《复合材料学》课程教学大纲

复合材料学一、课程介绍《复合材料学》是无机非金属材料工程专业的专业教育选修课，是包括多学科、多领域的一门综合性学科。《复合材料学》是研究复合材料的各类基体材料和增强材料的结构特点、性能及结构与性能之间关系；是研究各类复合材料的组分、成型工艺、成型条件与性能之间的相互关系和变化规律的一门基础科学。通过本课程的学习，使学生系统掌握复合材料基础科学和相关工程应用领域基本理论和知识，理解和认识复合材料的结构和性能特点，充分理解材料结构与性能之间的紧密联系。在此基础上，认识和掌握复合材料的主要制备工艺手段与技术方法，了解复合材料的相关应用领域。培养学生基于材料特点设计材料的组织结构及实施工艺处理复合材料的能力，并具备运用所学知识开发设计新型复合材料的基本素质。本课程所讲述的内容包括总论、复合材料的基体材料、复合材料的增强材料、复合材料的界面、聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、碳/碳复合材料和混杂纤维复合材料，共10章内容，总计24学时，其中理论教学20学时，实验教学4学时，以期末理论课考试、实验报告及平时作业的形式结课。IntroductionCompositeMaterialsisanelectivecourseforinorganicnonmetallicmaterialsengineeringmajor.Itisacomprehensivesubjectwhichincludesmanysubjectsandfields.Compositematerialsistostudythestructuralcharacteristics,propertiesandtherelationshipbetweenstructureandpropertiesofvariousmatrixmaterialsandreinforcedmaterials.Itisabasicsciencetostudytherelationshipbetweenthecomponents,formingprocess,formingconditionsandpropertiesofvariouskindsofcompositematerials.Throughthestudyofthiscourse,studentscansystematicallymasterthebasictheoryandknowledgeofbasicscienceofcompositematerialsandrelatedengineeringapplicationfields.Understandthestructureandperformancecharacteristicsofcompositematerials,andfullyunderstandthecloserelationshipbetweenmaterialstructureandperformance.Onthisbasis,understandandmasterthemainpreparationprocessandtechnicalmethodsofcompositematerials,understandtherelevantapplicationfieldsofcompositematerials.Cultivatestudents'abilitytodesigntheorganizationalstructureofmaterialsandprocesscompositematerialsbasedonthecharacteristicsofmaterials,andhavethebasicqualitytodevelopanddesignnewcompositematerialswiththeknowledgetheyhavelearned.Thiscoursecovers10chapters,includinggeneral,thematrixofthecompositematerials,compositematerialsreinforcedmaterial,theinterfaceofthecomposite,polymermatrixcomposites,metalmatrixcomposites,ceramicmatrixcomposites,cement-basedcomposites,carbon/carboncompositematerialsandhybridfibercompositematerials.Ithasatotalof24classhours,including20classhoursoftheoreticalteachingand4classhoursofexperimentalteaching.Thecourseiscompletedintheformoffinaltheorycourseexamination,experimentreportandusualhomework.课程基本信息课程名称复合材料学课程编码432227英文名称CompositeMaterials课程学时24课程学分1.5课程类别专业教育课程课程性质选修课开课学期第7学期课内实验学时4适用专业无机非金属材料工程专业开课单位无机非金属材料系选用教材《复合材料概论》.哈尔滨工业大学出版社.王荣国,武卫莉,谷万里主编主要参考书1.《复合材料学》.武汉工业大学出版社.周祖福主编2.《复合材料》.天津大学出版社.吴人洁主编3.《现代复合材料》.中国物资出版社.陈华辉,邓海金,李明等主编二、教学大纲1、课程目标1）使学生理解并掌握复合材料的基本概念、类型、组成、基本原理、制备工艺方法、基本性能及主要应用等，使学生掌握功能材料的设计/开发解决方案的基本方法与技术，了解复合材料设计及制备技术的各种影响因素。2）能够运用所学基本知识理论和技能，对复合材料新产品、新工艺、新技术和新设备的特定需求以及特定条件，合理地选择研究路线，并能够设计出具体的研究方案。3）通过实验教学环节把所学的基础知识联系起来，使学生对复合材料的有关基本问题有一个较完整的概念，掌握典型复合材料的制备、性能检测及分析的基本知识和技能。能够根据所设计的研究方案，选择合适的实验装置与设备，构建实验体系，安全开展实验工作，正确采集实验数据，对实验结果进行归纳、分析和解释，并能通过信息综合得到合理有效的结论。4）在英文教材和英文PPT的环境下，掌握复合材料的增强材料有关基础理论知识，并通过外文文献的查阅和研究，了解各类复合材料的国内外发展趋势、研究热点，并具有跨文化交流的语言和书面表达能力，能就复合材料工程领域问题在跨文化背景下进行基本沟通和交流。教学目标与毕业要求的对应关系表可覆盖的指标点毕业要求支撑的指标点课程目标支撑理由123453.1指标点3.1掌握面向工程设计和产品开发全周期全流程设计/开发解决方案的基本方法与技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。√通过学习各种复合材料的基本原理、组成及性能特点、制备方法等，使学生掌握每一种复合材料的设计/开发解决方案的基本方法与技术，并了解影响每一种复合材料的设计目标和技术方案的各种因素。4.29.2指标点4.2能够针对无机非金属材料新产品、新工艺、新技术和新设备的特定需求和特定条件，选择研究路线，设计研究方案。√通过学习复合材料的基本原理、组成及性能特点、制备方法等，并结合实验课程，利用实验室现有的新设备，采用新技术及新工艺，能够选择合适的研究路线，设计出新型复合材料的研究方案。4.39.2指标点4.3能够根据所设计的研究方案，选择合适的实验装置与设备，构建实验系统，安全地开展实验，正确地采集实验数据，能对实验结果进行归纳、分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。√通过学习复合材料的基本知识，并结合实验课程，能够根据所设计的研究方案，选择出合适的实验装置与设备，来搭建制备新型复合材料的实验系统，并安全开展实验，正确地采集实验数据，对实验结果进行归纳、分析和解释，并通过信息综合，得出合理有效的结论。指标点10.2了解无机非金属材料工程及其相关专业领域的国际发展趋势、研究热点，理解和尊重世界不同文化的差异性和多样性，具备跨文化交流的语言和书面表达能力，能就无机非金属材料工程领域问题在跨文化背景下进行基本沟通和交流。√通过查阅相应的英文文献，组织课堂小组活动，让学生来讲解目前国内外某种新型复合材料，使学生了解复合材料某些领域的产业现状、国际发展趋势、研究热点等，并培养学生的沟通、交流和团队合作能力。2、教学要求（1）了解复合材料的发展简史、国内外发展现状、发展趋势及应用前景，能够跟踪复合材料国际前沿，具备国际视野；（2）理解并掌握复合材料的定义、分类方法及类型和各种复合材料的应用等；掌握复合材料中的基体材料的种类、基本物化性能及其特点；（3）能够使用英文教材、英文PPT学习复合材料中增强材料的基本理论和基础知识，掌握增强材料的种类、基本物化性能及其特点。（4）掌握聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和混杂纤维复合材料的种类、结构和性能特点；掌握聚合物基复合材料和混杂纤维复合材料的结构设计；掌握聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和碳/碳复合材料的成型加工技术。（5）通过实验课程，使学生掌握综合运用理论和技术手段进行识别和判断典型复合材料制备的关键环节和关键参数，并能分析其工艺过程的影响因素；能够根据典型复合材料的性能要求设计出材料制备方法、工艺流程及工艺参数。培养学生在团队中独立工作或开展合作，并能组织、协调和指挥团队展开工作的能力。（6）通过查阅相应的英文文献，组织课堂小组活动，让学生来讲解目前国内外某种新型复合材料，使学生了解复合材料某些领域的产业现状、国际发展趋势、研究热点等，具有自主学习和终身学习的意识，并培养学生在跨文化背景下进行基本的沟通、交流和团队合作能力。（7）通过教学，紧扣课程目标，使学生了解复合材料是当今发展高新技术必不可少的重要组成部分，并且越来越被世界各国所重视。作为新世纪的青年不仅要有良知与社会责任感、具有创新精神，更要有坚实的专业知识，这样才能更好地服务于社会。在课程的讲授过程中注重理论与实际相结合，通过实验使学生亲自操作，培养学生的实际动手能力和团结协作精神，既可以提高学生对课程内容的兴趣，又可以使学生具有责任感和使命感，从而更好的完成课程目标。通过公开的评分标准和公平的成绩评定过程，培养学生的公平正义感。3、预备知识或先修课程要求本课程的先修课是《无机化学》、《有机化学》、《材料科学基础》、《高分子材料》及《材料性能与表征》等课程。4、教学方式课程由理论课堂教学和实验教学两部分组成，理论课堂教学采用多媒体动画教学方式。理论授课20学时，教师讲授与课堂讨论相结合；实验教学4学时，以学生设计、操作为主，教师引导、答疑为辅。5、实验环境和设备（1）材料制备设备：实验室配备电子天平、混料机、混炼机、平板硫化仪、冲压机等。（2）性能测试设备：万能材料实验机。6、课程教学内容及学时分配第1章总论（1学时）§1.1复合材料发展概况及发展趋势§1.2复合材料的命名和分类§1.3复合材料的基本性能§1.4复合材料结构设计基础重点：复合材料定义、命名及分类；复合材料的发展概况及趋势和复合材料的基本性能。难点：复合材料结构设计基础。本章教学要求：使学生掌握复合材料的定义和命名原则，了解复合材料的分类方法，熟悉并掌握各种复合材料的基本性能。本章教学目的：通过对复合材料的基本性能和结构设计基础的掌握，开拓思路，提升复合材料设计能力。第2章复合材料的基体材料（2学时）§2.1金属材料§2.2无机胶凝材料§2.3陶瓷材料§2.4聚合物材料重点：基体材料的选取原则；热塑性与热固性树脂结构及其物化性能；交联剂、引发剂和促进剂的概念及其作用。难点：基体材料的选择原则，复合材料基体的作用。本章教学要求：掌握复合材料的基体材料选取原则；了解各种基体材料的成分、性能和应用，掌握陶瓷材料的制备、性能及应用；了解各种聚合物结构和性能，掌握交联剂、引发剂和促进剂的概念及其作用。本章教学目的：通过对复合材料的基体材料选取原则的掌握以及对各类基体性能的了解，提高分析问题和解决问题的能力，提升复合材料设计能力。第3章复合材料的增强材料（ReinforcedMaterialinCompositeMaterial）（3学时）§3.1玻璃纤维及其制品（GlassFiberanditsProducts）§3.2碳纤维（CarbonFiber）§3.3芳纶纤维（AramidFiber）§3.4其它纤维（OtherFibers）重点：增强体材料的选择原则，常用纤维增强体与颗粒增强体的结构特征、性能、基本制备方法。难点：增强体材料的选择原则，玻璃纤维与碳纤维的结构特点。本章教学要求：掌握玻璃纤维的分类、结构及化学组成，了解玻璃纤维及其织物的性能，掌握玻璃纤维的制造工艺及表面处理；掌握碳纤维的分类、制造方法、结构及性能，了解碳纤维的表面处理；掌握芳纶纤维的结构、特性、制造方法，了解凯芙拉纤维的制品及其应用；掌握硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维等的制备、性能及应用。本章教学目的：培养学生能够使用英文教材、英文PPT学习复合材料的增强材料。通过对复合材料的增强材料的基本性能、结构及制备方法的学习，提高分析问题和解决问题的能力，提升复合材料设计能力。第4章复合材料的界面（2学时）§4.1概述§4.2复合材料的界面§4.3增强材料的表面处理重点：界面的定义及界面效应；金属基与陶瓷基复合材料的界面特征，界面结合类型的划分。难点：聚合物基复合材料的界面作用机理；增强材料的表面处理。本章教学要求：理解与掌握界面的定义、复合材料中界面的形成机理、各类复合材料界面的基本特征及异同点。了解玻璃纤维、碳纤维两类增强材料的表面处理过程及其与基体材料结合的界面特征。本章教学目的：通过对复合材料中界面的形成机理及各类复合材料界面的基本特征的掌握，提高分析问题和解决问题的能力。第5章聚合物基复合材料（2学时）§5.1聚合物基复合材料的种类和性能§5.2聚合物基复合材料结构设计§5.3聚合物基复合材料成型加工技术§5.4聚合物基复合材料的应用重点：聚合物基复合材料的结构设计及成型方法。难点：聚合物基复合材料结构设计的过程。本章教学要求：了解聚合物基复合材料的类型；掌握聚合物基复合材料的性能特点；理解聚合物基复合材料的工艺特点，掌握聚合物基复合材料的成型方法；了解聚合物基复合材料在各种领域中的应用。本章教学目的：通过对聚合物基复合材料的结构设计及成型方法的掌握，提高综合分析问题和解决问题的能力，提升聚合物基复合材料的设计能力。第6章金属基复合材料（2学时）§6.1金属基复合材料的种类和基本性能§6.2铝基复合材料§6.3镍基复合材料§6.4钛基复合材料§6.5石墨纤维增强金属基复合材料重点：铝基、镍基及钛基复合材料的性能和制造方法。难点：金属基复合材料中增强体的性质，复合材料组分的相容性。本章教学要求：了解金属基复合材料的分类方法及类型；掌握金属基复合材料的制造方法；熟悉铝基、镍基和钛基复合材料的性能。本章教学目的：通过对金属基复合材料组分的相容性及铝基、镍基和钛基复合材料的制造方法的学习，提高分析问题和解决问题的能力，提升复合材料设计能力，开发新的金属基材料。第7章陶瓷基复合材料（2学时）§7.1陶瓷基复合材料的种类及基本性能§7.2陶瓷基复合材料的成型加工技术§7.3陶瓷基复合材料的应用重点：陶瓷基复合材料中基体材料及增强材料的种类、结构及物化性能特征；典型陶瓷基复合材料的特点及制备工艺。难点：陶瓷基复合材料的基体与增强体，陶瓷基复合材料的界面和韧化机理。本章教学要求：了解陶瓷基复合材料在各种领域中的应用；掌握陶瓷基复合材料中基体材料及增强材料的种类、结构及物化性能特征，典型陶瓷基复合材料特别是纤维增强、晶须和颗料增强（韧）陶瓷基复合材料的的种类和性能；了解陶瓷基复合材料界面的类型；掌握晶须增强陶瓷基复合材料的增韧化机理；掌握陶瓷基复合材料的制备方法。本章教学目的：通过对陶瓷基复合材料中基体材料及增强材料的种类、结构及物化性能特征的掌握，提高分析问题的能力，提升陶瓷基复合材料设计能力及开发新型的陶瓷基复合材料的能力。第8章水泥基复合材料（2学时）§8.1水泥基复合材料的种类及基本性能§8.2水泥基复合材料的成型工艺§8.3水泥基复合材料的应用重点：水泥基复合材料的基本性能；水泥基复合材料的成型工艺。难点：水泥的强度及硬化体的形成条件；影响纤维增强水泥基复合材料的因素。本章教学要求：了解水泥基复合材料的基本性能及应用；熟悉并掌握水泥基复合材料的成型工艺；熟悉混凝土的配合比设计及成型工艺的控制。本章教学目的：通过对混凝土的配合比设计及成型工艺的控制的掌握，提升水泥基复合材料的设计能力。第9章碳/碳复合材料（2学时）§9.1碳/碳复合材料的发展§9.2碳/碳复合材料的成型加工技术§9.3碳/碳复合材料的应用重点：碳/碳复合材料的成型加工技术；碳/碳复合材料的特性。难点：化学蒸气沉积法制备碳基体。本章教学要求：理解并掌握碳/碳复合材料的成型加工技术及碳/碳复合材料的特性；了解碳/碳复合材料的发展与应用。本章教学目的：通过对碳/碳复合材料的成型加工技术及碳/碳复合材料特性的掌握，提升碳/碳复合材料的设计能力。第10章混杂纤维复合材料（2学时）§10.1混杂纤维复合材料的种类和基本性能§10.2混杂纤维复合材料的结构设计§10.3混杂纤维复合材料的应用重点：混杂纤维复合材料的材料设计和结构设计；混杂纤维增强复合材料的特性。难点：混杂纤维复合材料的材料设计和结构设计。本章教学要求：理解混杂纤维复合材料的含义及组成；熟悉混杂纤维复合材料的材料设计；熟悉并掌握混杂纤维复合材料结构设计的要求和设计原则；掌握混杂纤维复合材料的特性；了解混杂纤维复合材料在各种领域中的应用。本章教学目的：通过对混杂纤维复合材料的基本性能、结构设计的要求和设计原则的掌握，提高综合分析问题和解决问题的能力，提升混杂纤维复合材料的设计能力。课程内容及教学方式对课程目标的支撑关系序号课程内容教学方式支持课程目标1第1章总论§1.1复合材料发展概况及发展趋势§1.2复合材料的命名和分类§1.3复合材料的基本性能§1.4复合材料结构设计基础以课堂讲授为主，结合课堂、课外作业。1、42第2章复合材料的基体材料§2.1金属材料§2.2无机胶凝材料§2.3陶瓷材料§2.4聚合物材料以课堂讲授为主，结合课堂、课外作业。1、23第3章复合材料的增强材料（ReinforcedMaterialinCompositeMaterial）§3.1玻璃纤维及其制品（GlassFiberanditsProducts）§3.2碳纤维（CarbonFiber）§3.3芳纶纤维（AramidFiber）§3.4其它纤维（OtherFibers）以课堂讲授为主，结合课堂、课外作业。课上进行小组讨论活动，由学生来讲解，教师做点评。1、24第4章复合材料的界面§4.1概述§4.2复合材料的界面§4.3增强材料的表面处理以课堂讲授为主，结合课堂、课外作业。1、25第5章聚合物基复合材料§5.1聚合物基复合材料的种类和性能§5.2聚合物基复合材料结构设计§5.3聚合物基复合材料成型加工技术§5.4聚合物基复合材料的应用以课堂讲授为主，结合课堂、课外作业。1、2、3、46第6章金属基复合材料§6.1金属基复合材料的种类和基本性能§6.2铝基复合材料§6.3镍基复合材料§6.4钛基复合材料§6.5石墨纤维增强金属基复合材料以课堂讲授为主，结合课堂、课外作业。1、2、47第7章陶瓷基复合材料§7.1陶瓷基复合材料的种类及基本性能§7.2陶瓷基复合材料的成型加工技术§7.3陶瓷基复合材料的应用以课堂讲授为主，结合课堂、课外作业。课上可进行小组讨论活动，由学生来讲解，教师做点评。1、2、48第8章水泥基复合材料§8.1水泥基复合材料的种类及基本性能§8.2水泥基复合材料的成型工艺§8.3水泥基复合材料的应用以课堂讲授为主，结合课堂、课外作业。1、2、49第9章碳/碳复合材料§9.1碳/碳复合材料的发展§9.2碳/碳复合材料的成型加工技术§9.3碳/碳复合材料的应用以课堂讲授为主，结合课堂、课外作业。课上可进行小组讨论活动，由学生来讲解，教师做点评。1、2、410第10章混杂纤维复合材料§10.1混杂纤维复合材料的种类和基本性能§10.2混杂纤维复合材料的结构设计§10.3混杂纤维复合材料的应用以课堂讲授为主，结合课堂、课外作业。1、2、47、实验项目内容、学时分配、实验小组序号实验项目内容提要实验类型学时分配分组人数实验地点教学要求1矿物增强聚合物基复合材料的制备及性能测试原料配方设计，实验方法及制备工艺设计，用混炼机将各种原料混合均匀，并将基体材料熔化，用压模成型机将混炼好的物料压制成板状，用冲片机对压模成型好的模片进行冲片，复合材料力学性能分析。综合性42-4无机非金属材料系实验室依据实验效果及实验报告进行综合评价。8、考核要求、考核方式及成绩评定标准(1)课程考核成绩由期末考试（30~50%）、平时作业（10~20%）和实验考核（30~50%）三部分组成。(2)期末考试以闭卷形式，采用统一评分标准，公正、公平、公开。(3)平时作业和实验效果评价，采用百分制记载，期末采用加权累计的方法计分。具体评分标准在教学活动进行之前发布在课程网站上公示给所有学生。(4)最终课程考核成绩采用百分制，满分100分，60分为及格。考核方式、内容、评分标准与课程目标的对应关系课程目标评价依据考核方式考核内容评分标准评价占比（%）1期末考试闭卷考试复合材料的基本