金属材料组织与性能电子教案 第2单元教案7 金属的实际晶体结构

教案7授课教师课题名称2.3金属的实际晶体结构授课学科金属材料组织与性能授课班级授课地点课时2总学时48教学目标知识目标1.了解金属晶体缺陷的概念、种类2.熟悉单晶体、多晶体的结构特征与性能特点3.掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷各自的特征。能力目标1.能够准确指出不同缺陷的主要形式2.能够根据缺陷理论解释材料的性能特征素质目标1.培养学生较好的分析和解决问题的方法和能力；2.培养学生严谨的工作态度和较强的质量和成本意识；3.熟悉中国材料工艺现状，提升民族自信；4.培养学生自强不息、勇于担当的责任感。教学重点1.金属晶体缺陷的概念、种类2.单晶体、多晶体的结构特征与性能特点3.点缺陷、线缺陷、面缺陷各自的特征教学难点根据缺陷理论解释材料的性能特征教学方法讲授法、演示法、多媒体教学法、阅读指导法、讨论法教学手段多媒体教学课件教材及参考资料学情分析授课对象：智能轧钢技术专业一年级学生；前序课程：《工程力学》、《工程制图》等；已有技能：学生对材料发展历程以及材料力学的理论基础有了一定认识主要问题：对金属材料拉伸力学性能的测试方法缺乏认识与实践操作过程。教学过程教学内容师生活动思政元素设计案例课前回顾(5分钟）：导入新课（10分钟）讲授新知(70分钟)回顾上节课关于纯金属及合金的晶体结构、同素异构转变、晶体与非晶体，晶格、晶胞、晶格常数等内容。金属的实际晶体结构:在晶体内部原子排列并不是完全规则的，在局部一定尺寸范围内原子排列不规则的现象称为晶体缺陷。晶体缺陷在材料组织控制（如扩散、相变）和性能控制（如材料强化）中具有重要作用。一、单晶体与多晶体单晶体：如果晶体中所有原子排列位向一致，这个晶体称为单晶体。单晶体具有各向异性。单晶体只有通过特殊的方法才能制取，如航空发动机中的单晶叶片。多晶体：实际使用的金属材料是由许多彼此方位不同、外形不规则的小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。多晶体具有各向同性。晶界：晶粒之间的交界面。晶粒越细小，晶界面积越大。二、晶体缺陷1.点缺陷：在三维空间各方向上尺寸都很小的缺陷。包括空位、间隙原子、异类原子等。点缺陷的产生及其运动：（1）点缺陷的产生平衡点缺陷：热振动中的能力起伏。过饱和点缺陷：外来作用，如高温淬火、辐照、冷加工等。（2）点缺陷的运动（迁移、复合－浓度降低；聚集－浓度升高－塌陷）（3）点缺陷与材料行为a结构变化：晶格畸变（如空位引起晶格收缩，间隙原子引起晶格膨胀，置换原子可引起收缩或膨胀。）b性能变化：物理性能（如电阻率增大，密度减小。）力学性能（屈服强度提高。）2.线缺陷：在两个方向上尺寸很小，而另一个方向上尺寸较大的缺陷。主要是位错。（1）位错：晶体中某处一列或若干列原子有规律的错排。意义：对材料的力学行为如塑性变形、强度、断裂等起着决定性的作用，对材料的扩散、相变过程有较大影响。错的基本类型有刃型位错和螺型位错，其中最简单的是刃型位错。（2）强度与位错密度的关系退火金属中位错密度一般为1010～12m-2左右。位错的存在极大地影响金属的力学性能。当金属为理想晶体或仅含极少量位错时,金属的屈服强度很高,当含有一定量的位错时,强度降低。当进行形变加工时,位错密度增加,屈服强度将会增高。3.面缺陷：在一个方向上尺寸很小，在另外两个方向上尺寸较大的缺陷。如晶界、相界、表面等，它们对材料的力学和物理化学性能具有重要影响。晶界：两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界面。晶界的性能：（1）界面能会引起界面吸附。（2）界面上原子扩散速度较快。（3）对位错运动有阻碍作用。（4）易被氧化和腐蚀。（5）原子的混乱排列利于固态相变的形核。（6）熔点低。师：提问生：思考并回答问题师：教师利用多媒体课件、视频演示的方式进行讲解生：听老师讲授，认真记笔记师：借助PPT动画动态演示不同类型缺陷的运动过程生：认真听讲并记录计算过程。。我国著名的材料学家在材料微观科学领域的贡献是巨大的，他们是我们师生学习的榜样，同学们在今后的学习中要不断进取，永攀知识高峰，为祖国的科学进步作出自己的贡献。（1)院士人物介绍：著名晶体学家奠基人之一郭可信院士的典型事迹。1985年郭可信和他的研究组发现五重旋转对称和Ti-V-Ni二十面体准晶，在国际学术界产生重要影响并获得高度评价，被称之为“中国相”，并于1987年获得国家自然科学一等奖。(2)王崇愚潜心研究金属缺陷电子理论，建立和构造相应的理论结构框架等，材料的快速发展离不开科研工作者及材料研发人员不懈的努力，培养学生科研强国的意识，潜心刻苦研究不计名利的科研精神。知识小结（3分钟）1.金属晶体缺陷的概念、种类2.单晶体、多晶体的结构特征与性能特点3.点缺陷、线缺陷、面缺陷各自的特征。师：进行总结，给出答案生：认真听，记强化本次教学内容的重点，点出应该掌握的概念布置作业（2