渭师院《材料科学与工程基础》教学大纲

《材料科学与工程基础》教学大纲课程名称：材料科学与工程基础课程编号：083831010总学时：72适用对象：材料科学与工程专业，材料化学专业一、教学目的与任务1.

教学目的：《材料科学与工程基础》是给材料类专业开设的一门重要的学科理论基础课程。2.

教学任务：使学生掌握有关工程材料的基本理论和知识；掌握材料的科学实验方法和有关的实验技术；掌握定量、半定量地解决工程材料问题的方法。培养学生用所学理论分析和解决实际问题的能力。二、教学基本要求1.

了解组成材料的原子间的键合方式及其与性能间的关系。掌握晶面、晶向的表示方法；掌握三种典型的晶体结构；掌握晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质。2.

理解和掌握材料结晶的基本规律。3.

理解二元和三元基本相图的特点，掌握相图的分析方法，掌握不同成分材料平衡凝固过程及在凝固过程中的相和组织转变规律。4.

掌握扩散基本定律，掌握材料扩散的微观机理，理解影响金属扩散的因素。5.

理解晶体材料的塑性变形特点，掌握材料的强化方法及其强化机制。6.

了解冷变形材料在加热时组织和性能的变化；掌握再结晶时组织的变化及影响再结晶的因素；掌握再结晶后晶粒的长大及其控制。7.

了解固态相变的类型与特征；掌握扩散性相变新相形核与长大规律；熟悉脱溶分解、调幅分解马氏体相变。8.

了解复合材料概念、分类及特点；掌握复合材料的界面。三、教学内容及要求第一章

工程材料中的原子排列第一节

原子键合一、固体中的原子的结合键（金属键、共价键、离子键、分子键、氢键）二、工程材料的分类第二节

原子的规则排列一、晶体学基础（晶体、结构、空间点阵、布拉菲点阵晶面指数、晶向指数、晶面间距）二、晶体结构及其几何特征（金属中常见晶体结构、陶瓷的晶体结构）

第三节原子的不规则排列点缺陷（平衡浓度、形成、结构和能量）线缺陷（位错的基本类型、柏氏矢量、位错密度、作用在位错上的力及位错的运动、位错的应力场与应变能位错之间的交互作用、位错的增值、塞积与交割、实际晶体中的位错）面缺陷（晶界、亚晶界、挛晶界和相界）

教学重点：掌握晶面、晶向的表示方法，三种典型的晶体结构的几何特征，晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质。教学难点：晶体结构中间隙类型与半径，位错中的柏氏矢量，位错的增殖机制。本章教学要求：通过本章的教学，要使学生了解固体中的原子的结合键，掌握晶面、晶向的表示方法，三种典型的晶体结构的几何特征，晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质，增长学生对晶体结构的理论认识及利用本质知识解决实际问题的能力。第二章

固体中的相结构第一节

固熔体一、什么是固熔体二、置换固熔体（原子尺寸因素、晶体结构因素、负电性因素、电子浓度因素）三、间隙固熔体四、有序固熔体五、固熔体的性能第二节

金属间化合物一、正常价化合物二、电子化合物（电子相）三、间隙化合物（简单间隙化合物、复杂间隙化合物）四、金属化合物的特点

第三节陶瓷晶体相氧化物结构（AB型、AB2、A2B2型、ABO3型）硅酸盐结构的特点及分类（特点、分类）

第四节玻璃相

第五节分子相大分子及其构成（巨大分子及相对分子质量、高分子的合成）高聚物的结构（结构单元的化学组成、结构单元的键接方式和构型、大分子链的几何形状、大分子链的构象、大分子的聚集态结构）教学重点：固溶体、金属间化合物的结构、影响因素和性能特点。教学难点：影响固溶体溶解度的因素，陶瓷晶体相的结构。本章教学要求：通过本章的教学，要使学生了解固体中的相结构，掌握固溶体、金属间化合物的结构、影响因素和性能特点，增长学生对固体相结构的认识。第三章

凝固第一节

金属结晶的基本现象一、金属结晶的微观现象二、金属结晶的宏观现象（冷却曲线与材料结晶温度、过冷现象与过冷度）第二节

金属结晶的基本条件一、金属结晶的热力学条件二、金属结晶的结构条件

第三节晶核的形成均匀形核（晶胚形成时能量的变化、临界晶核、形核功、形核率）

二、非均匀形核（形核功、形核率）

第四节晶体的长大一、晶体长大的条件二、液－固界面的微观结构三、晶体长大的机制（垂直长大方式、横向长大方式）四、晶体长大的形态五、陶瓷、聚合物的凝固六、凝固理论的应用（铸态晶粒的控制、单晶体的制备、定向凝固技术、非晶态金属、微晶合金）教学重点：金属结晶的条件，均匀形核，凝固理论的应用。教学难点：非均匀形核本章教学要求：通过本章的教学，要使学生了解金属结晶的基本现象和凝固理论的应用，掌握金属结晶的条件，均匀形核，增长学生对凝固过程的理论认识和利用凝固理论解决实际问题的能力。第四章

相图第一节

相、相平衡及相图制作一、相二、相平衡与相律三、相图的表示与测定第二节

二元匀晶相图一、相图分析二、固熔体的平衡凝固（过程、组织、杠杆定律）三、固熔体的非平衡凝固与微观偏析四、固熔体的非平衡结晶与宏观偏析（液相内熔质完全混合、原子部分混合、通过扩散混合、区域熔炼）五、成分过冷与固熔体的组织（形成、控制）

第三节

二元共晶相图一、相图分析二、共晶系合金的平衡凝固和组织（端部固熔体合金、共晶合金、亚共晶合金、过共晶合金）三、共晶组织及其形成机理（粗糙－粗糙界面共晶、粗糙－平滑界面共晶、平滑－平滑界面共晶）四、共晶系合金的非平衡凝固和组织（伪共晶组织、离异共晶）

第四节二元包晶相图一、相图分析二、包晶合金的平衡凝固和组织三、包晶合金的非平衡凝固和组织

第五节其它二元要相图一、形成化合物的二元相图二、具有三相平衡恒温转变的其他二元相图三、有序－无序转变的相图四、同素异晶转变的相图

第六节二元相图的分析方法一、复杂二元相图的分析方法二、二元相图分析实例（相图中的相、点、线、铁炭合金结晶过程分析、组织与力学性能）三、相图与合金的性能

第七节相图的热力学解释一、熔体的自有能－成分曲线二、异相平衡的条件三、由二元系各相的自由能曲线绘制相图

第八节铸锭的组织与偏析一、铸锭的组织二、铸锭组织的控制三、铸锭中的偏析（正偏析、反偏析、密度偏析）

第九节三元相图一、三元相图的几何特征（成分表示方法、直线法则与杠杆定理、重心法则、相区相邻规则）二、三元匀晶相图（相图及其投影图、等温截面图、垂直截面图）三、三元共晶相图四、相平衡特征（单相状态、两相平衡、三相平衡、四相平衡）五、实用三元相图举例教学重点：二元匀晶相图，二元共晶相图，二元包晶相图，铁碳合金相图，三元共晶相图。教学难点：杠杆定律应用，三元共晶相图。本章教学要求：通过本章的教学，要使学生了解相、相平衡及相图制作，掌握二元匀晶相图，二元共晶相图，二元包晶相图，铁碳合金相图，三元共晶相图，增长学生分析相图和利用相图解决实际问题的能力。第五章

材料中的扩散第一节

扩散定律及其应用一、扩散定律（菲克第一定律、第二定律）二、科肯道尔效应三、扩散定律的应用第二节

扩散的微观机理一、扩散机制（间隙机制、空位机制、其他扩散机制）二、原子热运动与晶体中的扩散三、晶态化合物中的扩散四、非晶态固体中的扩散五、界面扩散

第三节扩散的热力学理论一、扩散驱动力二、扩散系数三、上坡扩散

第四节反应扩散

第五节一些影响扩散的因素一、温度二、晶体的类型与结构三、晶体缺陷四、化学成分教学重点：扩散第一定律、扩散第二定律，扩散的微观机理，扩散的热力学理论，影响扩散的因素。教学难点：非稳态扩散方程的解。本章教学要求：通过本章的教学，要使学生了解扩散的微观机理、上坡扩散和反应扩散，掌握扩散的热力学理论和影响扩散的因素，增长学生对扩散的理论认识和解决有关扩散实际问题的能力。第六章

塑性变形第一节

金属的应力－应变曲线一、工程应力－应变曲线二、真应力－真应变曲线第二节

单晶体的塑性变形一、滑移（滑移现象、滑移系、临界分切应力、滑移时晶体的转动、多滑移和交错移、滑移的位错机制）二、挛生（变形现象、特点）

第三节多晶体的塑性变形一、晶粒取向的影响二、晶界的影响

第四节合金的塑性变形

一、固熔体的塑性变形

二、多相合金的塑性变形

第五节冷变形金属的组织与性能一、显微组织的变化二、变形织构三、残留应力和点阵畸变四、塑性变形对性能的影响

第六节聚合物的变形热塑性聚合物的变形热固性塑性的变形第七节陶瓷材料的塑性变形陶瓷晶体的塑性变形非晶体陶瓷的变形教学重点：滑移变形，晶界对塑性变形的影响，材料的塑性变形。教学难点：多滑移和交错移，滑移的位错机制。本章教学要求：通过本章的教学，要使学生了解材料的应力－应变曲线、聚合物和陶瓷材料的变形，掌握单晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形、材料的塑性变形，增长学生对塑性变形的理论认识和解决变形实际问题的能力。第七章

回复与再结晶第一节

冷变形材料在加热时的变化一、显微组织的变化二、性能的变化第二节

回复一、回复过程中微观结构的变形机制（低温回复、中温回复、高温回复）二、回复动力学三、去应力退火

第三节再结晶一、再结晶的形核及长大二、再结晶动力学三、再结晶温度四、影响再结晶的因素五、再结晶晶粒大小的控制

第四节再结晶后的晶粒长大

一、正常长大

二、反常长大

三、再结晶退火及其组织控制

第五节金属的热变形一、动态回复与动态再结晶二、热变形引起组织、性能的变化三、超塑性教学重点：冷变形金属在加热时显微组织的变化，回复过程中微观结构的变形机制，再结晶的形核及长大，影响再结晶的因素，再结晶晶粒大小的控制，再结晶退火及其组织控制，动态回复与动态再结晶。教学难点：再结晶的形核及长大，动态回复与动态再结晶，超塑性。本章教学要求：通过本章的教学，要使学生了解冷变形金属在加热时的变化，掌握回复、再结晶和再结晶后的晶粒长大过程，增长学生对回复、再结晶过程的理论认识和实际应用能力。第八章

固态相变第一节

固态相变的特点一、相界面二、位向关系三、惯习面四、应变能第二节

固态相变的形核

一、均匀形核

二、非均匀形核第三节固态相变的晶核长大

一、生长机制

二、生长速率第四节扩散型相变示例

一、脱熔转变

二、脱熔类型

三、脱熔动力学

四、调幅分解第五节无扩散型相变

一、马氏体相变

二、多晶型转变教学重点：固态相变的特点，固态相变的均匀形核，脱溶转变，调幅分解，马氏体相变。教学难点：固态相变的形核，马氏体相变本章教学要求：通过本章的教学，要使学生了解固态相变种类和特点，掌握脱熔转变和马氏体转变，增长学生对固态相变的理论认识。第九章

复合效应与界面第一节材料复合、增强体及复合效应一、复合材料概念、分类及特点二、增强体的性能三、复合效应第二节复合材料增强原理

一、复合思想

二、复合材料增强原理第三节复合材料的界面

一、复合材料界面结合类型

二、界面改善及其对性能的影响教学重点：复合效应，复合材料增强原理，复合材料界面结合类型。教学难点：复合材料增强原理，界面对性能的影响。本章教学要求：通过本章的教学，要使学生了解复合材料概念、分类及特点，掌握复合材料增强原理及界面改善及其对性能的影响，增长学生对复合材料及其相关理论的认识。四、学时分配与教学方式总学时：54第一章

工程材料中的原子排列

（14学时）第二章

固体中的相结构

（4学时）第三章

凝固

（8学时）第四章

相图

（18学时）第五章

材料中的扩散

（6学时）第六章

塑性变形

（6学时）第七章

回复与再结晶

（8学时）第八章

固态相变

（4学时）第九章

复合效应与界面

（4学时）教学方式：材料科学与工程基础是一门学科理论基础课，其教学方式应以课堂讲授为主，课后答疑为辅。同时适当结合实际，引导学生使用课程中的相关理论解决和分析问题，真正提高学生素质。五、考核方式考试六、本课