《无机材料科学基础》课程教学实施方案 Fundamentals of Inorganic Materials Science

“无机材料科学基础”课程教学实施方案 1.课程简介 《无机材料科学基础》课程是一门专业基础理论课程,适用于硅酸盐工程与 无机非金属材料科学与工程专业。主要讲授本专业范围内各种物理化学过程的变 化和共性规律,目的是使学生了解无机非金属材料的组分、结构和性能之间的相互关系和 变化规律为学生在专业课程的学习和将来走上工作岗位后从事无机非金属材料的研究与制 备奠定理论基础。 (1)课程名称:无机材料科学基础 课程编号:1313014002 英文名称: Fundamentals of Inorganic Materials Science (2)开课单位:材料科学与工程学院 (3)课程硏究小组成员∶张永明、马晶、石山、郭卓、戴淑平、王慧华、马雷 (4)课程的学时:72学时 (5)课程学分:4.5学分 (6)先修课程:高等数学、无机化学、有机化学、大学物理、结晶矿物岩相学、 物理化学 (7)建议课内外学时比例:1:2 (8)本方案的撰稿人:马晶 (9)审核人:张永明 (10)批准单位:材料科学与工程学院 2.本课程在实现人才培养中的作用与地位,素质、能力培 养基本目标及分解 《无机材料科学基础》课程是无机非金属材料科学与工程专业的主干课程 是在学生具备了必要的无机化学、有机化学、大学物理学、及物理化学等基础知 识之后,开设的专业基础理论课程,是承上启下的课程并为无机非金属材料工 艺学、材料测试硏究方法等后续的专业课程打下坚实的基础。 学生在学习本课程后能够做到:1)了解材料的化学组成-结构-性能之间 的相互关系及其规律性;(2)了解理想晶体和实际晶体的结构,能够应用晶体结 构模型分析无机材料的结构与组成和性能的关系;(3)掌握熔体与非晶态固体以 及材料表面和界面等与材料性能相关的知识;4)了解掌握材料的静态热力学平 衡(相平衡)过程;(5)了解掌握材料的扩散、相变、固相反应以及烧结等动力 学过程

1 “无机材料科学基础”课程教学实施方案 1. 课程简介 《无机材料科学基础》课程是一门专业基础理论课程，适用于硅酸盐工程与 无机非金属材料科学与工程专业。主要讲授本专业范围内各种物理化学过程的变 化和共性规律，目的是使学生了解无机非金属材料的组分、结构和性能之间的相互关系和 变化规律，为学生在专业课程的学习和将来走上工作岗位后从事无机非金属材料的研究与制 备奠定理论基础。 （1）课程名称：无机材料科学基础 课程编号：1313014002 英文名称：Fundamentals of Inorganic Materials Science （2）开课单位：材料科学与工程学院 （3）课程研究小组成员：张永明、马晶、石山、郭卓、戴淑平、王慧华、马雷 （4）课程的学时：72 学时 （5）课程学分：4.5 学分 （6）先修课程：高等数学、无机化学、有机化学、大学物理、结晶矿物岩相学、 物理化学 （7）建议课内外学时比例：1：2 （8）本方案的撰稿人：马晶 （9）审核人：张永明 （10）批准单位：材料科学与工程学院 2. 本课程在实现人才培养中的作用与地位，素质、能力培 养基本目标及分解 《无机材料科学基础》课程是无机非金属材料科学与工程专业的主干课程， 是在学生具备了必要的无机化学、有机化学、大学物理学、及物理化学等基础知 识之后，开设的专业基础理论课程，是承上启下的课程,并为无机非金属材料工 艺学、材料测试研究方法等后续的专业课程打下坚实的基础。 学生在学习本课程后能够做到：（1）了解材料的化学组成－结构－性能之间 的相互关系及其规律性；（2）了解理想晶体和实际晶体的结构，能够应用晶体结 构模型分析无机材料的结构与组成和性能的关系；（3）掌握熔体与非晶态固体以 及材料表面和界面等与材料性能相关的知识；（4）了解掌握材料的静态热力学平 衡（相平衡）过程；（5）了解掌握材料的扩散、相变、固相反应以及烧结等动力 学过程

3.教学大纲 绪论(1学时) 要求了解无机材料的分类,特点,组成、结构、性能、工艺以及 其与环境的关系 第一章晶体结构(12学时) 本章重点为晶体化学基本原理、典型晶体结构和硅酸盐晶体结构,难点为硅 酸盐晶体结构 第一节结晶学基础 本节要求了解各晶系晶体定向法则与结晶符号的表示方法(考核概率0%‰) 理解晶体的基本性质、晶胞与空间点阵的概念与区别考核概率50%,掌握七大 晶系与十四种布拉维格子的划分与特征(考核概率40%) 1晶体的基本概念与性质; 2晶胞与空间点阵 3晶体的对称分类——7个晶系和14种布拉维格子 4晶体定向与结晶学指数—一晶面指数与晶向指数 第二节晶体化学基本原理 本节要求了解晶体中质点间的结合力与结合能(考核概率0%),理解球体最 紧密堆积原理和影响离子晶体结构的因素(考核概率40%),掌握同质多晶和类质 同晶的概念以及鲍林规则的应用(考核概率100%) 1晶体中质点间的结合力与结合能 2晶体中质点的堆积一—球体最紧密堆积原理; 3影响离子晶体结构的因素一一原子半径和离子半径,配位数与配 位多面体,离子极化,电负性,结晶化学定律 4同质多晶与类质同晶 5鲍林规则。 第三节典型晶体结构类型 本节要求了解β-znS(闪锌矿)型、α-znS(纤锌矿)型、CdI2型、 α-Alzo3(刚玉)型和 MgAl204(尖晶石)型结构(考核概率0‰,理解 Tioz(金红石)型、金刚石型和石墨型结构(考核概率10%),掌握CSC 型、Nac丨型、CaF2(萤石)型和 Catio3(钙钛矿)型结构,及正尖 晶石和反尖晶石的概念(考核概率100% 1金刚石结构和石墨结构; 2AX型结构——CsC型、NaC|型、β-znS(闪锌矿)型、α-znS(纤 锌矿)型

2 3. 教学大纲 绪论（1 学时） 要求 了 解无 机 材料 的 分类 ，特点 ，组 成、结 构、性 能、工艺 以 及 其与环境的关系。 第一章 晶体结构（12 学时） 本章重点为晶体化学基本原理、典型晶体结构和硅酸盐晶体结构，难点为硅 酸盐晶体结构。 第一节 结晶学基础 本节要求了解各晶系晶体定向法则与结晶符号的表示方法(考核概率 0%)， 理解晶体的基本性质、晶胞与空间点阵的概念与区别(考核概率 50%)，掌握七大 晶系与十四种布拉维格子的划分与特征(考核概率 40%)。 1 晶体的基本概念与性质； 2 晶胞与空间点阵； 3 晶体的对称分类——7 个 晶系 和 14 种 布 拉维 格 子； 4 晶体定向与结晶学指数——晶面 指 数与 晶 向指 数 。 第二节 晶体化学基本原理 本节要求了解晶体中质点间的结合力与结合能(考核概率 0%)，理解球体最 紧密堆积原理和影响离子晶体结构的因素(考核概率 40%)，掌握同质多晶和类质 同晶的概念以及鲍林规则的应用(考核概率 100%) 1 晶体中质点间的结合力与结合能； 2 晶体中质点的堆积 ——球 体 最紧 密 堆积 原 理； 3 影响离子晶体结构的因素 ——原子半径和离子半径，配位数与配 位多面体，离子极化，电负性，结晶化学定律； 4 同质多晶与类质同晶； 5 鲍林规则。 第三节 典型晶体结构类型 本节要求了解β-ZnS（ 闪 锌矿 ）型 、α-ZnS（ 纤 锌 矿 ）型 、CdI 2 型、 α-Al 2O3（ 刚玉 ）型和 M gAl 2O4（尖 晶 石 ）型结 构(考核概率 0%)，理解 TiO2（ 金 红 石）型、金刚 石 型和 石 墨型 结 构(考核概率 10%)，掌握 CsCl 型、NaCl 型、CaF 2（ 萤 石）型和 CaTiO3（ 钙钛 矿）型 结构 ，及正 尖 晶石和反尖晶石的概念(考核概率 100%) 1 金刚石结构和石墨结构； 2 AX 型结构——CsCl 型 、NaCl 型 、β-ZnS（ 闪 锌矿 ）型 、α-ZnS（ 纤 锌矿）型；

3AX型结构——CaF2(萤石)型、TiO2(金红石)型、CdI2型 4A2X3型结构——α-AlO3(刚玉)型结构 5ABO3型结构—— CaTio3(钙钛矿)型结构 6AB2O4型结构—— MgAl2O4(尖晶石)型结构。 第四节硅酸盐晶体结构 本节要求理解各类硅酸盐晶体的结构特点考核概率Σ0%),掌握硅酸盐晶 体的表示方法、结构特点及分类依据(考核概率80%) 1硅酸盐晶体的表示方法、结构特点及分类 2岛状结构 3组群状结构; 4链状结构 5层状结构 6架状结构 第二章晶体结构缺陷(10学时) 本章重点为缺陷反应式的写法、各种缺陷浓度计算、固溶体的影响因素 难点为缺陷反应式的写法、分析。 第一节点缺陷 本节要求了解点缺陷对晶体性能的影响(考核概率0%,掌握点缺陷的类型、 缺陷化学反应的表示法和热缺陷浓度的计算(考核概率100%。 1点缺陷的类型 2缺陷化学反应表示法; 3热缺陷浓度的计算。 第二节固溶体 本节要求了解固溶体对皛体性质的影响及固溶体的硏究方法(考核概率 0%),掌握固溶体的分类、形成固溶体的影响因素(考核概率100%)。 1固溶体的分类 2置换型固溶体; 3间隙型固溶体; 4固溶体对晶体性质的影响 5固溶体的研究方法。 第三节非化学计量氧化物 本节要求了解四种非化学计量氧化物的形成原因及外界气氛变化对晶体性 质的影响(考核概率0%),掌握四种非化学计量氧化物缺陷反应方程式的写法(考 核概率50%)

3 3 AX2 型结构——CaF2（ 萤石 ） 型、 TiO2（ 金 红石 ） 型、CdI 2 型； 4 A2X3 型结构 ——α-Al2O3（ 刚玉 ） 型结 构 ； 5 ABO3 型结构——CaTiO3（ 钙 钛矿 ） 型结 构 ； 6 AB2O4 型结构 ——M gAl 2O4（ 尖 晶石 ） 型结 构 。 第四节 硅酸盐晶体结构 本节要求理解各类硅酸盐晶体的结构特点(考核概率 20%)，掌握硅 酸盐 晶 体的表示方法、结构特点及分类依据(考核概率 80%)。 1 硅酸盐晶体的表示方法、结构特点及分类； 2 岛状结构； 3 组群状结构； 4 链状结构； 5 层状结构； 6 架状结构。 第二章 晶体结构缺陷（10 学时） 本章重点为缺陷反应式的写法、各种 缺 陷浓 度 计算、固溶体的影响因素， 难点为缺陷反应式的写法、分析。 第一节 点缺陷 本节要求了解点缺陷对晶体性能的影响(考核概率 0%)，掌握点缺陷的类型、 缺陷化学反应的表示法和热缺陷浓度的计算(考核概率 100%)。 1 点缺陷的类型； 2 缺陷化学反应表示法； 3 热缺陷浓度的计算。 第二节 固溶体 本节要求了解固溶体对晶体性质的影响及固溶体的研究方法(考核概率 0%)，掌握固溶体的分类、形成固溶体的影响因素(考核概率 100%)。 1 固溶体的分类； 2 置换型固溶体； 3 间隙型固溶体； 4 固溶体对晶体性质的影响； 5 固溶体的研究方法。 第三节 非化学计量氧化物 本节要求了解四种非化学计量氧化物的形成原因及外界气氛变化对晶体性 质的影响(考核概率 0%)，掌握四种非化学计量氧化物缺陷反应方程式的写法(考 核概率 50%)

1阴离子缺位型; 2阳离子填隙型 3阴离子间隙型 4阳离子空位型。 第四节线缺陷 本节要求掌握位错的分类,刃位错和螺位错的特点与区别(考核概率100% 1位错的类型 2刃位错 3螺位错 4混合位错 第五节面缺陷 本节要求了解几种面缺陷的类型(考核概率0 1表面; 2晶界 3相界面。 第三章熔体与玻璃体(5学时) 本章重点为熔体的结构与性质、玻璃的结构,难点为熔体的性质、玻璃 的结构假说 第一节熔体的结构 本节要求理解熔体的聚合物理论(考核概率0%。 1对熔体的一般认识; 2熔体的聚合物理论一一聚合物的形成、影响因素。 第二节熔体的性质 本节要求掌握熔体的组成结构和温度对熔体性质的影响(考核概率80% 1粘度; 2表面张力-表面能 第三节玻璃的通性 本节要求理解玻璃(非晶态)与晶体(晶态)性质的区别(考核概率0%), 掌握玻瓌的四个通性(考核概率100% 1各向同性 2介稳性 3熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 4熔融态向玻璃态转化时物理化学性质随温度变化的连续性。 第四节玻璃的形成

4 1 阴离子缺位型； 2 阳离子填隙型； 3 阴离子间隙型； 4 阳离子空位型。 第四节 线缺陷 本节要求掌握位错的分类，刃位错和螺位错的特点与区别(考核概率 100%) 1 位错的类型； 2 刃位错； 3 螺位错； 4 混合位错。 第五节 面缺陷 本节要求了解几种面缺陷的类型(考核概率 0%) 1 表面； 2 晶界； 3 相界面。 第三章 熔体与玻璃体（5 学 时） 本章重点为熔体的结构与性质、玻璃的结构，难点为熔体的性质、玻 璃 的结构假说。 第一节 熔体的结构 本节要求理解熔体的聚合物理论(考核概率 0%)。 1 对熔体的一般认识； 2 熔体的聚合物理论 ——聚 合 物的 形 成、 影 响因 素 。 第二节 熔体的性质 本节要求掌握熔体的组成结构和温度对熔体性质的影响(考核概率 80%)。 1 粘度； 2 表面张力－表面能。 第三节 玻璃的通性 本节要求理解玻璃（非晶态）与晶体（晶态）性质的区别(考核概率 0%)， 掌握玻璃的四个通性(考核概率 100%) 1 各向同性； 2 介稳性； 3 熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性； 4 熔融态向玻璃态转化时物理化学性质随温度变化的连续性。 第四节 玻璃的形成

本节要求了解形成玻璃的热力学条件、动力学条件和结晶化学条件(考核概 率0%,掌握形成玻璃的物质及方法(考核概率40%)。 1玻璃态物质的形成方法 2玻璃形成的热力学观点 3形成玻璃的动力学手段 4玻璃形成的结晶化学条件 第五节玻璃的结构 本节要求理解玻璃的两个结构假说(考核概率10%),掌握两个玻璃结构假说 的要点(考核概率50% 1晶子假说 2无规则网络假说; 3两大学说的比较与发展。 第六节常见玻璃的类型 本节要求了解两类玻璃的结构性能特点(考核概率0%),掌握表征玻璃结构 的四个结构参数(考核概率100%) 1硅酸盐玻璃 2硼酸盐玻璃。 第四章表面与界面(6学时 本章重点为固体的表面力场、粘土的荷电性、离子吸附与交换原理、粘土 水系统的性质,难点为晶体表面能、吸附粘附区别、晶界构形、粘土 水系统的电动性质与胶体性质。 第一节固体的表面及其结构 本节要求了解固体表面特征、固体的表面能(考核概率0%),理解各类晶体 的表面结构特征(考核概率10%掌握固体的表面力场(考核概率80 1固体的表面特征; 2晶体表面结构 3固体的表面能。 第二节固体的界面及其结构 本节要求了解硅酸盐材料中,多晶体组织中的晶界构形与晶界应力(考核概 率0%)。 1晶界与晶界构形; 晶界应力 第三节界面行为

5 本节要求了解形成玻璃的热力学条件、动力学条件和结晶化学条件(考核概 率 0%)，掌握形成玻璃的物质及方法(考核概率 40%)。 1 玻璃态物质的形成方法； 2 玻璃形成的热力学观点； 3 形成玻璃的动力学手段； 4 玻璃形成的结晶化 学 条件 。 第五节 玻璃的结构 本节要求理解玻璃的两个结构假说(考核概率 10%)，掌握两个玻璃结构假说 的要点 (考核概率 50%)。 1 晶子假说； 2 无规则网络假说； 3 两大学说的比较与发展。 第六节 常见玻璃的类型 本节要求了解两类玻璃的结构性能特点(考核概率 0%)，掌握表征玻璃结构 的四个结构参数(考核概率 100%)。 1 硅酸盐玻璃； 2 硼酸盐玻璃。 第四章 表面与界面（6 学时 ） 本章重点为固体的表面力场、粘土的荷电性、离子吸附与交换原理、粘土－ 水系统的性质，难点为晶体表面能、吸附粘附 区别 、 晶界 构 形、 粘 土－ 水系统的电动性质与胶体性质。 第一节 固体的表面及其结构 本节要求了解固体表面特征、固体的表面能(考核概率 0%)，理解各类晶体 的表面结构特征(考核概率 10%)掌握固体的表面力场 (考核概率 80%)。 1 固体的表面特征； 2 晶体表面结构； 3 固体的表面能。 第二节 固体的界面及其结构 本节要求了解硅酸盐材料中，多晶体组织中的晶界构形与晶界应力(考核概 率 0%)。 1 晶界与晶界构形； 2 晶界应力。 第三节 界面行为