对塑性变形的影响难点：细晶强化的机制6.4显微组织与性能的变化（1学时）（1）了解显微组织的变化； （2）理解组织变化对性能的影响； （3）掌握形变织构；重点：显微组织变化、性能变化难点：性能变化6.5金属及合金强化的位错解释（2学时）（1）了解柯氏气团的概念； （2）理解柯氏气团的形成；

9、 （3）掌握位错强化机制；重点：位错强化机制难点：位错强化机制第7章 再结晶与回复（7学时）7.1形变金属退火中变化（1学时）（1）了解形变金属退火中组织变化； （2） 理解退火中畸变能的变化； （3）掌握弹退火中性能的变化；重点：退火中性能的变化难点：退火中畸变能的变化7.2回复（2学时）（1）了解回复的过程； （2）理解回复的机理； （3）掌握回复时性能变化；重点：回复时性能的变化难点：回复的机制7.3再结晶（2学时）（1）了解再结晶的过程； （2）理解再结晶动力学； （3）掌握再结晶对晶粒大小的影响；重点：再结晶对晶粒大小的影响难点：再结晶的机制7.4晶粒长大（2学时）（1）了解晶粒长大

10、过程； （2）理解晶粒长大影响因素； （3）掌握晶粒长大概念；重点：晶粒长大影响因素难点：晶粒长大的机理第8章 扩散（6学时）8.1扩散定律（1学时）（1）了解扩散第一、第二定律； （2） 理解扩散方程的应用； （3）掌握上坡扩散的概念；重点：扩散第一、第二定律难点：上坡扩散8.2扩散机制（2学时）（1）了解扩散的几种机制； （2）理解间隙扩散和置换扩散； （3）掌握扩散的机理；重点：扩散的机理难点：扩散的机理8.3影响扩散的因素（2学时）（1）了解多影响扩散的因素； （2）理解影响扩散的机理； （3）掌握合金元素对扩散的影响；重点：影响扩散的因素难点：金元素对扩散的影响第9章 固态相变（7学

11、时）9.1固态相变总论（1学时）（1）了解形固态相变种类； （2） 理解固态相变特征； （3）掌握弹固态相变的概念；重点：固态相变的形核与长大难点：相变动力学9.2扩散型相变（2学时）（1）了解扩散型相变分类； （2）理解调幅分解的概念； （3）掌握共析转变机理；重点：共析转变难点：共析转变机理9.3无扩散相变（2学时）（1）了解无扩散相变的过程； （2）理解马氏体相变机理； （3）掌握无扩散相变类型；重点：马氏体相变难点：马氏体相变9.4贝氏体相变（2学时）（1）了解贝氏体形变过程； （2）理解贝氏体相变机理； （3）掌握贝氏体钢性能应用；重点：贝氏体组织形态对性能影响难点：贝氏体转变机理9.5钢的热处理原理（2学时）（1）了解钢的热处理原理； （2）理解钢在不同热处理时的相变； （3）掌握钢加热、冷却和回火时的转变；重点：钢加热、冷却和回火时的转变难点：不同热处理时的相变四、课程考核（1