西安交通大学陶瓷材料学课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 陶瓷材料学 Ceramic Materials 课程编号 MATL502102 课程学分 2 总学时 32 学时分配 理论: 32 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 材料科学基础，材料力学性能，物理化学 教材、参 考书及其 他资料 使用教材： [1]金志浩，高积强，乔冠军. 工程陶瓷材料. 西安：西 安交通大学出版社，2000. 参考教材： [1] 周玉. 陶瓷材料学. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版 社，1995. [2] Salmang H. 陶瓷学. 北京：北京轻工出版社，1989. 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 本课程从无机材料的晶体结构出发，以无机材料的性能为核心，为学生系统 讲授陶瓷材料的组织结构、制备技术、性能及应用之间的关系。主要培养学生利 用理论知识解决实际工程问题的能力，使学生能够在分析零件的服役环境与受力 条件的基础上，提出适用于实际工程应用的陶瓷材料的微观组织和性能特点，并 设计陶瓷材料的成分及制备工艺流程，实现需要的微观组织与力学性能。 课程教学中，要求教师既要给学生讲授陶瓷材料的相变与相图等基础理论知 识，还要强调基于陶瓷材料性能优化的各种制备工艺及实际应用，让学生从材料 的服役环境出发，选择相应的材料性能特点，从而选择出相应的材料制备工艺方 法，锻炼学生理论结合实际的能力。通过文献调研训练，使学生了解无机材料的
最新研究动态，建立终身学习的意识，并掌握查阅文献资料的能力，不断追求最 新的知识理论，发展和完善知识体系。结合无机材料科学的发展前沿，锻炼学生 发现问题、解决问题的能力。 通过该课程的系统学习，要求学生掌握陶瓷材料的显微结构与相结构，掌握 陶瓷材料的成型、烧结工艺流程，重点掌握几种常用工程结构陶瓷材料的晶体结 构、制备工艺、性能与应用，在此基础上熟悉实际工程问题中的选材原则。要求 学生掌握陶瓷材料的力学性能特征，在此基础上熟悉几种增强增韧方法，熟练掌 握陶瓷基复合材料的力学行为与制备工艺，了解纤维增强陶瓷基复合材料的设计 原则和选材思路。课程组织学生分组讨论，每一组一名组长和若干组员，共同完 成老师布置的课题，并以 PPT 讨论的形式，锻炼学生查阅文献资料的能力，以及 沟通交流与表达的能力。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1 陶瓷材料领域基础知识理解能力 掌握无机材料的晶体结构特点，熟悉各类典型陶瓷材料（包括氧化物、碳 化物、氮化物与玻璃陶瓷）与各种陶瓷基复合材料的组织与性能特点，并熟练掌 握无机材料制备工艺流程和显微组织观察方法，了解陶瓷材料密度及气孔率测试、 硬度及强度测试原理及方法。 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 复杂工程问题分析能力 能够运用陶瓷材料的相关知识，对陶瓷材料在实际应用中的复杂工程问题进 行分析。能够对比分析不同体系陶瓷材料或者不同制备工艺获得的陶瓷材料组织 与性能特点，根据陶瓷材料强韧化理论和陶瓷基复合材料制备工艺，提出多种解 决方案和途径，获得有效结论。 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 材料与工艺设计与创新能力 根据陶瓷材料服役条件，选择合适的材料体系并制定制备工艺，掌握材料单 元或工艺在全周期、全流程设计/开发的基本方法和技术，了解各种因素对材料 设计目标和技术方案的影响
支撑毕业要求指标点 3-3：掌握材料单元、部件、系统或工艺在全周期、全 流程设计/开发的基本方法和技术，了解各种因素对材料设计目标和技术方案的 影响。 4 与同行沟通交流能力 培养学生沟通与交流能力，使学生能够针对材料领域复杂工程问题，撰写问 题来源、现状和解决措施等，并能有效地与班级同学或小组成员进行交流沟通。 支撑毕业要求指标点 10-3：能够就材料领域的复杂工程问题与业界同行及社 会公众进行有效沟通和交流。 5 终身学习与适应社会发展的能力 通过自学环节，有效培养学生的自学能力，锻炼查阅文献的能力，强化终身 学习意识。 支撑毕业要求指标点 12-1：了解材料领域的发展趋势和科学前沿，以及最新 的材料科学研究成果。能认识不断学习和探索的必要性，具有自主学习和终生学 习的意识。 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 M 课程目标 4 M 课程目标 5 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 1 绪论 陶瓷材料的性能优点、目前存在 的问题、陶瓷强度设计与合理使 用 2 2 2 陶瓷材料的结构 2.1 陶瓷材料的结合键 2.2 陶瓷材料的晶体结构 2.3 陶瓷晶体结构的同质多象现象 2.4 陶瓷晶体结构中的缺陷和固溶体 2.5 玻璃结构 结合键、晶体结构、同质多象转 变、缺陷与固溶、玻璃结构 4 3 3 陶瓷材料的显微组织与相结构 3.1 陶瓷材料的显微组织 3.2 陶瓷材料基本相图 陶瓷材料中的晶相、玻璃相、气 孔相，一元、二元、三元相图的 基本知识及应用 4
4 4 陶瓷材料的工艺制备过程 4.1 陶瓷工艺过程中的原材料及其制备 4.2 工程陶瓷的成型 4.3 工程陶瓷的烧结 制备陶瓷的原材料，工程陶瓷的 成型工艺，工程陶瓷的烧结工艺 6 5 5 常用工程结构陶瓷材料 5.1 氧化物陶瓷 5.2 氮化物陶瓷 5.3 碳化物陶瓷 5.4 玻璃陶瓷 不同种类结构陶瓷的化学组成， 结构陶瓷的成分特点，结构陶瓷 的性能与应用，结构陶瓷的制备 工艺 4 6 6 陶瓷材料的力学性能 6.1 陶瓷材料的弹性 6.2 陶瓷材料的塑形 6.3 陶瓷材料的强度及合理应用 6.4 陶瓷材料的断裂韧性与陶瓷增韧 6.5 陶瓷材料的硬度与磨损 6.6 陶瓷材料的热冲击 6.7 陶瓷材料的疲劳 陶瓷显微结构对弹性模量的影 响，弹性模量测试方法，影响陶 瓷塑性的因素，影响陶瓷强度的 因素，断裂韧性测试方法。重点 掌握陶瓷材料增韧方法，陶瓷硬 度与抗磨损性能的测试方法，热 震损伤理论，陶瓷材料疲劳特性 6 7 7 陶瓷基复合材料 7.1 陶瓷基复合材料中的增强纤维 7.2 复合材料的力学行为 7.3 纤维增强陶瓷基复合材料的力学行为 几种用于制备陶瓷基复合材料 的增强纤维，选材原则，定向排 列连续纤维增强复合材料的力 学行为，短纤维增强复合材料的 力学行为，纤维增强陶瓷基复合 材料的增强机制及制备 6 四、教学安排详表
章节顺序 教学内容 学时 分配 教学方式 （授课、实 验、上机、 讨论） 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标的 支撑关系 1 主要讲述陶瓷材料在实际工程中的应用；介 绍陶瓷材料的性能优点及存在问题 2 授课 掌握陶瓷材料的性能特点，了解陶瓷材料目前存在的 问题、陶瓷强度设计与合理使用的相关知识。增加学 生对专业的认同感。 课程目标 1 课程目标 5 2 陶瓷材料的结合键与晶体结构，陶瓷晶体结 构的同质多象现象及缺陷，玻璃结构 4 授课 使学生掌握无机非金属的晶体结构特征，了解有关陶 瓷结构的各种知识，为研究和使用工程陶瓷材料打下 理论基础。 课程目标 1 3 陶瓷材料的显微组织与相结构，一元、二元、 三元相图分析。 4 授课 使学生能够熟练掌握陶瓷材料的显微组织特点，通过 实验课，熟悉典型陶瓷材料显微组织观察方法。能够 看懂一元、二元、三元相图，确定相和相组成，熟练 分析热处理对结晶和淀析过程的影响。 课程目标 1 课程目标 2 4 粉体原料制备方法、粉体原料的特性及其表 征，陶瓷素坯成型方法，陶瓷致密化机理， 烧结过程中的传质机制，烧结对陶瓷显微结 构的影响，影响烧结的主要因素。 6 授课， 自学 使学生熟练掌握陶瓷材料的工艺制备过程，熟悉制备 各类陶瓷的原材料，了解各类粉料制备方法。熟练掌 握工程陶瓷的成型方法，了解各类成型方法的优缺点 及适用情况。熟悉各类烧结工艺的致密化机制，了解 各类烧结工艺的传质机理和成品性能。通过课堂讨 论，能够根据具体的工程应用情况选择合适的原料粉 末制备工艺、素坯成型方法和烧结工艺；通过实验实 践，体验基本的陶瓷材料制备流程，深入理解课堂知 识，初步掌握陶瓷材料制备方法。 课程目标 2 课程目标 3