沈阳建筑大学教案用纸备注教学内容及过程金属材料是由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构成的单质（纯金属）；由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金又可分为固溶体和金属间化合物。②无机非金属材料无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同的含义。无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。一般将其分为传统的（普通的）和新型的（先进的）无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料主要是指由SiO2及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。此外，糖瓷、磨料、铸石（辉绿岩、玄武岩等）、碳素材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等）也属于传统的无机非金属材料。先进（或新型）无机非金属材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。主要包括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。③高分子材料（聚合物）高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。高聚物的种类繁多，性能各异，其分类的方法多种多样。按高分子材料来源分为天然高分子材料和合成高分子材料：按材料的性能和用途可将高聚物分为橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。④复合材料复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成。复合材料是多相材料，主要包括基本相和增强相。基体相是一种连续相材料，它把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用：增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能（2）根据材料的性能分类①结构材料是指具有抵抗外场作用而保持自已的形状、结构不变的优良力学性能（强度和韧性等），用于结构目的的材料。这种材料通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、桥梁、铁路等。是人们熟悉的机械制造材料、建筑材料，包括结构钢、工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等传统的结构材料（一般结构材料）以及高温合金、结构陶瓷等高级结构材料。②功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。5
5 沈 阳 建 筑 大 学 教 案 用 纸 教学内容及过程 备注 金属材料是由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种 金属元素构成的单质（纯金属）；由两种或两种以上的金属元素或金属与非 金属元素构成的合金。合金又可分为固溶体和金属间化合物。 ② 无机非金属材料 无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料 和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原 料经一定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料 的总称。它与广义的陶瓷材料有等同的含义。无机非金属材料种类繁多，用 途各异，目前还没有统一完善的分类方法。一般将其分为传统的（普通的） 和新型的（先进的）无机非金属材料两大类。 传统的无机非金属材料主要是指由 SiO2 及其硅酸盐化合物为主要成 分制成的材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。此外，搪瓷、磨料、 铸石（辉绿岩、玄武岩等）、碳素材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等） 也属于传统的无机非金属材料。 先进（或新型）无机非金属材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、 硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。 主要包括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。 ③ 高分子材料（聚合物） 高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化 合物。高聚物的种类繁多，性能各异，其分类的方法多种多样。按高分子材 料来源分为天然高分子材料和合成高分子材料；按材料的性能和用途可将高 聚物分为橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。 ④复合材料 复合材料是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而 成。复合材料是多相材料，主要包括基本相和增强相。基体相是一种连续相 材料，它把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用；增强 相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。复合 材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相 补充，获得原组分不具备的许多优良性能。 （2） 根据材料的性能分类 ① 结构材料 是指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能 （强度和韧性等），用于结构目的的材料。这种材料通常用来制造工具、机 械、车辆和修建房屋、桥梁、铁路等。是人们熟悉的机械制造材料、建筑材 料，包括结构钢、工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等传统的 结构材料（一般结构材料）以及高温合金、结构陶瓷等高级结构材料。 ② 功能材料 是具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功 能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料
沈阳建筑大学教案用纸备注教学内容及过程材料的分类--另外三种（20min）（3）材料按服役的领域来分类根据材料服役的技术领域可分为信息材料、航空航天材料、能源材料、生物医用材料等。（4）材料按结晶状态分类①单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的材料，如单晶纤维、单晶硅；②多晶材料是由许多晶粒组成的材料，其性能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。③非晶态材料是由原子或分子排列无明显规律的固体材料，如玻璃、高分子材料。（5）按材料的尺寸分类①零维材料超微粒子，通过Sol-gel法、多相沉积或激光等方法，可以制备出亚微米级的陶瓷或金属粉末，大小1一100nm的超微粒比表面积大（可作为高效催化剂）、比表面能高、熔点低、烧结温度下降、扩散速度快、强度高而塑性下降慢、电子态由连续能带变为不连续、光吸收也发生异常现象（可以成为高效微波吸收材料）。②一维材料如光导纤维由于其信息传输量远比铜、铅的同轴电缆大，而且光纤有很强的保密性，所以发展很快。再比如脆性块状材料在变成细丝后便增加了韧性，可以用来增强其它的块状。实用纤维为碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维。纤维中强度和刚度最高的要算晶须。③二维材料（薄膜）如金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜。由于薄膜的电子所处状态和外界环境的影响，可表现出不同的电子迁移规律，完成特定的电学、光学或电子学功能，如成为绝缘体、铁电体、导体或半导体等，从而有可能作为光学薄膜用于非线性光学、光开关、放大或调幅、敏感与传感元件，用于显示或探测器，用于环保或表面改性的保护膜。④三维材料如块状材料
6 沈 阳 建 筑 大 学 教 案 用 纸 教学内容及过程 备注 材料的分类-另外三种（20min） （3）材料按服役的领域来分类 根据材料服役的技术领域可分为信息材料、航空航天材料、能源材料、 生物医用材料等。 （4）材料按结晶状态分类 ① 单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的材料，如单晶纤维、单晶 硅； ② 多晶材料是由许多晶粒组成的材料，其性能与晶粒大小、晶界的性 质有密切的关系。 ③ 非晶态材料是由原子或分子排列无明显规律的固体材料，如玻璃、 高分子材料。 （5）按材料的尺寸分类 ① 零维材料 超微粒子，通过 Sol-gel 法、多相沉积或激光等方法，可以制备出亚微 米级的陶瓷或金属粉末，大小 1—100nm 的超微粒比表面积大（可作为高效 催化剂）、比表面能高、熔点低、烧结温度下降、扩散速度快、强度高而塑 性下降慢、电子态由连续能带变为不连续、光吸收也发生异常现象（可以成 为高效微波吸收材料）。 ② 一维材料 如光导纤维由于其信息传输量远比铜、铅的同轴电缆大，而且光纤有很 强的保密性，所以发展很快。再比如脆性块状材料在变成细丝后便增加了韧 性，可以用来增强其它的块状。实用纤维为碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维。纤 维中强度和刚度最高的要算晶须。 ③ 二维材料（薄膜） 如金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜。由于薄膜的电子所处状态 和外界环境的影响，可表现出不同的电子迁移规律，完成特定的电学、光学 或电子学功能，如成为绝缘体、铁电体、导体或半导体等，从而有可能作为 光学薄膜用于非线性光学、光开关、放大或调幅、敏感与传感元件，用于显 示或探测器，用于环保或表面改性的保护膜。 ④ 三维材料 如块状材料
沈阳建筑大学教案用纸备注教学内容及过程材料四要素（15min）构成了“组成-结构-性质-工艺过程”之间的关系合成与加工、组成与结构、性质、使用性能。探索这四个要素之间的关系（如下图所示），覆盖从基础学科到工程的全部内容。四个要素之间的密切关系确定了材料科学与工程这一领域，确定了无机材料物理化学课程的教学线索。使用性能（工程）组成性质（物理学）（化学）结构组成-结构-性质-工艺过程之间关系示意图材料的性质是指材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，主要决定于材料的组成与结构。使用性能是材料在使用状态下表现的行为，它与材料设计、工程环境密切相关。实用性能包括可靠性、耐用性、寿命预测及延寿措施等。合成与制备过程包括传统的冶炼、铸锭、制粉、压力加工、焊接等，也包括新发展的真空溅射、气相沉积等新工艺，使人工合成材料如超晶格、薄膜材料成为可能。材料科学基础课程的教学内容（10min）材料科学基础课程是材料科学与工程专业的重要的学科基础课之一，主要介绍材料科学中的共性规律，即材料的组成-形成（工艺）条件-结构-性能-材料用途之间相互关系及制约规律。内容主要包括：材料种类、晶体结构、缺陷化学、非晶体结构、材料的表面与界面、相图、扩散、相变、固相反应及烧结等基础知识。7
7 沈 阳 建 筑 大 学 教 案 用 纸 教学内容及过程 备注 材料四要素（15min） 构成了“组成-结构-性质-工艺过程”之间的关系 合成与加工、组成与结构、性质、使用性能。探索这四个要素之间的关 系（如下图所示），覆盖从基础学科到工程的全部内容。四个要素之间的密 切关系确定了材料科学与工程这一领域，确定了无机材料物理化学课程的教 学线索。 组成-结构-性质-工艺过程之间关系示意图 材料的性质是指材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，主要决定于 材料的组成与结构。 使用性能是材料在使用状态下表现的行为，它与材料设计、工程环境密 切相关。实用性能包括可靠性、耐用性、寿命预测及延寿措施等。 合成与制备过程包括传统的冶炼、铸锭、制粉、压力加工、焊接等，也 包括新发展的真空溅射、气相沉积等新工艺，使人工合成材料如超晶格、薄 膜材料成为可能。 材料科学基础课程的教学内容（10min） 材料科学基础课程是材料科学与工程专业的重要的学科基础课之一，主 要介绍材料科学中的共性规律，即材料的组成-形成（工艺）条件-结构-性能 -材料用途之间相互关系及制约规律。内容主要包括：材料种类、晶体结构、 缺陷化学、非晶体结构、材料的表面与界面、相图、扩散、相变、固相反应 及烧结等基础知识。 使用性能 性质 组成 （化学） （工程） （物理学） 结构
沈阳建筑大学教案用纸第一章晶体几何基础2授课时数第一节昌晶体的概述第二节晶体的对称与分类通过本节学习，要求熟练掌握本章内容，掌握晶体的概述，晶体与非晶体在宏观性质上的区别，以及晶体的对称与分类的概念，教学目的晶体的对称操作及对称要素，对称要素的组合定理，晶体的对称型。与要求重点：（1）晶体对称要素的组合定理；（2）晶体的概念；（3）晶体的对称操作。教学难点难点：（1）晶体与非晶体在宏观性质上的区别；（2）晶体的对称要素组合定理；与重点（3）晶体的对称型。(现代化)讲授授课方法PPT课件教学手段1、对称型与对称要素的组合有什么关系？2、晶体的对称型操作3、晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基本特征？4、晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。作业思考题5、晶体与非晶体在宏观性质上有什么区别？9
8 沈 阳 建 筑 大 学 教 案 用 纸 第一章 晶体几何基础 第一节 晶体的概述 第二节 晶体的对称与分类 授课时数 2 教 学 目 的 与 要 求 通过本节学习，要求熟练掌握本章内容，掌握晶体的概述，晶 体与非晶体在宏观性质上的区别，以及晶体的对称与分类的概念， 晶体的对称操作及对称要素，对称要素的组合定理，晶体的对称型。 教 学 难 点 与 重 点 重点：（1）晶体对称要素的组合定理； （2）晶体的概念； （3）晶体的对称操作。 难点：（1）晶体与非晶体在宏观性质上的区别； （2）晶体的对称要素组合定理； （3）晶体的对称型。 授课方法 讲授 (现代化) 教学手段 PPT 课件 作业思考题 1、对称型与对称要素的组合有什么关系？ 2、晶体的对称型操作 3、晶体结构的两个基本特征是什么？哪种几何图形可表示晶体的基 本特征？ 4、晶体中有哪些对称要素，用国际符号表示。 5、晶体与非晶体在宏观性质上有什么区别？
沈阳建筑大学教案用纸备注教学内容及过程晶体的概述（20min）1、晶体的定义内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体称之为晶体。2、晶体与非晶体在宏观性质上的区别（1）自限性：晶体在适当的条件下可以自发形成几何多面体外形。晶面、晶棱与角顶分别与格子构造中的面网、行列及结点相对应。（2）均一性和异相性均一性：由于晶体内部结构的特征，因此，晶体在其任一部位上都具有相同的性质。异相性：晶体在不同的方向上表现出的性质的差异。（3）对称性晶体中相同部分（包括晶面、晶棱等）以及晶体的性质能够在不同的方向或位置上有规律地重复出现。（4）内能最小和最大稳定性在相同热力学条件下，较之同种化学成分的气体、液体及非晶质体，晶体的内能最小。晶体的对称与分类（70min）1、对称的概念及条件定义：指物体中相同部分之间的有规律重复。条件：物体必须有若于个相同的部分以及这些相同部分能借助于某种特定的动作发生有规律的重复。2、对称操作及对称要素(1)对称操作指能使对称物体中各个相同部分作有规律重复的变换动作。对称操作包括反映、旋转、反伸等。进行对称操作时所借助的几何要素（点、线、面）称为对称要素。(2)对称要素①对称面（P）9
9 沈 阳 建 筑 大 学 教 案 用 纸 教学内容及过程 备注 晶体的概述（20min） 1、晶体的定义 内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体称之为晶体。 2、晶体与非晶体在宏观性质上的区别 （1）自限性：晶体在适当的条件下可以自发形成几何多面体外形。晶面、 晶棱与角顶分别与格子构造中的面网、行列及结点相对应。 （2）均一性和异相性 均一性：由于晶体内部结构的特征，因此，晶体在其任一部位上都具有 相同的性质。 异相性：晶体在不同的方向上表现出的性质的差异。 （3）对称性 晶体中相同部分（包括晶面、晶棱等）以及晶体的性质能够在不同的方 向或位置上有规律地重复出现。 （4）内能最小和最大稳定性 在相同热力学条件下，较之同种化学成分的气体、液体及非晶质体，晶 体的内能最小。 晶体的对称与分类（70min） 1、对称的概念及条件 定义：指物体中相同部分之间的有规律重复。 条件：物体必须有若干个相同的部分以及这些相同部分能借助于某种特 定的动作发生有规律的重复。 2、对称操作及对称要素 (1) 对称操作 指能使对称物体中各个相同部分作有规律重复的变换动作。 对称操作包括反映、旋转、反伸等。进行对称操作时所借助的几何要素 （点、线、面）称为对称要素。 (2)对称要素 ①对称面（P）