西安交通大学材料科学基础Ⅱ课程教学大纲一、课程基本信息材料科学基础ⅡI课程名称Fundamentals ofMaterials Science课程编号MATL400102644总学时课程学分理论：64实验：0上机：0课外：0学时分配（课外学时不计入总学时）口通识课程口公共课程课程类型口学科门类基础课口专业大类基础课回专业核心课口专业选修课口集中实践□1-1□1-2□2-1□2-23-1□3-2开课学期□4-1□4-2□5-1□5-2先修课程大学物理、有机化学、材料力学、物理化学教材、参考使用教材：书及其他[1]石德珂主编：《材料科学基础》（第2版）北京：机械工业资料出版社，2003[2] Schaffer, Saxena, Antolovich, Sanders& Warner.《The Scienceand DesignofEngineeringMaterials》,McGraw-Hill Companies.北京：高等教育书版社（影印版），2003[3]】潘金生，全健民，田民波主编《材料科学基础》（修订版北京：清华大学出版社，2011[4]胡祥，蔡珣，戎咏华主编．《材料科学基础》（第三版）.上海：上海交通大学出版社，2010[5]范群成，田民波主编。《材料科学基础学习辅导》.北京：机械工业出版社，2005二、课程目标及学生应达到的能力2.1 课程的基本要求1熟练掌握金属材料和陶瓷材料的相结构和相图（包括二元相图和三元相
西安交通大学材料科学基础Ⅱ课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 材料科学基础Ⅱ Fundamentals of Materials Science 课程编号 MATL400102 课程学分 4 总学时 64 学时分配 理论: 64 实验: 0 上机: 0 课外: 0 （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 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 大学物理、有机化学、材料力学、物理化学 教材、参考 书及其他 资料 使用教材： [1] 石德珂主编. 《材料科学基础》（第 2 版）.北京：机械工业 出版社，2003. [2] Schaffer, Saxena, Antolovich, Sanders& Warner. 《The Science and Design of Engineering Materials》, McGraw-Hill Companies. 北京: 高等教育书版社（影印版），2003. [3] 潘金生，仝健民，田民波主编. 《材料科学基础》（修订版）. 北京：清华大学出版社，2011. [4] 胡赓祥，蔡珣，戎咏华主编. 《材料科学基础》（第三版）. 上 海：上海交通大学出版社，2010. [5] 范群成，田民波主编. 《材料科学基础学习辅导》.北京:机械 工业出版社，2005. 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 1 熟练掌握金属材料和陶瓷材料的相结构和相图（包括二元相图和三元相
图），特别是能熟练地阅读相图，并运用相图分析材料的性能（包括使用性能和工艺性能）与组织之间的关系，了解各种新材料。2熟练掌握金属材料凝固的基本理论和规律，并能用于指导铸造和焊接工艺：了解凝固理论在材料制备技术中的应用。3熟练掌握金属材料中固态扩散的基本规律、机制、公式，理解扩散理论在材料固态相变中的重要作用和应用。4熟练掌握金属材料的变形和断裂，特别是塑性变形的规律和四种强化机理，并能用于理解锻压工艺。了解陶瓷材料和高分子材料的变形和断裂。5基本掌握固体材料的电子结构与物理性能，对典型功能材料有初步了解。2.2课程的目标及学生应该达到的能力1综合运用各种专业知识分析材料领域复杂工程问题的能力使学生熟练掌握金属材料和陶瓷材料的相结构和相图、金属材料凝固的基本理论和规律、金属材料中固态扩散的基本规律和机制、金属材料的变形和断裂，特别是塑性变形的规律和四种强化机理；基本掌握固体材料的电子结构与物理性能等基础知识，为了解材料的性能以及选材打下理论基础。支撑毕业要求指标点1-3：在分析和解释材料服役条件下的理化性能及力学行为时，能够合理应用材料类专业基础知识，了解实际工程中的材料选择原则。使学生熟练掌握金属材料和陶瓷材料的相结构和相图、金属材料凝固的基本理论和规律、金属材料中固态扩散的基本规律和机制、金属材料的变形和断裂，特别是塑性变形的规律和四种强化机理；基本掌握固体材料的电子结构与物理性能等基础知识，并能够综合其他专业知识对材料的实际工程应用中的复杂问题进行分析，合理解释微观组织结构和宏观性能之间的关系。支撑毕业要求指标点1-4：具备综合应用数学、自然科学、工程基础及材料科学基础、材料工程基础、材料研究方法、材料性能等专业知识的能力，用于解决材料领域的复杂工程问题。2利用专业知识结合文献研究分析并解决复杂工程问题的能力能够运用所学材料科学基础的专业知识，结合其他专业知识及文献研究，利用材料成分-组织-性能之间的关系，对实际应用中的复杂工程问题进行研究分析，获取科学的解决方案。支撑毕业要求指标点2-3：通过所学专业知识结合文献研究，分析复杂工程问题中材料成分-工艺-组织-性能之间的相互关系，对比多种解决方案和路径，获得有效结论。3用科学方法系统研究材料，并解决复杂工程问题的能力针对材料领域的复杂工程问题，能够基于材料科学的基本原理，通过文献检
图），特别是能熟练地阅读相图，并运用相图分析材料的性能（包括使用性能和 工艺性能）与组织之间的关系，了解各种新材料。 2 熟练掌握金属材料凝固的基本理论和规律，并能用于指导铸造和焊接工艺； 了解凝固理论在材料制备技术中的应用。 3 熟练掌握金属材料中固态扩散的基本规律、机制、公式，理解扩散理论在 材料固态相变中的重要作用和应用。 4 熟练掌握金属材料的变形和断裂，特别是塑性变形的规律和四种强化机理， 并能用于理解锻压工艺。了解陶瓷材料和高分子材料的变形和断裂。 5 基本掌握固体材料的电子结构与物理性能，对典型功能材料有初步了解。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1 综合运用各种专业知识分析材料领域复杂工程问题的能力 使学生熟练掌握金属材料和陶瓷材料的相结构和相图、金属材料凝固的基本 理论和规律、金属材料中固态扩散的基本规律和机制、金属材料的变形和断裂， 特别是塑性变形的规律和四种强化机理;基本掌握固体材料的电子结构与物理性 能等基础知识, 为了解材料的性能以及选材打下理论基础。 支撑毕业要求指标点 1-3：在分析和解释材料服役条件下的理化性能及力学 行为时，能够合理应用材料类专业基础知识，了解实际工程中的材料选择原则。 使学生熟练掌握金属材料和陶瓷材料的相结构和相图、金属材料凝固的基本 理论和规律、金属材料中固态扩散的基本规律和机制、金属材料的变形和断裂， 特别是塑性变形的规律和四种强化机理; 基本掌握固体材料的电子结构与物理 性能等基础知识, 并能够综合其他专业知识对材料的实际工程应用中的复杂问 题进行分析，合理解释微观组织结构和宏观性能之间的关系。 支撑毕业要求指标点 1-4：具备综合应用数学、自然科学、工程基础及材料 科学基础、材料工程基础、材料研究方法、材料性能等专业知识的能力，用于解 决材料领域的复杂工程问题。 2 利用专业知识结合文献研究分析并解决复杂工程问题的能力 能够运用所学材料科学基础的专业知识，结合其他专业知识及文献研究，利 用材料成分-组织-性能之间的关系，对实际应用中的复杂工程问题进行研究分析， 获取科学的解决方案。 支撑毕业要求指标点 2-3：通过所学专业知识结合文献研究，分析复杂工程 问题中材料成分-工艺-组织-性能之间的相互关系，对比多种解决方案和路径，获 得有效结论。 3 用科学方法系统研究材料，并解决复杂工程问题的能力 针对材料领域的复杂工程问题，能够基于材料科学的基本原理，通过文献检
索、调研等科学方法进行研究。根据系统或部件服役条件，合理选择材料，制定研究路线，设计实验方案，构建实验系统，安全有效地开展实验，正确采集实验数据，并对实验结果进行分析和讨论，研究材料本质；通过信息综合，获得该类材料的成分-工艺-组织-性能之间的关系特征，最终获得合理有效的结论或解决办法。支撑毕业要求指标点4-1：基于材料科学原理，针对材料领域复杂工程问题，通过文献检索、调研、分析现有或相近问题的解决方案。能够基于材料科学的基本原理，综合各种信息，充分认识材料本质。支撑毕业要求指标点4-4：通过信息综合，对实验结果进行关联、分析和解释，获得该类材料的成分工艺-组织-性能之间的关系特征，最终得到合理有效的结论。4个人与团队对本课程中重点、难点，结合工程问题，组织以学生为主的课堂讨论，使学生有机会在小组中承担个体、团队成员特别是负责人的角色，使复杂问题通过团队中每个人的分析讨论，汇总出一份比较合理的答案。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。表2-1课程目标与专业毕业要求的关联关系毕业要求2344561218111课程目标课程目标1.1M课程目标1.2M1福课程目标2MM课程目标3.1M课程目标3.2课程目标4M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、教学内容简介材料科学基础ⅡI的教学内容延续材料科学基础I，因此章节从第5章开始。参考章节名称知识点序号学时5材料的相结构及相图固溶体、化合物、相图的基本知识、一元系5.1材料的相结构相图、二元系相图及其类型、铁-碳合金相5.2二元相图及其类型图、固溶体的吉布斯自由能-成分曲线、克5.3复杂相图分析劳修斯-克莱普隆方程、相平衡条件、由吉2255.4相图的热力学基础布斯自由能-成分曲线推测相图、三元匀晶5.5三元系相图及其类型相图、三元系中的相平衡分析、具有四相共晶反应的三元系相图
索、调研等科学方法进行研究。 根据系统或部件服役条件，合理选择材料，制 定研究路线，设计实验方案，构建实验系统，安全有效地开展实验，正确采集实 验数据，并对实验结果进行分析和讨论，研究材料本质；通过信息综合，获得该 类材料的成分-工艺-组织-性能之间的关系特征，最终获得合理有效的结论或解决 办法。 支撑毕业要求指标点 4-1：基于材料科学原理，针对材料领域复杂工程问题， 通过文献检索、调研、分析现有或相近问题的解决方案。 能够基于材料科学的基本原理，综合各种信息，充分认识材料本质。 支撑毕业要求指标点 4-4：通过信息综合，对实验结果进行关联、分析和解 释，获得该类材料的成分-工艺-组织-性能之间的关系特征，最终得到合理有效的 结论。 4 个人与团队 对本课程中重点、难点，结合工程问题，组织以学生为主的课堂讨论，使学 生有机会在小组中承担个体、团队成员, 特别是负责人的角色，使复杂问题通过 团队中每个人的分析讨论，汇总出一份比较合理的答案。 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。 表 2-1 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 1.1 M 课程目标 1.2 M 课程目标 2 M 课程目标 3.1 M 课程目标 3.2 M 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 材料科学基础 II 的教学内容延续材料科学基础 I，因此章节从第 5 章开始。 序号 章节名称 知识点 参考 学时 5 5 材料的相结构及相图 5.1 材料的相结构 5.2 二元相图及其类型 5.3 复杂相图分析 5.4 相图的热力学基础 5.5 三元系相图及其类型 固溶体、化合物、相图的基本知识、一元系 相图、二元系相图及其类型、铁-碳合金相 图、固溶体的吉布斯自由能-成分曲线、克 劳修斯-克莱普隆方程、相平衡条件、由吉 布斯自由能-成分曲线推测相图、三元匀晶 相图、三元系中的相平衡分析、具有四相共 晶反应的三元系相图 22
6材料的凝固结晶的基本规律、均匀形核、形核率、非均6.1材料凝固时晶核的形成匀形核、晶核长大的必要条件、固/液界面6.2材料凝固时晶体的生长的微观构造、晶核长大方式、固溶体的平衡6.3固溶体的凝固凝固、固溶体的不平衡凝固、成分过冷及其6.4共晶合金的凝固影响因素、共晶体的形态、共晶体的形核及66.5制造工艺与凝固组织生长、先共晶相的形态、铸锭和铸件凝固的6.6用凝固法材料的制备技术组织与偏析、连续铸造和熔化焊的凝固组织、区域提纯、制备单晶、用快速冷凝法制备金属玻璃、定向凝固。7固体中的扩散扩散第一定律、扩散第二定律、扩散的主要7.1扩散定律及其应用机制、扩散系数、扩散激活能、扩散的驱动7.2扩散的微观机制力、反应扩散、温度对扩散的影响、原子键767.3扩散的驱动力及反应扩散力对扩散的影响、晶体结构对扩散的影响、7.4影响扩散的因素固溶体类型及浓度对扩散的影响、晶体缺陷对扩散的影响8材料的变形与断裂弹性变形的主要特点，弹性模量的物理意8.1金属变形概述义、弹性模量在工程上的应用、晶体的滑移8.2金属的弹性变形与观察、滑移机制、晶体的滑移系、李生变8.3滑移与李生变形形、施密特定律、晶体的始滑移系、夹头固8.4单晶体的塑性变形定情况下滑移过程中的晶体转动、晶体滑移8.5多晶体的塑性变形的种类、多晶体塑性变形的特点、细晶强化8.6纯金属的变形强化及其机理、金属的形变强化、形变强化的位8.7合金的变形与强化错机理、单晶体的形变强化、形变强化的工8.8冷变形金属的组织与性能程意义、固溶体的变形与固溶强化、多相合2288.9金属的断裂金的变形与强化、冷变形金属的组织变化、8.10冷变形金属的回复与再冷变形金属的性能变化、理论断裂强度、实结晶际断裂强度、冷变形金属加热时的组织和性8.11金属的热变形、端变及超能变化、冷变形金属的回复、冷变形金属的塑性再结晶、再结晶后晶粒长大、金属的热变形、8.12陶瓷晶体的变形金属的螺变、金属的超塑性、陶瓷晶体的变8.13高分子材料的变形形特点、影响陶瓷晶体变形的主要因素、高分子材料的变形特点9固体材料的电子结构与物理能带的形成、金属的能带结构与导电性、费1性能米能、半导体与绝缘体、本征半导体、掺杂9.1固体的能带理论半导体、原子的磁性、抗磁体、顺磁体和铁9.2半导体磁体、磁化曲线与磁畴结构、光的吸收与透99.3材料的磁性射、材料的发光性能、摩尔热容、热膨胀、9.4材料的光学性能导热性能、光导纤维、磁性材料9.5材料的热学性能9.6功能材料举例
6 6 材料的凝固 6.1 材料凝固时晶核的形成 6.2 材料凝固时晶体的生长 6.3 固溶体的凝固 6.4 共晶合金的凝固 6.5 制造工艺与凝固组织 6.6 用凝固法材料的制备技术 结晶的基本规律、均匀形核、形核率、非均 匀形核、晶核长大的必要条件、固/液界面 的微观构造、晶核长大方式、固溶体的平衡 凝固、固溶体的不平衡凝固、成分过冷及其 影响因素、共晶体的形态、共晶体的形核及 生长、先共晶相的形态、铸锭和铸件凝固的 组织与偏析、连续铸造和熔化焊的凝固组 织、区域提纯、制备单晶、用快速冷凝法制 备金属玻璃、定向凝固。 7 7 7 固体中的扩散 7.1 扩散定律及其应用 7.2 扩散的微观机制 7.3 扩散的驱动力及反应扩散 7.4 影响扩散的因素 扩散第一定律、扩散第二定律、扩散的主要 机制、扩散系数、扩散激活能、扩散的驱动 力、反应扩散、温度对扩散的影响、原子键 力对扩散的影响、晶体结构对扩散的影响、 固溶体类型及浓度对扩散的影响、晶体缺陷 对扩散的影响 6 8 8 材料的变形与断裂 8.1 金属变形概述 8.2 金属的弹性变形 8.3 滑移与孪生变形 8.4 单晶体的塑性变形 8.5 多晶体的塑性变形 8.6 纯金属的变形强化 8.7 合金的变形与强化 8.8 冷变形金属的组织与性能 8.9 金属的断裂 8.10 冷变形金属的回复与再 结晶 8.11 金属的热变形、蠕变及超 塑性 8.12 陶瓷晶体的变形 8.13 高分子材料的变形 弹性变形的主要特点、弹性模量的物理意 义、弹性模量在工程上的应用、晶体的滑移 与观察、滑移机制、晶体的滑移系、孪生变 形、施密特定律、晶体的始滑移系、夹头固 定情况下滑移过程中的晶体转动、晶体滑移 的种类、多晶体塑性变形的特点、细晶强化 及其机理、金属的形变强化、形变强化的位 错机理、单晶体的形变强化、形变强化的工 程意义、固溶体的变形与固溶强化、多相合 金的变形与强化、冷变形金属的组织变化、 冷变形金属的性能变化、理论断裂强度、实 际断裂强度、冷变形金属加热时的组织和性 能变化、冷变形金属的回复、冷变形金属的 再结晶、再结晶后晶粒长大、金属的热变形、 金属的蠕变、金属的超塑性、陶瓷晶体的变 形特点、影响陶瓷晶体变形的主要因素、高 分子材料的变形特点 22 9 9 固体材料的电子结构与物理 性能 9.1 固体的能带理论 9.2 半导体 9.3 材料的磁性 9.4 材料的光学性能 9.5 材料的热学性能 9.6 功能材料举例 能带的形成、金属的能带结构与导电性、费 米能、半导体与绝缘体、本征半导体、掺杂 半导体、原子的磁性、抗磁体、顺磁体和铁 磁体、磁化曲线与磁畴结构、光的吸收与透 射、材料的发光性能、摩尔热容、热膨胀、 导热性能、光导纤维、磁性材料 7
四、教学安排详表学时教学要求对课准目标章节顺序教学内容教学方式分配的支撑关系（知识要求及能力要求）使学生能够熟练阅读分析相图，利用相和组织的概念，借助相课程目标1主要讲解材料的相结构、相图分析材料的性能（包括使用性能和工艺性能）与组织之间的授课+课堂讨课程目标2225图的热力学基础、二元相图、关系，从而具有了解各种新材料的能力。通过课堂讨论，锻炼论课程目标3三元相图。学生的交流、沟通、互助与总结的能力，学会利用集体的力量课程日标4解决复杂问题。课程目标1主要讲解金属材料凝固的基使学生通过熟练掌握金属材料固的基本理论和规律，了解和7授课6课程目标2本理论和规律。制定铸造和焊接工艺，以及材料的一些制备技术。课程目标3主要讲解扩散定律、扩散的课程目标1使学生熟练掌握金属材料中固态扩散的基本规律、机制、公式，微观机制、扩散的种类、影投课理解扩散理论在材料固态相变、金属表面化学热处理等过程中课程目标26响扩散的因素。的重要作用和应用。课程目标3使学生熟练掌握金属材料的变形和断裂规律，特别是塑性变形课程目标1主要讲解金属材料塑性变形的规律和四种强化机理，用于分析和解决金属材料在压力加授课+课堂讨课程目标222工、热处理、合金化等工艺后，组织和性能的变化规律。通过4的规律和四种强化机理。论课程目标3课堂讨论，锻炼学生的交流、沟通、互助与总结的能力，学会课程目标4利用集体的力量解决复杂问题。主要讲解固体材料的电子结课程目标1使学生基本掌握固体材料的电子结构与物理性能，以便对典型O7投课构与物理性能以及典型功能课程目标2功能材料有所了解。材料的性能特点。课程目标3
四、教学安排详表 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 5 主要讲解材料的相结构、相 图的热力学基础、二元相图、 三元相图。 22 授课+课堂讨 论 使学生能够熟练阅读分析相图，利用相和组织的概念，借助相 图分析材料的性能（包括使用性能和工艺性能）与组织之间的 关系，从而具有了解各种新材料的能力。通过课堂讨论，锻炼 学生的交流、沟通、互助与总结的能力，学会利用集体的力量 解决复杂问题。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4 6 主要讲解金属材料凝固的基 本理论和规律。 7 授课 使学生通过熟练掌握金属材料凝固的基本理论和规律，了解和 制定铸造和焊接工艺，以及材料的一些制备技术。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 7 主要讲解扩散定律、扩散的 微观机制、扩散的种类、影 响扩散的因素。 6 授课 使学生熟练掌握金属材料中固态扩散的基本规律、机制、公式， 理解扩散理论在材料固态相变、金属表面化学热处理等过程中 的重要作用和应用。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 8 主要讲解金属材料塑性变形 的规律和四种强化机理。 22 授课+课堂讨 论 使学生熟练掌握金属材料的变形和断裂规律，特别是塑性变形 的规律和四种强化机理，用于分析和解决金属材料在压力加 工、热处理、合金化等工艺后，组织和性能的变化规律。通过 课堂讨论，锻炼学生的交流、沟通、互助与总结的能力，学会 利用集体的力量解决复杂问题。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 课程目标 4 9 主要讲解固体材料的电子结 构与物理性能以及典型功能 材料的性能特点。 7 授课 使学生基本掌握固体材料的电子结构与物理性能，以便对典型 功能材料有所了解。 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3