西安交通大学无机材料制备与性能测试实验课程教学大纲一、课程基本信息无机材料制备与性能测试实验课程名称Preparation of Inorganic Non-metal Materials and Performance TestExperiment课程编号MATL40160232总学时课程学分理论：上机：课外：实验：32学时分配（课外学时不计入总学时）口公共课程口通识课程口专业核心课口专业选修课课程类型口学科门类基础课口专业大类基础课口集中实践□1-1□1-2□2-1□2-2□3-1□3-2开课学期4-1□4-2□5-1□5-2先修课程材料科学基础，材料工程基础教材、参考使用教材：书及其他[1]高积强，杨建锋，王红洁.无机非金属材料制备方法.西安：西资料安交通大学出版社，2009参考教材：[1]伍洪标，谢峻林，冯小平.无机非金属材料实验，化工出版社，2011.[2]曲远方.无机非金属材料专门实验.天津：天津大学出版社，2003二、课程目标及学生应达到的能力2.1 课程的基本要求无机材料制备与性能测试实验是材料科学与工程专业的一门专业综合独立实验课，着重介绍无机非金属材料制备过程中的共性规律，系统介绍无机非金属材料的制备过程、特点及其应用。本课程旨在加强学生的基础理论知识，调整知识结构，拓宽知识面，提高社会适应能力。通过本课程的学习，使学生掌握无机非金属材料的制备原理和生产过程、工艺流程的共性和特点，使学生对无机非金属材料的性能、制备过程和应
西安交通大学无机材料制备与性能测试实验课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 无机材料制备与性能测试实验 Preparation of Inorganic Non-metal Materials and Performance Test Experiment 课程编号 MATL401602 课程学分 1 总学时 32 学时分配 理论: 实验: 32 上机: 课外: （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 专业核心课 专业选修课 学科门类基础课 专业大类基础课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 材料科学基础，材料工程基础 教材、参考 书及其他 资料 使用教材： [1] 高积强，杨建锋，王红洁.无机非金属材料制备方法.西安：西 安交通大学出版社，2009. 参考教材： [1] 伍洪标， 谢峻林， 冯小平.无机非金属材料实验. 化工出版 社， 2011. [2] 曲远方. 无机非金属材料专门实验.天津：天津大学出版社， 2003. 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 无机材料制备与性能测试实验是材料科学与工程专业的一门专业综合独立 实验课，着重介绍无机非金属材料制备过程中的共性规律，系统介绍无机非金属 材料的制备过程、特点及其应用。 本课程旨在加强学生的基础理论知识，调整知识结构，拓宽知识面，提高社 会适应能力。通过本课程的学习，使学生掌握无机非金属材料的制备原理和生产 过程、工艺流程的共性和特点，使学生对无机非金属材料的性能、制备过程和应
用有较全面的了解。本课程是材料科学与工程的独立专业实验课程，围绕无机材料的合成与制备、无机材料物理性能与力学性能测试以及新材料设计、制备与性能综合实验展开。具体包括溶胶凝胶法制备二氧化硅微纳米颗粒、无机材料的成型、无机材料的高温烧结、陶瓷样品表面抛光、材料的密度与气孔率测量、无机材料的显微结构观察、无机非金属材料的显微硬度测试、无机非金属材料的抗弯强度和杨氏模量测试、无机材料的摩擦磨损实验、新材料的设计、成型与烧结和新材料的力学性能测试等实验。主要任务是培养学生掌握无机材料研究与应用中的样品制备与性能测试的基本技能。要求学生熟练掌握溶胶凝胶法制备纳米颗粒技术，陶瓷粉体的模压成型技术，陶瓷样品表面抛光技术，材料的密度与气孔率测量，无机非金属材料的力学性能测试技术（包括显微硬度、抗弯强度、和压痕法测试断裂韧性）：了解陶瓷材料的高温烧结技术和烧结原理，了解无机材料的摩擦磨损测试技术，了解新材料的设计原理和制备技术，同时强化学生对材料科学相关基础知识掌握。2.2课程的目标及学生应该达到的能力1.陶瓷材料的制备与性能测试能力根据实验目标，设计材料的成分并制备无机非金属材料，测试无机材料的物理性能和力学性能，表征材料的密度、气孔率、显微结构、弯曲强度、和显微硬度等性能参数。支撑毕业要求指标点3-2：能够针对材料在特定服役环境下对特殊性能、服役寿命或其他需求，完成材料单元、部件的设计。2.设计实验并分析实验结果的能力掌握新材料的设计的基本原理和方法，综合应用无机材料成型烧结技术，设计并制备新材料，测试材料的力学性能（弯曲强度、断裂韧性、硬度、弹性模量等），表征材料的显微结构，结合测试结果，分析材料制备、组织与性能之间的关系。支撑毕业要求指标点4-3：能按照实验方案选择和搭建试验系统，安全有效的开展试验，正确采集实验数据，并能够对收集的材料结构与性能方面的结果进行分析和讨论。3、使用现代工具的能力熟练掌握3D激光共聚焦显微镜、金相显微镜的基本原理和使用方法，陶瓷材料制备（无压烧结、气压烧结、热压烧结等）、显微硬度测试的原理及使用方法，掌握无机非金属材料的弯曲强度、断裂韧性、杨氏模量和摩擦磨损测试技术，熟悉相关测试设备的基本原理，掌握测试操作规范。支撑毕业要求指标点5-2：针对具体的复杂工程问题，能够采用金相显微镜、SEM、TEM、XRD等先进材料测试表征仪器及常用专业软件，对典型材料的成分
用有较全面的了解。 本课程是材料科学与工程的独立专业实验课程，围绕无机材料的合成与制备、 无机材料物理性能与力学性能测试以及新材料设计、制备与性能综合实验展开。 具体包括溶胶凝胶法制备二氧化硅微纳米颗粒、无机材料的成型、无机材料的高 温烧结、陶瓷样品表面抛光、材料的密度与气孔率测量、无机材料的显微结构观 察、无机非金属材料的显微硬度测试、无机非金属材料的抗弯强度和杨氏模量测 试、无机材料的摩擦磨损实验、新材料的设计、成型与烧结和新材料的力学性能 测试等实验。 主要任务是培养学生掌握无机材料研究与应用中的样品制备与性能测试的 基本技能。要求学生熟练掌握溶胶凝胶法制备纳米颗粒技术，陶瓷粉体的模压成 型技术，陶瓷样品表面抛光技术，材料的密度与气孔率测量，无机非金属材料的 力学性能测试技术（包括显微硬度、抗弯强度、和压痕法测试断裂韧性）；了解 陶瓷材料的高温烧结技术和烧结原理，了解无机材料的摩擦磨损测试技术，了解 新材料的设计原理和制备技术，同时强化学生对材料科学相关基础知识掌握。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1.陶瓷材料的制备与性能测试能力 根据实验目标，设计材料的成分并制备无机非金属材料，测试无机材料的物 理性能和力学性能，表征材料的密度、气孔率、显微结构、弯曲强度、和显微硬 度等性能参数。 支撑毕业要求指标点 3-2：能够针对材料在特定服役环境下对特殊性能、服 役寿命或其他需求，完成材料单元、部件的设计。 2.设计实验并分析实验结果的能力 掌握新材料的设计的基本原理和方法，综合应用无机材料成型烧结技术，设 计并制备新材料，测试材料的力学性能（弯曲强度、断裂韧性、硬度 、弹性模 量等），表征材料的显微结构，结合测试结果，分析材料制备、组织与性能之间 的关系。 支撑毕业要求指标点 4-3：能按照实验方案选择和搭建试验系统，安全有效 的开展试验，正确采集实验数据，并能够对收集的材料结构与性能方面的结果进 行分析和讨论。 3、使用现代工具的能力 熟练掌握 3D 激光共聚焦显微镜、金相显微镜的基本原理和使用方法，陶瓷 材料制备（无压烧结、气压烧结、热压烧结等）、显微硬度测试的原理及使用方 法，掌握无机非金属材料的弯曲强度、断裂韧性、杨氏模量和摩擦磨损测试技术， 熟悉相关测试设备的基本原理，掌握测试操作规范。 支撑毕业要求指标点 5-2：针对具体的复杂工程问题，能够采用金相显微镜、 SEM、TEM、XRD 等先进材料测试表征仪器及常用专业软件，对典型材料的成分
结构及性能进行解析、模拟和预测。4.在团队中独立或合作开展工作的能力增强学生参与综合实验讨论课的团队协作意识，培养综合实验小组负责人的组织和协调能力。支撑毕业要求指标点9-2：具有组织、协调和指挥能力，能在项目小组或团队中承担个体、团队骨干成员。课程目标与专业毕业要求的关联关系更业要求34567891011122课程目标课程目M标1课程目M标2课程目L标3课程目M标4注：1,2,312对应于专业认证毕业要求12条。课程目标与专业毕业要求的关联关系用H/M/L标注。三、教学内容简介参考章节名称知识点序号学时第1单元无机材料的合成与制备溶胶凝胶法制备技术，陶瓷压实验1、溶胶凝胶法制备二氧化硅微纳米颗粒力成型技术，陶瓷高温烧结技9实验2、无机材料的成型术实验3、无机材料的高温烧结第2单元无机材料的样品制备与物理性能测陶瓷样品表面抛光技术，阿基试米德法测试密度及气孔率的实验4、陶瓷样品表面抛光2方法，3D激光共聚焦显微9实验5、材料的密度与气孔率测量镜、金相显微镜的基本原理和使用方法实验6、无机材料的显微结构观察第3单元无机非金属材料的力学性能测试陶瓷显微硬度测试，3D激光实验7、无机非金属材料的显微硬度测试共聚焦显微镜使用，陶瓷力学3实验8、无机非金属材料的抗弯强度和杨氏模性能测试标准样品制备，抗弯C量测试强度和杨氏模量测试，陶瓷摩实验9、无机材料的摩擦磨损实验擦磨损性能测试第4单元新材料设计、制备与性能综合实验陶瓷组分设计，压力成型与高实验10、新材料的设计、成型与烧结64温烧结，及力学性能测试实验11、新材料的力学性能测试四、教学安排详表
结构及性能进行解析、模拟和预测。 4.在团队中独立或合作开展工作的能力 增强学生参与综合实验讨论课的团队协作意识，培养综合实验小组负责人的 组织和协调能力。 支撑毕业要求指标点 9-2：具有组织、协调和指挥能力，能在项目小组或团 队中承担个体、团队骨干成员。 课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕业要求 课程目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课 程 目 标 1 M 课 程 目 标 2 M 课 程 目 标 3 L 课 程 目 标 4 M 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的关联关系用 H/M/L 标注。 三、教学内容简介 序号 章节名称 知识点 参考 学时 1 第 1 单元 无机材料的合成与制备 实验 1、溶胶凝胶法制备二氧化硅微纳米颗粒 实验 2、无机材料的成型 实验 3、无机材料的高温烧结 溶胶凝胶法制备技术，陶瓷压 力成型技术，陶瓷高温烧结技 术 9 2 第 2 单元 无机材料的样品制备与物理性能测 试 实验 4、陶瓷样品表面抛光 实验 5、材料的密度与气孔率测量 实验 6、无机材料的显微结构观察 陶瓷样品表面抛光技术，阿基 米德法测试密度及气孔率的 方法， 3D 激光共聚焦显微 镜、金相显微镜的基本原理和 使用方法 8 3 第 3 单元 无机非金属材料的力学性能测试 实验 7、无机非金属材料的显微硬度测试 实验 8、无机非金属材料的抗弯强度和杨氏模 量测试 实验 9、无机材料的摩擦磨损实验 陶瓷显微硬度测试，3D 激光 共聚焦显微镜使用，陶瓷力学 性能测试标准样品制备，抗弯 强度和杨氏模量测试，陶瓷摩 擦磨损性能测试 9 4 第 4 单元 新材料设计、制备与性能综合实验 实验 10、新材料的设计、成型与烧结 实验 11、新材料的力学性能测试 陶瓷组分设计，压力成型与高 温烧结，及力学性能测试 6 四、教学安排详表
学时教学对课程目标教学要求章节顺序教学内容分配方式（知识要求及能力要求）的支撑关系课程目标1使学生掌握基本溶胶凝胶法制备技术，陶瓷压力成型技术，溶胶凝胶法制备技术，陶瓷压力成型技实验、第一单元陶瓷高温烧结技术。通过课堂讨论，锻炼学生的交流与沟通课程目标3讨论术，陶瓷高温烧结技术能力。课程目标4陶瓷样品表面抛光技术，阿基米德法测使学生学习陶瓷样品表面抛光技术，阿基米德法测试密度及课程目标1实验、试密度及气孔率的方法，3D激光共聚第二单元气孔率的原理和方法；熟悉3D激光共聚焦显微镜、金相显课程目标3a焦显微镜、金相显微镜的基本原理和使讨论课程目标4微镜的基本原理和使用方法。用方法陶瓷显微硬度测试，3D激光共聚焦显微课程目标1使学生掌握陶瓷显微硬度和断裂韧性的测试技术，3D激光共镜使用，陶瓷力学性能测试标准样品制实验、第三单元聚焦显微镜使用，陶瓷力学性能测试标准样品制备，抗弯强课程目标3讨论备，抗弯强度和杨氏模量测试，陶瓷摩课程目标4度和杨氏模量测试，陶瓷摩擦磨损性能测试方法。擦磨损性能测试课程目标1陶瓷组分设计，压力成型与高温烧结，实验、使学生能够了解陶瓷组分设计与组织和性能之间的联系，并课程目标2第四单元h讨论及力学性能测试课程目标3对新材料进行压力成型与高温烧结制备，及力学性能测试。课程目标4
章节顺序 教学内容 学时 分配 教学 方式 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标 的支撑关系 第一单元 溶胶凝胶法制备技术，陶瓷压力成型技 术，陶瓷高温烧结技术 9 实验、 讨论 使学生掌握基本溶胶凝胶法制备技术，陶瓷压力成型技术， 陶瓷高温烧结技术。通过课堂讨论，锻炼学生的交流与沟通 能力。 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 第二单元 陶瓷样品表面抛光技术，阿基米德法测 试密度及气孔率的方法， 3D 激光共聚 焦显微镜、金相显微镜的基本原理和使 用方法 8 实验、 讨论 使学生学习陶瓷样品表面抛光技术，阿基米德法测试密度及 气孔率的原理和方法；熟悉 3D 激光共聚焦显微镜、金相显 微镜的基本原理和使用方法。 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 第三单元 陶瓷显微硬度测试，3D 激光共聚焦显微 镜使用，陶瓷力学性能测试标准样品制 备，抗弯强度和杨氏模量测试，陶瓷摩 擦磨损性能测试 9 实验、 讨论 使学生掌握陶瓷显微硬度和断裂韧性的测试技术，3D 激光共 聚焦显微镜使用，陶瓷力学性能测试标准样品制备，抗弯强 度和杨氏模量测试，陶瓷摩擦磨损性能测试方法。 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 第四单元 陶瓷组分设计，压力成型与高温烧结， 及力学性能测试 6 实验、 讨论 使学生能够了解陶瓷组分设计与组织和性能之间的联系，并 对新材料进行压力成型与高温烧结制备，及力学性能测试。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4
五、实践环节序对课程目标实验内容实验名称教学方法号的支撑关系课程目标1课程介绍与单元课程介绍、无机材料制备与性能测实验前预习，集中课程目标3讲课试讲解讲课课程目标4实验1、溶胶凝胶课程目标1采用溶胶凝胶法制备二氧化硅微实验前预习，集中2课程目标3法制备二氧化硅纳米颗粒讲课，自主实验微纳米颗粒课程目标4课程目标1实验2、无机材料采用模压法制备密度分布均匀的实验前预习，集中课程目标33的成型氧化铝陶瓷坏体讲课，自主实验课程目标4课程目标1实验3、无机材料实验前预习，集中4采用高温烧结法制备氧化铝陶瓷课程目标3的高温烧结讲课，自主实验课程目标4课程目标1实验4、陶瓷样品采用磨床结合抛光机将氧化铝陶实验前预习，集中5课程目标3表面抛光瓷样品表面抛光至0.3μm讲课，自主实验课程目标4课程目标1实验5、材料的密采用阿基米德法测试氧化铝样品实验前预习，集中课程目标36度与气孔率测量的密度及气孔率讲课，自主实验课程目标4实验6无机材掌握3D激光共聚焦显微镜、金相课程目标1实验前预习，集中课程目标37料的显微结构观显微镜的基本原理和使用方法，观讲课，自主实验察课程目标4察氧化铝陶瓷的微观结构课程目标1采用硬度计测试氧化铝陶瓷材料实验7、无机非金的显微硬度，采用3D激光共聚焦实验前预习，集中课程目标3属材料的显微硬8讲课，自主实验课程目标4显微镜测量裂纹长度并计算获得度测试硬度。实验8、无机非金课程目标1氧化铝陶瓷力学性能测试标准样属材料的抗弯强实验前预习，集中0品的制备，测试材料的抗弯强度和课程目标3讲课，自主实验度和杨氏模量测杨氏模量课程目标 4试课程目标1实验9、无机材料测试氧化铝陶瓷材料的摩擦磨损实验前预习，集中10课程目标3的摩擦磨损实验性能讲课，自主实验课程目标4实验10、新材料课程目标1实验前预习，集中氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料的组11课程目标3的设计、成型与烧分设计、成型与烧结讲课，自主实验结课程目标4氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料的力课程目标2实验11、新材料实验前预习，集中课程目标312学性能测试，与氧化铝陶瓷进行综的力学性能测试讲课，自主实验合对比分析课程目标4
五、实践环节 序 号 实验名称 实验内容 教学方法 对课程目标 的支撑关系 1 课程介绍与单元 讲课 课程介绍、无机材料制备与性能测 试讲解 实验前预习，集中 讲课 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 2 实验 1、溶胶凝胶 法制备二氧化硅 微纳米颗粒 采用溶胶凝胶法制备二氧化硅微 纳米颗粒 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 3 实验 2、无机材料 的成型 采用模压法制备密度分布均匀的 氧化铝陶瓷坯体 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 4 实验 3、无机材料 的高温烧结 采用高温烧结法制备氧化铝陶瓷 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 5 实验 4、陶瓷样品 表面抛光 采用磨床结合抛光机将氧化铝陶 瓷样品表面抛光至 0.3 μm 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 6 实验 5、材料的密 度与气孔率测量 采用阿基米德法测试氧化铝样品 的密度及气孔率 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 7 实验 6 、无机材 料的显微结构观 察 掌握 3D 激光共聚焦显微镜、金相 显微镜的基本原理和使用方法，观 察氧化铝陶瓷的微观结构 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 8 实验 7、无机非金 属材料的显微硬 度测试 采用硬度计测试氧化铝陶瓷材料 的显微硬度，采用 3D 激光共聚焦 显微镜测量裂纹长度并计算获得 硬度。 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 9 实验 8、无机非金 属材料的抗弯强 度和杨氏模量测 试 氧化铝陶瓷力学性能测试标准样 品的制备，测试材料的抗弯强度和 杨氏模量 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 10 实验 9、无机材料 的摩擦磨损实验 测试氧化铝陶瓷材料的摩擦磨损 性能 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 11 实验 10、新材料 的设计、成型与烧 结 氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料的组 分设计、成型与烧结 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 1 课程目标 3 课程目标 4 12 实验 11、新材料 的力学性能测试 氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料的力 学性能测试，与氧化铝陶瓷进行综 合对比分析 实验前预习，集中 讲课，自主实验 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4