《材料科学基础》课程教学大纲

《材料科学基础》教学大纲.课程编号

1000911011.课程名称材料科学基础

2.高等教育层次本科

3.课程在培养方案中的地位4课程性质必修对应于材料化学专业；属于BZ专业课程基本模块本课程的思政工作要点是理想信念教育.开课学年及学期非强制

5.先修课程（a必须先修且考试通过的课程，b必须先修过的课程，c建议先修的课程）a大学6物理，b材料化学，c材料物理.课程总学分总学时:；

73.0,

48.课程教学形式普通课程8课程教学目标与教学效果评价

9.课程教学目标（给出知教学效果评价识能力素养各方面的的具体教学结果）（必填）不及格及格，中良优

1.知悉和理解物质的组

1.完全不知

1.对原子的结

1.对原子的结构

1.对原子的结构成、原子的结构和原子道，构和原子间成和原子间成键性和原子间成键性间成键性质金属键、

2.对金属键、共键性质和晶体质和晶体学基础质和晶体学基础共价键、离子键、分子价键、离子键、学基础的主要的主要内容能完的主要内容能完键、氢键；晶体学基础，分子键、氢键和内容能理解，但整理解，但不系整系统地理解固体中原子的排列和分晶体学基础有不完整统，存在断点布规律，包括晶体的特碎片化的理解征及其描述方法，晶体结构的特点，各种晶体间的差异

2.知悉和理解晶体缺陷

1.完全不知1,对晶体缺陷

1.对晶体缺陷的

1.对晶体缺陷的的基本类型（点缺陷、道，的基本类型、位基本类型、位错基本类型、位错线缺陷和面缺

2.对晶体缺错的定义、的定义、基本的定义、基本陷）、特征及其运动特陷的基本类型、基本类型和表类型和表示方类型和表示方征；知悉和理解固体中位错的定义、基示方法，位错的法，位错的运动法，位错的运动的扩散基本原理，了解本类型和表示运动特征；固体特征；固体中的特征；固体中的扩散的机制及其影响因方法，位错的运中的扩散基本扩散基本原理、扩散基本原理、素；掌握利用晶体缺陷动特征；固体中原理、机制及其机制及其影响因机制及其影响因强化合金材料的原理，的扩散基本原影响因素能理素能完整理解，素能完整系统地具备设计合金缺陷强化理、机制及其影解，但不完整但不系统，存在理解掌握利用思路的素养响因素，有碎片部分掌握利用断点掌握利用缺陷实现合金材化的理解了解缺陷实现合金缺陷实现合金材料强化的原理，合金材料可以材料强化的原料强化的原理，并能针对不同合利用晶体缺陷理，但对工业化并能笼统设计合金提出具体的合实现强化，但对技术手段不清金强化思路金缺陷强化思原理及手段不晰路清晰

3.掌握纯金属在凝固过

1.完全不知道，

1.对纯金属在

1.整体上对纯金

1.能系统理解纯程中的基本规律及如何

2.对纯金属在凝固过程中的属在凝固过程中金属在凝固过程利用它来控制金属的组凝固过程中的基本规律、凝固的基本规律、凝中的基本规律、织知悉和理解凝固理基本规律、凝固理论及过冷度固理论及过冷度凝固理论及过冷论及过冷度的概念、晶理论及过冷度的概念，晶体长的概念，晶体长度的概念，晶体体长大机制及界面形态的概念，晶体长大机制及界面大机制及界面形长大机制及界面等基础知识；具备利用大机制及界面形态等知识能态等知识体系有形态等知识，形凝固理论解释或说明实形态等知识有理解，但不完完整的理解，但成较完整的知识际生产铸造组织形态能碎片化的理解；整；能够运用凝不系统；能够运体系；具备运用力，具备提出改善铸造能够运用零碎固理论理解生用凝固理论解释凝固理论解释或组织形态的素养的凝固理论部产过程铸造组或说明生产过程说明生产过程铸分理解实际生织形态等问题，铸造组织形态等造组织形态等问产铸造组织形但缺乏解决问问题，并部分提题的能力，并具态等问题题的能力出解决问题的思备解决问题的素路养

1.完全不知

4.知悉和理解相、相平

2.掌握相、相平

2.掌握相、相平

2.掌握相、相平衡、相律、相图的道；衡、相律、衡、相律、相衡、相律、相基本概念；能够利用相

2.具有零碎的相图的基本概图的基本概念，图的基本概念，图了解材料的凝固或熔相、相平衡、相念，但未能形成能形成较完整的形成较完整的相化温度及系统中可能发律、相图的基本完整的有关相相图的知识体图的知识体系；生的相转变类型；具备概念；不能够相图的知识体系；系；能够利用相能够利用相图知利用相图知识解释不同图知识判断不能够利用相图图知识判断不同识判断不同成分成分合金相组成和凝固同成分材料可知识部分判断成分材料可能经材料可能经历的组织的能力和素养能经历的相转不同成分材料历的相转变类相转变类型；具变类型可能经历的相型，但不能利用备利用相图知识转变类型相图知识理解合解释合金凝固组金凝固组织织的能力素养课程教学目标与所支撑的毕业要求对应关系

10.毕业要求毕业要求（指标点）内容课程教学目标（给出知识能力素养各方面的（指标点）的具体教学结果）编号

1.掌握扎实的晶体学基础、晶体成键特

1.知悉和理解物质的组成、原子的结构和性、固体中的扩散、凝固理论、相图原子间成键性质金属键、共价键、离子键、原理及各相关领域的专业知识；分子键、氢键；晶体学基础，包括晶体的特征及其描述方法，晶体结构的特点，各种晶体间的差异；

2.知悉和理解晶体缺陷的基本类型（点缺陷、线缺陷和面缺陷）、特征及其运动特征；知悉和理解固体中的扩散基本原理，了解扩散的机制及其影响因素；

3.知悉和理解凝固理论及过冷度的概念、晶体长大机制及界面形态等基础知识；

4.知悉和理解相、相平衡、相律、相图的基本概念；知悉和理解各种相平衡反应

2.掌握利用晶体缺陷强化合金材料的原

2.掌握利用晶体缺陷强化合金材料的原

2.理；理，具备设计合金缺陷强化思路的素养；具备利用凝固理论解释或说明铸造组

3.知悉和理解凝固理论及过冷度的概念、织形态能力；晶体长大机制及界面形态等基础知识；具备具备利用相图知识确定不同成分合金利用凝固理论解释或说明实际生产铸造组织相组成的能力形态能力，具备提出改善铸造组织形态的素养；

4.能够利用相图了解材料的凝固或熔化温度及系统中可能发生的相转变类型；具备利用相图知识解释不同成分合金相组成和凝固组织的能力和素养

3.充分掌握材料科学的基础理论，深入

1、

2、

3、

4.拥有根据所掌握材料科学的基理解材料的组成、结构、性能和加工础理论，深入理解材料的组成、结构、性能的规律及相互联系和加工的规律及相互联系，能从材料组成-结构-性能-加工工艺相互联系的角度理解、解释材料制备、使用过程中的各种化学、物理现象和性能教学内容、学时分配、与进度安排

11.教学内容学时分配所支撑的教学方法与策略（可结合教课程教学学形式描述）（选填）目标11,2,3,4第一章绪论讲授、课堂讨论，应用图片介绍课程内容、特点、考核和参考书目展示，辅助网络课程资源补等充相关拓展知识第二章原子结构与键合1,21讲授，提问，应用图片展示，

2.1原子结构辅助网络课程资源补充相关物质的组成、原子结构和原子的电拓展知识子结构

2.2原子间的键合金属键、共价键、离子键、分子键、氢键第三章固体结构61,2,4讲授，模型展示，辅助网络

3.1晶体学基础课程资源补充相关拓展知空间点阵和晶胞识日日面、日日向的表小方法完成首次作业评判

3.2固体晶体结构金属晶体离子晶体原子晶体（共价晶体）第四章晶体缺陷122讲授，提问，机理动画展示

4.1点缺陷与课堂讨论，过渡到归纳性点缺陷的类型，肖脱基空位、弗兰讲授克尔空位、间隙原子和置换原子，间隙固溶体和置换固溶体等基本概完成二次作业评判念，离子晶体中的点缺陷特点，点缺陷的平衡浓度、影响因素及其对材料性能的影响

4.2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

4.3面缺陷晶界、亚晶界、挛晶界和相界第五章固体中的扩散101,2,3讲授，推导演算、机理动画

5.1扩散概念和柯肯达尔效应，扩散第展示与课堂讨论；完成三次一定律、扩散第二定律作业评判

1.12扩散驱动力及扩散机制，反应扩散

5.3离子晶体中的扩散、聚合物中的扩散机制

5.4扩散系数、扩散激活能，影响扩散的因素及原理晶体组成的影响，化学键的影响，结构缺陷的影响温度与杂质的影响等等第六章凝固101,2,3讲授，机理动画展示与课堂

6.1金属结晶的基本现象讨论；此环节可根据网上学

6.2金属结晶的基本条件习情况，适度考虑翻转教学，

6.3晶核的形成通过提问，机理动画展示与

6.4晶体的长大课堂讨论，过渡到归纳性讲授；完成四次作业评判第七章相图

83.4讲授，机理动画展示与课堂

7.1相、相平衡及相图制作讨论；

7.2二元匀晶相图

7.3二元共晶相图完成五次作业评判

7.4二元包晶相图

7.5其它二元要相图

7.6二元相图的实例分析一铸锭的组织与偏析

7.7三元相图考核与成绩评定平时成绩、期末考试在总成绩中的比例，平时成绩的记录方法

12.考核方式闭卷考试成绩构成平时考查原则上5次作业，每次6分，（课堂及网络课堂提问、研讨可适度奖励加分，每次1分，不能超过此项上限）共30分；期末考试70分教材，参考书

13.教科书胡康祥，蔡倒，戎咏华.材料科学基础[M].上海:上海交通大学出版社，

2010.参考书

[1]潘金生，仝健民，田民波主编.材料科学基础[M].北京清华大学出版社，

1998.

[2]赵品，谢辅洲，孙文山主编.材料科学基础[M].哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，

1999.

[3]谢希文，过梅丽主编.材料科学基础[M].北京北京航空航天大学出版社，

1999.

[4]吴锵编著.材料科学基础[M].南京东南大学出版社，

2000.

[5]刘智恩主编.材料科学基础[M].西安西北工业大学出版社，

2000.

[6]潘金生等.材料科学基础[M].北京中国建筑工业出版社，

1998.大纲说明

14.本课程是材料科学与工程各专业的一门重要的学科基础理论课程，是该专业学生研究材料结构-组织-性能关系的重要理论基础本课程主要为专业课的学习提供有关材料科学的基础知识，为后继专业课程的学习、同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础课程主要介绍固体材料成键性质，晶体学基础，晶体缺陷的基本类型（点缺陷、线缺陷和面缺陷）、特征及其运动特征，固体中的扩散基本原理，了解扩散的机制及其影响因素，凝固理论及过冷度的概念、晶体长大机制及界面形态，相、相平衡、相律、相图的基本概念课程的任务是使学生掌握材料科学的基础理论，深入理解材料的组成、结构、性能和加工的规律及相互联系，完成知识综合的教育和系统应用的教育课程强调应用所学习的基础理论理解制备、使用过程中的各种化学、物理现象和性能，掌握材料科学探究组成-结构-加工工艺-性能相互联系的思想方法等Fundamentals ofMaterials ScienceCoursecode:10009H01Course name:Fundamentals ofMaterials ScienceLecture Hours:48Laboratory Hours:0Credits:3TermIf necessary:Prerequisites:Inorganic chemistryand physicalchemistry.Course Description:this mainpoint ofideological andpolitical workin this course isideals andbeliefs education.This courseis afundamental theoreticalsubject ofmaterials scienceand engineeringandan importantbasis forthe studentson thismajor.This coursemainly providesbasicknowledge onmaterials sciencefor understandingmaterialscomposition-process-structure-property relationship,and buildsup asolid theoreticalfoundationfor studentsto continuetheir studyon subsequentmaterials majorsandcultivate students5ability tosolve problemsindependently inthe future.Course Outcomes:After completingthiscourse,a studentshould beable to:

1.Understand theknowledge ofcrystallography,bonding characteristics of crystals,diffusion,solidification theory,phase diagramtheory andthe relatedexpertise.

2.Understand themechanism ofstrengthening metallicalloys withdefects.

3.Analyze thecasting structure.

4.Determine thephase constituentof differentcompositions ofalloys accordingto phasediagrams.

5.Solve practicalproblems baseon theknowledge ofmaterials scienceand engineering,i.e.thecomposition-process-structure-properties relationship.Course Content:Lectures andLectureHours:

1.Introduction1-Introduce thecontents andcharacteristicsofthe subjectand referencebooks.

2.Atomic structure and bonding1-Atomic structure:atomic structureand electronicstructure ofatoms.-Atomic bonding:Metallic bond,covalent bond,ionic bond,molecule bondand hydrogenbond.

3.Solid structure6-Basic crystallography:Space latticeand crystallographicmethods.-Crystal structureof solids:Metal crystal,ionic crystaland atomiccrystal.

4.Crystal defects12-Point defects:Types of point defects,characteristic ofpoint defectsin ionic crystals,equilibrium concentrationofpointdefects,affecting factorsand itseffects onthe propertiesofmaterials.-Linear defects:Types ofdislocation,Burgers vector,density ofdislocation.-Planar defects:Grain boundaries,sub-boundaries,twin boundariesand phaseboundaries.

5.Diffusion insolids10-Diffusion conceptand Kirkendallequation,the firstlaw of diffusion,the secondlaw ofdiffusion.-Driving forceofdiffusion,mechanism ofdiffusion andreaction diffusion.-Mechanisms ofdiffusion inioniccrystal.-Diffusion coefficients,activation energy,mechanisms andfactors thatinfluence diffusion.

6.Solidification10-Basic phenomena of crystallization:Micro-,Macro-phenomenaofcrystallizing.-Basic conditionsof crystallization:Thermodynamics,structures.-Nuclei formation:Homogeneous nucleationand heterogeneousnucleation.-Crystal growth:Conditions,structure,mechanism andmorphology ofcrystal.-Application ofsolidification theory

7.Phase diagram8-Phase,phase equilibriumand phasediagram-Binary phasediagram:isomorphous,eutectic,peritectic andothers.-Ingot micro-structureandsegregation-Ternary phasediagram:Geometric characteristics,isomorphous andeutectic phasediagram.Laboratories andLaboratory Hours:0Grading:Homework,In classQuizzes30%Final70%TextReference Book:Text:HU Gengxiang,CAI Xun,RONG Yonghua.Fundamentals ofMaterials Science[M].Shanghai:Shanghai JiaoTong UniversityPress,

2010.Reference Books:

[1]PAN Jinsheng,TONG Jianmin,TIAN Minbo.Fundamentals ofMaterials Science[M].Beijing:Tsinghua UniversityPress,

1998.

[2]XIE Xiwen,GUO Meili.Fundamentals ofMaterials Science[M].Beijing:Beihang UniversityPress,

1999.。