《功能材料的制备与成型》教学大纲

《功能材料的制备与成型》课程教学大纲课程名称：中文：功能材料的制备与成型英文：Synthesisforfunctionalmaterialsandtheirformingmethods课程编码：专业选修课学时与学分：总学时：48学时学分：3学分先修课程《大学物理》，《材料热力学》，《普通化学》，《材料科学基础》五、授课对象本课程面向功能材料专业本科生开设。六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是功能材料专业的必修课之一，其教学目的是通过本课程的学习，使学生应初步掌握功能材料的基本制备方法及知识，为后续专业课程的学习和以后的科技实践工作打下基础。具体要求是：1．掌握功能材料的基本制备方法及其相关理论。2．了解功能材料制备所需的常用试验仪器及设备，掌握常规功能材料的制备方法及其成型技术与相关理论。3．了解功能材料制备及成型技术的前沿和发展趋势。表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求及其指标点本课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点毕业要求1：工程知识能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。1.1掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的数学基础知识。1.2掌握了用于解决功能材料领域复杂问题的物理、化学等自然科学基础知识。1.3掌握了用于解决功能材料领域材料制备及成型的基础知识。课程目标11.4掌握了用于解决功能材料领域应用的基础知识。1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用于解决功能材料领域的基本制备方法。毕业要求2：问题分析能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.1能够应用工程数学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。2.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。2.4能够应用工程科学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。毕业要求3：设计/开发解决方案能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。3.1了解功能材料与器件问题的特征，掌握解决复杂工程问题的设计方法。3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等制约因素的前提下，能够设计（开发）针对复杂功能材料制备方面问题的解决方案，具备设计（开发）满足特定工程需求的功能材料、单元（部件）或工艺流程的能力。课程目标1课程目标23.3在设计（开发）过程中，具有追求功能材料领域复杂问题创新解决的态度和意识，掌握了基本的创新方法，清楚创新方向及领域。毕业要求4：研究能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4.1掌握功能材料的合成与制备技术的原理及特点，能够采用科学方法，具备合理设计制备功能材料的复杂实验、开展科学研究的能力。课程目标14.2掌握功能材料与器件的分析测试技术的原理及主要特点，能够采用科学方法，正确构建并实施功能材料与器件测试的综合实验，得出正确结果的能力。4.3能正确使用和处理实验数据，通过信息综合处理，具备对复杂的功能材料和器件的测试结果进行正确分析的能力。4.4了解功能材料制备与测试所需的常用设备、实验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。课程目标2毕业要求5：使用现代工具能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。5.1掌握文献检索、资料查询、现代网络搜索工具的使用方法。5.2了解功能材料专业重要资料来源及获取方法。5.3具备应用各类文献、信息及资料进行功能材料与器件领域的工程实践的能力。5.4掌握功能材料与器件领域复杂工程问题的预测与模拟方法，理解其局限性。毕业要求6：工程与社会能够基于工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。6.1了解与功能材料相关的国家方针、政策与法律法规，能够评价工程实践对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。6.2了解功能材料专业的特点及其对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，能够正确评价各种功能材料制备与表征方案的优劣。6.3能正确认识功能材料的制备和加工中的各种复杂工艺对于客观世界和社会的影响，理解并能够承担的相应工程和社会责任。毕业要求7：环境和可持续发展能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7.1了解功能材料专业的专业特征、学科前沿和发展趋势，正确认识本专业对于社会发展的重要性。课程目标37.2能正确理解和评价功能材料领域复杂问题的实施对环境保护及社会可持续发展等的影响。7.3在解决功能材料领域复杂的实际问题中，能够正确理解并考虑工程实践对环境、社会可持续发展的影响。毕业要求8：职业规范具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。8.1具有人文社会科学素养，理解世界观、人生观的基本意义及其影响。8.2了解中国国情，理解中国可持续科学发展道路以及个人的做人规范，具有较高的社会责任感。8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、职业责任,具备工程师的职业道德8.4具有健康的体质和良好的心理素质，能较好地履行责任。毕业要求9：个人和团队能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。9.1具备较宽广的本学科基础知识和较高的个人素质，能够在多学科背景下，承担个人及团队成员的作用。9.2具备良好的团队协作精神，善于和团队其它成员协作、互补、交往。9.3能够承担团队负责人角色，具备综合团队成员意见和建议，进行合理决策之领导能力。毕业要求10：沟通能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。10.1较好地掌握了一门外语，了解不同文化的差异，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外的技术现状，具有较强的业务沟通能力与竞争能力。10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。毕业要求11：项目管理理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。11.1了解电子及材料工程管理和经济决策的基本知识，理解并掌握工程管理原理与经济决策方法。11.2具备应用工程管理和经济决策知识实践的工作能力，具有一定的组织、管理及领导能力，能够较好地通过口头或书面方式表达自己的想法。11.3具有较强的综合归纳能力，能在多学科环境中加于应用。毕业要求12：终身学习具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。12.1对终身学习的重要性，有自觉的意识和正确的认识。12.2能够采用合适的方法，自我学习、提高的能力。12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。七、教学重点与难点：课程重点：功能材料种类繁多，无论是合成理论还是成型方法所涉及知识面广，本课程将重点介绍：常用功能材料的合成方法及其相关理论（包括物理冶金方法及化学方法）。常用功能材料的成型技术与常用设备（粉末成型技术、半导体厚膜电路制备技术、增材制造技术等等）。重点学习的章节内容包括：第1章“绪论”（4学时）、第2章“压制成型技术及其理论”（6学时）、第6章“粉末注射成型技术及其理论”（6学时）。课程难点：本课程所涉及的内容广泛，知识点较多，因此要求学生的基础知识掌握较好，才能完全理解课程中的全部内容。本课程涉及的制备方法与工程技术的内容较多，由于很多制备设备只有工业生产中才能见到，而学生在课堂上只能有所了解，因此难以建立感性认识。八．教学方法与手段教学方法：在课堂讲授中，教师从典型“功能”器件入手，分析制作器件的材料性能、合成方法及成型技术，突出功能材料制备方法与传统结构材料制备方法的差异，由浅入深地将教学内容有机地串起来，使学生对功能材料的制备方法有一个全面的了解。适当安排讨论课。以实际功能器件的制备方法为题开展制备方法的课堂讨论，提高学生的主体意识和对课堂的参与度，加强学生之间以及师生之间的交流互动，从而强化教学效果。适当布置课后资料查阅作业，并结合文献检索与资料查询，对所学内容加以拓展和巩固。教学手段：多媒体幻灯片与黑板板书相结合的手段进行教学。九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。表2基本教学内容与学时安排序号课程内容课堂（学习、讨论）学时课外（准备、复试、实践）学时1绪论222压制成型技术及其理论663轧制成型机理论644挤压成型技术645流法成型技术646粉末注射成型技术及其理论647微型器件的成型技术668新型功能材料成型技术64（2）具体内容各章节的具体内容如下：第一章绪论（2学时）1.功能材料的分类与发展2．本课程的学习目的及主要内容第二章压制成型技术及其理论（6学时）1．压制成型原理2.压制过程力学分析3.粉体压制成型的相关理论4.压制成型工艺5.等静压成型第三章轧制成型技术及理论（6学时）1．轧制成型原理2．轧制成型工艺设计3.粉料性能对轧制工艺及制品的影响4．轧膜成型工艺5.楔型压制工艺6.热轧成型工艺第四章挤压成型技术（6学时）1．挤压成型原理及特点2．挤压成型工艺3．挤压成型的影响因素4．成型工艺的应用第五章流法成型技术（6学时）1．流法成型的基本概念及原理2．注浆成型工艺3．流延成型工艺4．丝网印刷工艺5.微喷射成型工艺第六章粉末注射成型技术及其理论（6学时）1．注射成型技术的定义与分类2．热压注成型3．注射成型第七章微型器件的成型技术（6学时）1.化学成型2.FIB成型3.微挤压成型4.Spin成型第八章新型功能材料成型技术（6学时）1．原位凝固成型技术2．快速成型技术3．纳米功能材料的成型方法简介第五部分实验（4学时）实验一粉末压制成型试验实验二流延成型试验（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求思考题（课后作业）：第1章思考题：1、常用功能材料的种类有哪些？2、比较粉末冶金材料与陶瓷材料成型特点。3、影响粉体填充率的因素有哪些？第2章思考题：1、什么是粉末压制速率相等原则？2、什么是粉末压制的弹性后效？请叙述影响粉末压制弹性后效的主要因素有哪些？3、陶瓷粉体的压制压力较低，一般在50—120MPa范围，钢铁粉体的成型压力一般在300—750MPa,而屈服强度较低的铝、铜、锡等粉体的成型压力一般小于300MPa。请说明其原因。4、为何要造粒？有哪些造粒方法？5、解释干压成型压力与坯体与密度间的关系曲线。6、什么是弹性后效？其产生原因是什么？有何危害？如何减少弹性后效？7、干压成型坯密度不均匀形成原因是什么？8、什么叫单向压、双向压、等静压？试比较它们所生产型坯的密度分布特点。第3章思考题：1、何为粉末轧制、轧膜成型、楔型压制？它们的工艺原理、流程各是什么？2、解释：咬入角、咬入厚度、压制系数、压实系数、延伸系数、料柱高度、供料厚度及供料角、回弹值、负缝距、热轧、冷轧。3、以水平轧制为例，说明供料方式对轧坯厚度与密度的影响。4、热轧较冷轧有何优点？5、粉末的性能如何影响轧坯性能？6、陶瓷粉如何实现粉末轧制？7、轧膜成型应该如何控制轧坯厚度？8、楔型压制特点是什么？第4章思考题：1、挤压嘴设计原则？２、挤压成型的原理是什么？３、如何评价泥料的可塑性？４、粘土塑化原理是什么？5、何种条件选用热挤压而不选用冷挤压？第5章思考题：1、何谓流法成型？据你所知，哪些成型方法属于流法成型？2、浆料有哪些流体形式，各具有哪些特点？3、什么叫触变性，如何表征？4、何谓浆料的稳定性？浆料稳定的基本原理是什么？5、何谓ζ电位？ζ电位在浆料稳定性方面有何意义？6、何谓注浆成型，其基本工艺路线是什么？7、注浆成型用石膏模具如何制备？8、何谓流延成型，其基本工艺路线是什么？9、何谓丝网印刷，其基本工艺路线是什么？10、丝网印刷浆料如何组成？第6章思考题：1、什么叫粉末注射成型？其工艺流程是什么？2、粉末注射成型为什么可以制备形状复杂的型坯？3、粉末注射成型喂料主要组成是什么？其选择原则如何？4、粉末注射成型喂料主要性能是什么？5、粉末注射成型适合制造什么样的坯体？第7章思考题：1、什么是化学成型2.、什么是FIB成型3、什么是微挤压成型4、什么是Spin成型第8章思考题：1、什么是原位凝固成型技术？2、什么是快速成型技术？3．什么是液相分离（LPS）？讨论（思考题及作业）要求：1、每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式做一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约10%计入课程总成绩）。2、每位学生或以小组（限5人）为单位，要求参入课堂讨论，用PPT展示汇报（时间不超过10分钟），汇报表现与成绩，按约10%计入课程总成绩。十、教材及参考书教材：暂时缺参考书：《粉末冶金与陶瓷成型技术》刘军、佘正国编，化学工业出版社出版，第二版。十一、课程成绩评定与记载课程考核及评价细则，详见表3。表3课程考核及评价细则成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细则对应的教学目标平时成绩30%上课表现10根据学生平时上课的出勤率、课堂表现及