材料科学基础教学大纲课程基本说明课程课程课程中文材料科学基础公共能力111401028类型名称编码开课课程英文Fundamentals of4学分4学期名称material science实践理论学时68680学时学时适用专业材料类专业如材料化学、材料科学与工程开课单位化学与材料工程学院/材料化学教研室及教研室课程的本课程是材料类专业的必修课，也可作为材料类其它专业的必修课或选修课。通过性质与本课程的学习，培养学生掌握材料的结构、缺陷、原子运动、相图、材料变形等方面的任务基础理论知识，为后续材料的相关课程及实验实训环节奠定基础。课程教学中重在对基本概念、基本现象以及基本理论的了解，侧重理论知识的传课程教学授，主要包括晶体结构、晶体缺陷、晶体形变、晶体中原子的运动以及相图方面的知要求识，为后继专业课程的学习打下坚实的理论基础。考核课期末考试+平时考核方式程考核综合成绩考试成绩：平时成绩= 70%：30%构成主讲团队姓名职称教学任务电子信箱负责人陈万平副教授课程讲授cwp0918@163.com主讲教师主讲教师建议名称：材料科学基础主编：胡庚祥出版社：上海交通大学教材出版社出版年月：2010.4课程参余永宁、材料科学基础教学1.考2.冯端，材料科学导论材料书3.陶杰，材料科学基础（是否为达成课程目网络教学标提供资源等其保障）它学习辅导材料课程教学学时分配建议表序号主要各教学环节的学时分配
材料科学基础教学大纲 一、课程基本说明 课程中文 名称 材料科学基础 课程 编码 111401028 课程 类型 公共能力 课程英文 名称 Fundamentals of material science 开课 学期 4 学分 4 学时 68 理论 学时 68 实践 学时 0 适用专业 材料类专业如材料化学、材料科学与工程 开课单位 及教研室 化学与材料工程学院/材料化学教研室 课程的 性质与 任务 本课程是材料类专业的必修课，也可作为材料类其它专业的必修课或选修课。通过 本课程的学习，培养学生掌握材料的结构、缺陷、原子运动、相图、材料变形等方面的 基础理论知识，为后续材料的相关课程及实验实训环节奠定基础。 课程 教学 要求 课程教学中重在对基本概念、基本现象以及基本理论的了解，侧重理论知识的传 授，主要包括晶体结构、晶体缺陷、晶体形变、晶体中原子的运动以及相图方面的知 识，为后继专业课程的学习打下坚实的理论基础。 课 程 考 核 考核 方式 期末考试+平时考核 综合成绩 构成 考试成绩 ：平时成绩 = 70% ：30% 主讲团队 姓名 职称 教学任务 电子信箱 负责人 陈万平 副教授 课程讲授 cwp0918@163.com 主讲教师 主讲教师 课程 教学 材料 （是否 为达成 课程目 标提供 保障） 建议 教材 名称：材料科学基础 主编：胡庚祥 出版社：上海交通大学 出版社 出版年月：2010.4 参 考 书 1．余永宁、材料科学基础 2．冯端，材料科学导论 3．陶杰，材料科学基础 网络教学 资源等其 它学习辅 导材料 课程教学学时分配建议表 序号 主要 各教学环节的学时分配
内容讲授讨论其它合计实验（实训）144原子结构与键合216151固体结构388固体缺陷固体中原子的运444动57材料的变形186相图13114722材料的亚稳态888材料的功能特性9224复习与机动二、课程定位与目标（填写说明：对课程目标逐条进行具体表述，明确规定学生通过课程学习后，在知识、能力、素质等方面期望取得的成果，并用矩阵图的方式表明其与毕业要求指标点之间的对应关系。）目标1.了解材料科学的基础知识。目标2.建立材料学科的理论知识体系。目标3.为在材料学科方面的学习打下坚实基础本课程支撑专业人才培养方案中毕业要求X-X、毕业要求X-×、，对应关系如表所示。课程目标毕业要求指标点目标1目标2目标3..毕业要求1-1Vv毕业要求2-1v毕业要求12注：二者关联用“”表示。三、课程教学及考核第一章原子结构与键合(学时4)教学目的：能够根据材料的类型的不同，分析材料组成原子的键合特征。教学重点：课堂要求，原子间的键合教学难点：分子间作用力，高分子链的二级结构教学方法：讲授法，练习法，课堂讨论法，启发法，多媒体辅助法
内容 讲授 讨论 实验（实训） 其它 合计 1 原子结构与键合 4 4 2 固体结构 15 1 16 3 固体缺陷 8 8 4 固体中原子的运 动 4 4 5 材料的变形 7 1 8 6 相图 13 1 14 7 材料的亚稳态 2 2 8 材料的功能特性 8 8 9 复习与机动 2 2 4 二、课程定位与目标 （填写说明：对课程目标逐条进行具体表述，明确规定学生通过课程学习后，在知识、能力、 素质等方面期望取得的成果，并用矩阵图的方式表明其与毕业要求指标点之间的对应关系。） 目标1. 了解材料科学的基础知识。 目标2. 建立材料学科的理论知识体系。 目标3. 为在材料学科方面的学习打下坚实基础 本课程支撑专业人才培养方案中毕业要求×-×、毕业要求×-×、.，对应关系如表所示。 毕业要求 指标点 课程目标 目标1 目标2 目标3 . 毕业要求1-1 √ 毕业要求2-1 √ 毕业要求12 √ 注：二者关联用“√”表示。 三、课程教学及考核 第一章 原子结构与键合 (学时4) 教学目的:能够根据材料的类型的不同，分析材料组成原子的键合特征。 教学重点: 课堂要求，原子间的键合 教学难点: 分子间作用力，高分子链的二级结构 教学方法: 讲授法，练习法，课堂讨论法，启发法，多媒体辅助法
教学要求：（1）熟知材料科学基础课堂要求：（2）材料学的发展以及基本内容：（3）掌握原子间键合的方式和本质特征：（4）了解高分子链的结构第一节课程介绍（学时1）教学内容：课程要求以及课程内容的介绍第二节原子结构（学时1）教学内容：原子的电子结构（学时1）第三节原子的键合教学内容：不同类型化合物中原子键合的方式及其特征第四节高分子链（学时1）教学内容：高分子的近程结构和远程结构本章考核要点：原子的电子结构以及材料中原子键合的本质特征第二章固体结构（学时16）教学目的：根据所学知识，能够对材料的结构进行适当描述和分析教学重点：点阵的类型，晶向指标和晶面指标，对称元素和对称操作教学难点：点阵的意义，四轴坐标系中晶向指数的求法，倒易点阵的概念教学方法：讲授法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法教学要求：（1）了解晶体的特点，厂解晶体-点阵-晶胞的抽象过程：（2）了解点阵的类型、点阵常数；（3）掌握三轴坐标系中晶向指标和晶面指标的意义和求法；（4）掌握晶体宏观对称元素和微观对称元素的种类及相应的对称操作；（5）了解极射投影和倒易点阵的概念；（6）熟悉Diamond晶体可视化软件的简单使用第一节晶体学基础（学时6）教学内容：晶胞结构描述及对称性知识第二节金属的晶体结构（学时3）教学内容：典型三大金属晶体结构的特点及描述，包括相关的计算第三节合金相结构（学时3）教学内容：固溶体的类型及特点，中间相的类型第四节离子晶体结构（学时3）教学内容：离子晶体的多面体描述以及典型离子晶体的结构特征第五节其他材料的结构（学时1）教学内容：高聚物、准晶、液晶等材料的结构特点本章考核要点：晶面指标和晶向指标，对称性，金属晶体的相关计算，离子晶体中的多面体规则，固溶体的特征第三章晶体的缺陷（学时8）教学目的：熟知晶体结构中的缺陷类型、运动特点及其影响教学重点：点缺陷的符号表示，位错，柏失量，位错反应教学难点：螺型位错、运动位错的交割，扩展位错教学方法：讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法教学要求：（1）熟知点缺陷的类型，能够用布洛克-文克符号描述点缺陷：（2）了解线缺陷的类型，了解位错运动（滑移）的特点：（3）掌握柏氏失量的画法、表示方法，能够用柏氏失量的运算来判断位错反应能否进行。第一节点缺陷（学时2）教学内容：点缺陷的概念、类型、表示等第二节位错（学时6）教学内容：位错的概念、类型、运动特点、弹性性质以及实际晶体中的位错本章考核要点：点缺陷的表示，位错的类型、特征及运动，伯氏失量的表示，位错反应第四章固体中原子及分子的运动（学时4）教学目的：学习固体中原子或分子的运动形式及特征教学重点：菲克第一定律，菲克第二定律，离子晶体中的扩散教学难点：扩散方程的解教学方法：讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法教学要求：（1）了解菲克第一定律及其量纲的含义；（2）能够利用菲克第二定律对实际问题进行简单的分析与计算；（3）熟悉离子晶体中扩散的特点：（4）了解影响扩散的因素以及高分子材料
教学要求: （1）熟知材料科学基础课堂要求；（2）材料学的发展以及基本内容；（3）掌握原子间 键合的方式和本质特征；（4）了解高分子链的结构 第一节 课程介绍 （学时1） 教学内容：课程要求以及课程内容的介绍 第二节 原子结构 （学时1） 教学内容：原子的电子结构 第三节 原子的键合 （学时1） 教学内容：不同类型化合物中原子键合的方式及其特征 第四节 高分子链 （学时1） 教学内容：高分子的近程结构和远程结构 本章考核要点：原子的电子结构以及材料中原子键合的本质特征 第二章 固体结构 (学时16) 教学目的:根据所学知识，能够对材料的结构进行适当描述和分析 教学重点: 点阵的类型，晶向指标和晶面指标，对称元素和对称操作 教学难点: 点阵的意义，四轴坐标系中晶向指数的求法，倒易点阵的概念 教学方法: 讲授法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法 教学要求: （1）了解晶体的特点，了解晶体-点阵-晶胞的抽象过程；（2）了解点阵的类型、点阵常 数；（3）掌握三轴坐标系中晶向指标和晶面指标的意义和求法；（4）掌握晶体宏观对称元素和微观 对称元素的种类及相应的对称操作；（5）了解极射投影和倒易点阵的概念；（6）熟悉Diamond晶体 可视化软件的简单使用 第一节 晶体学基础 （学时6） 教学内容：晶胞结构描述及对称性知识 第二节 金属的晶体结构 （学时3） 教学内容：典型三大金属晶体结构的特点及描述，包括相关的计算 第三节 合金相结构 （学时3） 教学内容：固溶体的类型及特点，中间相的类型 第四节 离子晶体结构 （学时3） 教学内容：离子晶体的多面体描述以及典型离子晶体的结构特征 第五节 其他材料的结构 （学时1） 教学内容：高聚物、准晶、液晶等材料的结构特点 本章考核要点：晶面指标和晶向指标，对称性，金属晶体的相关计算，离子晶体中的多面体规则， 固溶体的特征 第三章 晶体的缺陷 (学时8) 教学目的:熟知晶体结构中的缺陷类型、运动特点及其影响 教学重点: 点缺陷的符号表示，位错，柏氏矢量，位错反应 教学难点: 螺型位错、运动位错的交割，扩展位错 教学方法: 讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法 教学要求: （1）熟知点缺陷的类型，能够用布洛克-文克符号描述点缺陷；（2）了解线缺陷的类 型，了解位错运动（滑移）的特点；（3）掌握柏氏矢量的画法、表示方法，能够用柏氏矢量的运算 来判断位错反应能否进行。 第一节 点缺陷 （学时2） 教学内容：点缺陷的概念、类型、表示等 第二节 位错 （学时6） 教学内容：位错的概念、类型、运动特点、弹性性质以及实际晶体中的位错 本章考核要点：点缺陷的表示，位错的类型、特征及运动，伯氏矢量的表示，位错反应 第四章 固体中原子及分子的运动 (学时4) 教学目的:学习固体中原子或分子的运动形式及特征 教学重点: 菲克第一定律，菲克第二定律，离子晶体中的扩散 教学难点: 扩散方程的解 教学方法: 讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法 教学要求: （1）了解菲克第一定律及其量纲的含义；（2）能够利用菲克第二定律对实际问题进行 简单的分析与计算；（3）熟悉离子晶体中扩散的特点；（4）了解影响扩散的因素以及高分子材料
中分子运动的特点第一节表象理论（学时2）教学内容：熟悉菲克第一定律和第二定律的数学表达及特征，了解典型扩散现象第二节扩散的原子理论（学时1）教学内容：扩散机制的类型第三节离子晶体中的扩散（学时1）教学内容：离子晶体中扩散的特点本章考核要点：一端成分不受扩散影响的扩散偶的计算，离子晶体的扩散特点第五章晶体的变形和再结晶（学时8教学目的：学习晶体变形的原因、形式以及影响教学重点：胡克定律，滑移的临界分切应力，滑移系，霍尔-佩奇公式，派-纳公式教学难点：：临界分切应力，滑移系教学方法：讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法教学要求：（1）熟悉晶体弹性变形的特点和公式描述；（2）了解塑形变形的本质特征，能够通过临界分切应力的分析计算判断滑移系的滑动；（3）了解影响滑移的因素，能够利用相关公式进行简单的分析计算第一节弹性和黏弹性（学时2）教学内容：弹性变形的公式表示及相关参数的含义，弹性的不完整性第二节晶体的塑型变形（学时5）教学内容：晶体塑形变形的特点及滑移开动的条件和相关计算第三节回复和再结晶（学时1）教学内容：晶体回复和再结晶的相关概念本章考核要点：弹性模量的含义，临界分切应力的相关计算，单晶、多晶及合金塑形变形中的特点及相关计算第六章相图（学时14）教学目的：利用相图能够对不同混合组分体系在一定压强下高温凝固时相的组成进行分析教学重点：吉布斯相率、二元相图、杠杆规则，共晶教学难点：：利用杠杆规则对二元相图进行的相关计算、三元相图的投影图教学方法：讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法教学要求：（1）了解吉布斯相率，能够用之进行相关分析：（2）了解纯晶体凝固过程，熟悉影响形核、晶体长大和生长形态的因素：（3）熟悉二元相图的构成，熟悉匀晶、共晶和包晶等现象，能够利用相图对高温冷却过程的物相及组织形态进行相关分析，并能利用杠杆规则进行相关分析；（4）了解三元相图，了解三相图中的截面图和投影图。本章考核要点：吉布斯相律推导，杠杆规则，铁碳相图中不同组分下高温凝固时相变的描述及相关计算第一节一元相图（学时3）教学内容：吉布斯相律，纯晶体的凝固，晶体长大第二节二元相图（学时8）教学内容：杠杆规则，匀晶转变，共晶转变以及包晶转变，铁碳相图第三节三元相图（学时3）教学内容：三元相图特征，空间模型，三元相图的截面图和投影图第七章材料的亚稳态（学时2）教学目的：了解材料亚稳态的概念、种类以及对材料性能的影响教学重点：纳米晶、准晶和非晶态的概念和结构特征教学难点：：周期平移序、取向序，马氏体及马氏体转变教学方法：讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法教学要求：（1）了解材料亚稳态的概念：（2）了解材料亚稳态的类型及相应特点第一节材料的亚稳态（学时1）教学内容：亚稳态的概念，类型第二节固体相变中的亚稳态（学时1）教学内容：固溶体脱溶，马氏体及转变本章考核要点：亚稳态的固体结构特征，马氏体
中分子运动的特点 第一节 表象理论 （学时2） 教学内容：熟悉菲克第一定律和第二定律的数学表达及特征，了解典型扩散现象 第二节 扩散的原子理论 （学时1） 教学内容：扩散机制的类型 第三节 离子晶体中的扩散 （学时1） 教学内容：离子晶体中扩散的特点 本章考核要点：一端成分不受扩散影响的扩散偶的计算，离子晶体的扩散特点 第五章 晶体的变形和再结晶 (学时8) 教学目的:学习晶体变形的原因、形式以及影响 教学重点: 胡克定律，滑移的临界分切应力，滑移系，霍尔-佩奇公式，派-纳公式 教学难点: ：临界分切应力，滑移系 教学方法: 讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法 教学要求: （1）熟悉晶体弹性变形的特点和公式描述；（2）了解塑形变形的本质特征，能够通过 临界分切应力的分析计算判断滑移系的滑动；（3）了解影响滑移的因素，能够利用相关公式进行简 单的分析计算 第一节 弹性和黏弹性 （学时2） 教学内容：弹性变形的公式表示及相关参数的含义，弹性的不完整性 第二节 晶体的塑型变形 （学时5） 教学内容：晶体塑形变形的特点及滑移开动的条件和相关计算 第三节 回复和再结晶 （学时1） 教学内容：晶体回复和再结晶的相关概念 本章考核要点：弹性模量的含义，临界分切应力的相关计算，单晶、多晶及合金塑形变形中的特点 及相关计算 第六章 相图 (学时14) 教学目的:利用相图能够对不同混合组分体系在一定压强下高温凝固时相的组成进行分析 教学重点: 吉布斯相率、二元相图、杠杆规则，共晶 教学难点: ：利用杠杆规则对二元相图进行的相关计算、三元相图的投影图 教学方法: 讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法 教学要求: （1）了解吉布斯相率，能够用之进行相关分析；（2）了解纯晶体凝固过程，熟悉影响 形核、晶体长大和生长形态的因素；（3）熟悉二元相图的构成，熟悉匀晶、共晶和包晶等现象，能 够利用相图对高温冷却过程的物相及组织形态进行相关分析，并能利用杠杆规则进行相关分析； （4）了解三元相图，了解三相图中的截面图和投影图。 本章考核要点：吉布斯相律推导，杠杆规则，铁碳相图中不同组分下高温凝固时相变的描述及相关 计算 第一节 一元相图 （学时3） 教学内容：吉布斯相律，纯晶体的凝固，晶体长大` 第二节 二元相图 （学时8） 教学内容：杠杆规则，匀晶转变，共晶转变以及包晶转变，铁碳相图 第三节 三元相图 （学时3） 教学内容：三元相图特征，空间模型，三元相图的截面图和投影图 第七章 材料的亚稳态 (学时2) 教学目的:了解材料亚稳态的概念、种类以及对材料性能的影响 教学重点: 纳米晶、准晶和非晶态的概念和结构特征 教学难点: ：周期平移序、取向序，马氏体及马氏体转变 教学方法: 讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法 教学要求: （1）了解材料亚稳态的概念；（2）了解材料亚稳态的类型及相应特点 第一节 材料的亚稳态 （学时1） 教学内容：亚稳态的概念，类型 第二节 固体相变中的亚稳态 （学时1） 教学内容：固溶体脱溶，马氏体及转变 本章考核要点：亚稳态的固体结构特征，马氏体
第八章材料的功能特性（学时8)教学目的：学习材料的光、电、磁等性能教学重点：能带结构，材料的导电性，磁性材料教学难点：能带，磁滞回线教学方法：讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法教学要求：（1）了解功能材料常见的功能特性：光电磁热性能；（2）重点掌握材料导电性与材料电子结构的关系；（3）熟悉材料磁性的来源及磁性材料的种类第一节材料的电性能（学时3）教学内容：能带结构，材料导电性能的能带解释第二节材料的热性能（学时1）教学内容：热性能概念、描述、机制及材料热性能分析第三节材料的磁性能（学时3）教学内容：磁性的来源，磁性材料的分类（本质特征）、磁滞回线的含义及解释第四节材料的光学性能（学时1）教学内容：光学性能的表现形式（介电常数），发光，吸光本章考核要点：材料导电性能的能带解释，磁性的来源，吸光（带隙计算）作业第一次1、名词解释：Hund规则，均聚物，共聚物2、决定材料性能的最根本的因素有哪些。3、写出Mn和Eu的核外电子结构。4、范德华力有哪几种，它们分别是什么。5、写出聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙66的分子式、结构单元、重复单元和单体；第二次1、选取晶胞的原则有哪些。2、七大晶系的边角关系分别是怎样的。3、在一个简单立方晶胞内画出【210］晶向和（112）晶面。4、在一个六方晶胞中画出晶面A1120）和过原点的晶向OB1123。5、简述立方体有哪些对称元素，哪些对称操作，并配图说明。第三次1、列表说明典型金属结构的晶体学特点。2、简述复杂离子晶体结构的Pauling规则。3、按晶体的钢球模型，若球的直径R不变，当铁从a-Fe(bcc)转变为y-Fe(fcc)时，密度变化多少？4、MgO具有NaCI型结构。Mg2+的离子半径为0.078nm，O2-的离子半径为0.132nm。试求MgO的密度和致密度。第四次1、名词解释：肖特基缺陷，位错的应变能，不全位错，全位错2、伯氏失量的物理意义及确定伯氏矢量的具体步骤。3、Pt的晶体结构为fcc，其晶格常数为0.3923nm，密度为21.45g/cm3，试计算其空位离子数分数。4、已知Cu晶体的点阵常数a=0.35nm，剪切模量G=4×10+MPa；有一位错5-[101],其位错线方向为|101]，试计算该位TL错的应变能(p102)。5、试分析下列位错反应能否进行？李[101]+9[121]-→111211016-SL第五次
第八章 材料的功能特性 (学时8) 教学目的:学习材料的光、电、磁等性能 教学重点: 能带结构，材料的导电性，磁性材料 教学难点: 能带，磁滞回线 教学方法: 讲授法，演示法，练习法，课堂讨论法，启发法，读书指导法，多媒体辅助法 教学要求: （1）了解功能材料常见的功能特性：光电磁热性能；（2）重点掌握材料导电性与材料 电子结构的关系；（3）熟悉材料磁性的来源及磁性材料的种类 第一节 材料的电性能 （学时3） 教学内容：能带结构，材料导电性能的能带解释 第二节 材料的热性能 （学时1） 教学内容：热性能概念、描述、机制及材料热性能分析 第三节 材料的磁性能 （学时3） 教学内容：磁性的来源，磁性材料的分类(本质特征)、磁滞回线的含义及解释 第四节 材料的光学性能 （学时1） 教学内容：光学性能的表现形式（介电常数），发光，吸光 本章考核要点：材料导电性能的能带解释，磁性的来源，吸光（带隙计算） 作业 第一次 1、名词解释：Hund规则，均聚物，共聚物 2、决定材料性能的最根本的因素有哪些。 3、写出Mn和Eu的核外电子结构。 4、范德华力有哪几种，它们分别是什么。 5、写出聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、尼龙66的分子式、结构单元、重复单元和单体； 第二次 1、选取晶胞的原则有哪些。 2、七大晶系的边角关系分别是怎样的。 3、在一个简单立方晶胞内画出［210］晶向和（112）晶面。 4、在一个六方晶胞中画出晶面A 和过原点的晶向OB 。 5、简述立方体有哪些对称元素，哪些对称操作，并配图说明。 第三次 1、列表说明典型金属结构的晶体学特点。 2、简述复杂离子晶体结构的Pauling规则。 3、按晶体的钢球模型，若球的直径R不变，当铁从α-Fe(bcc)转变为γ-Fe(fcc)时，密度变化多少？ 4、MgO具有NaCl型结构。Mg2+的离子半径为0.078 nm，O 2-的离子半径为0.132 nm。试求MgO的密度和致密度。 第四次 1、名词解释：肖特基缺陷，位错的应变能，不全位错，全位错 2、伯氏矢量的物理意义及确定伯氏矢量的具体步骤。 3、Pt的晶体结构为fcc，其晶格常数为0.3923 nm，密度为21.45 g/cm3，试计算其空位离子数分数。 4、已知Cu晶体的点阵常数a = 0.35 nm，剪切模量G = 4×104 MPa，有一位错 ,其位错线方向为 ，试计算该位 错的应变能(p102)。 5、试分析下列位错反应能否进行？ 第五次