《材料科学与工程基础2》课程教学大纲一、课程简介课程中文名材料科学与工程基础2课程英文名Fundamentals of MaterialsScienceand Engineering2课程学分总学时数2.5课程代码42.5269A02A口通识课程口线上团学科基础课团必修口线下课程类别课程性质课程形态口专业课口选修口线上线下混合口其他口实验实践课口其他口其他闭卷口开卷口一页开卷口面试口口试口答辩考核方式口论文口报告口大型作业口课程作品口其他开课基层教开课学院材料科学与化学工程学院材料科学与工程系学组织面向专业开课学期材料科学与工程专业2.2学期审核人课程负责人龚狄荣潘尚可、李微微先修课程材料科学与工程基础1，大学物理，高等数学，物理化学后续课程材料结构表征与分析方法、高分子物理、材料化学无课程网址《材料科学与工程基础2》是材料科学与工程专业的一门重要基础课，是研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和高分子等材料的相图、制备工艺、组织结构、材料性能及材料应用之间的相互关系。本课程的教学任务是从材料科学与工程的“四要素”出发，详细讲授金课程简介属材料、无机非金属材料、高分子材料等各种材料的共性规律及个性特征。使学生建立材料制备-组成/结构-性能-应用关系的整体概念，从原理上认识各种材料的基本属性及其在材料领域中的地位和作用，为以后专业课程的学习、材料设计以及材料的应用等奠定良好基础
《材料科学与工程基础 2》课程教学大纲 一、课程简介 课程中文名 材料科学与工程基础 2 课程英文名 Fundamentals of Materials Science and Engineering 2 课程代码 269A02A 课程学分 2.5 总学时数 42.5 课程类别 □通识课程 学科基础课 □专业课 □实验实践课 □其他 课程性质 必修 □选修 □其他 课程形态 □线上 线下 □线上线下混 合 □其他 考核方式 闭卷 □开卷 □一页开卷 □面试 □口试 □答辩 □论文 □报告 □大型作业 □课程作品 □其他 开课学院 材料科学与化学工程学院 开课基层教 学组织 材料科学与工程系 面向专业 材料科学与工程专业 开课学期 2.2 学期 课程负责人 潘尚可、李微微 审核人 龚狄荣 先修课程 材料科学与工程基础 1，大学物理，高等数学，物理化学 后续课程 材料结构表征与分析方法、高分子物理、材料化学 课程网址 无 课程简介 《材料科学与工程基础 2》是材料科学与工程专业的一门重要基础课， 是研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和高分 子等材料的相图、制备工艺、组织结构、材料性能及材料应用之间的相互关 系。本课程的教学任务是从材料科学与工程的“四要素”出发，详细讲授金 属材料、无机非金属材料、高分子材料等各种材料的共性规律及个性特征。 使学生建立材料制备-组成/结构-性能-应用关系的整体概念，从原理上认识 各种材料的基本属性及其在材料领域中的地位和作用，为以后专业课程的 学习、材料设计以及材料的应用等奠定良好基础
二、课程目标《材料科学与工程基础2》是材料科学与工程专业的一门重要基础课，是研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和高分子等材料的相图、制备工艺、组织结构、材料性能及材料应用之间的相互关系。本课程的教学任务是从材料科学与工程的“四要素”出发，详细讲授金属材料、无机非金属材料、高分子材料等各种材料的共性规律及个性特征。使学生建立材料制备一组成/结构一性能一应用关系的整体概念，从原理上认识各种材料的基本属性及其在材料领域中的地位和作用，为以后专业课程的学习、材料设计以及材料的应用等奠定良好基础。结合国家建设和民族复兴的新时代背景，增强学生家国情怀与文化自信，激发学生使命感和责任心。通过理论教学和实践活动，达到以下课程目标：表1课程目标序号具体课程目标掌握材料科学中重要的基本概念，可以依据材料科学基础知识描述理论和工课程目标1程问题。能够运用数学及材料科学的基本模型计算、分析材料科学与工程领域中的复课程目标2杂问题。能够运用数学、化学、物理及材料科学的基本原理、基础知识、模型和公式课程目标3等，分析和计算材料科学中理论和工程问题。根据材料的制备-组成/结构-性能-应用之间的关系，掌握新能源材料和高分子材料产品的开发流程、配方设计的基本原理，分析影响新能源材料和高分课程目标4子材料的组织结构、性能和应用的组成、温度和时间控制等材料制备工艺的影响因素，并能优选方案。掌握新能源和高分子材料结构和性质关系、高分子运动和状态转变的数学模课程目标5型，能够对高分子材料领域复杂工程问题的解决方案进行评价、综合和改进。三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对材料科学与工程专业毕业要求指标点的支撑情况如表2所示：表2课程目标与毕业要求对应关系及权重毕业要求支撑毕业要求指标点课程目标指标点1-1：能够将数学、自然科1.工程知识：能够将数学、自然科学、学、工程基础和材料工程专业知识工程基础和专业知识用于解决材料科用于材料的设计与制备、结构与性1能、工艺与设备、产品与应用中复学与工程专业领域，尤其是高分子材料、新能源材料领域所涉及的制备及加杂工程问题的恰当表述。工过程中的复杂工程问题。指标点1-4：能够将数学模型和相2关专业知识用手材料的设计与制
二、课程目标 《材料科学与工程基础 2》是材料科学与工程专业的一门重要基础课，是研 究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和高分子等材料 的相图、制备工艺、组织结构、材料性能及材料应用之间的相互关系。本课程的 教学任务是从材料科学与工程的“四要素”出发，详细讲授金属材料、无机非金 属材料、高分子材料等各种材料的共性规律及个性特征。使学生建立材料制备- 组成/结构-性能-应用关系的整体概念，从原理上认识各种材料的基本属性及其 在材料领域中的地位和作用，为以后专业课程的学习、材料设计以及材料的应用 等奠定良好基础。结合国家建设和民族复兴的新时代背景，增强学生家国情怀与 文化自信，激发学生使命感和责任心。通过理论教学和实践活动，达到以下课程 目标： 表 1 课程目标 序号 具体课程目标 课程目标 1 掌握材料科学中重要的基本概念，可以依据材料科学基础知识描述理论和工 程问题。 课程目标 2 能够运用数学及材料科学的基本模型计算、分析材料科学与工程领域中的复 杂问题。 课程目标 3 能够运用数学、化学、物理及材料科学的基本原理、基础知识、模型和公式 等，分析和计算材料科学中理论和工程问题。 课程目标 4 根据材料的制备-组成/结构-性能-应用之间的关系，掌握新能源材料和高分 子材料产品的开发流程、配方设计的基本原理，分析影响新能源材料和高分 子材料的组织结构、性能和应用的组成、温度和时间控制等材料制备工艺的 影响因素，并能优选方案。 课程目标 5 掌握新能源和高分子材料结构和性质关系、高分子运动和状态转变的数学模 型，能够对高分子材料领域复杂工程问题的解决方案进行评价、综合和改进。 三、课程目标与毕业要求对应关系 本课程的课程目标对材料科学与工程专业毕业要求指标点的支撑情况如表 2 所示： 表 2 课程目标与毕业要求对应关系及权重 毕业要求 支撑毕业要求指标点 课程目标 1.工程知识：能够将数学、自然科学、 工程基础和专业知识用于解决材料科 学与工程专业领域，尤其是高分子材 料、新能源材料领域所涉及的制备及加 工过程中的复杂工程问题。 指标点 1-1：能够将数学、自然科 学、工程基础和材料工程专业知识 用于材料的设计与制备、结构与性 能、工艺与设备、产品与应用中复 杂工程问题的恰当表述。 1 指标点 1-4：能够将数学模型和相 关专业知识用于材料的设计与制 2
备、结构与性能、工艺与设备、产品与应用等复杂工程问题解决方案的比较与综合。指标点2-1：能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理和专业基础理论知识，并有效识别和表达材料设计与制备、结构与性能、2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、工艺与设备、产品与应用中复杂工程问题的关键环节。并通过文献研究分析和解决高分子材指标点2-2：能够运用专业知识并料与新能源材料中复杂工程问题，以获得有效结论。借助文献研究，寻求解决材料设计与制备、结构与性能、工艺与4设备、产品与应用中的复杂工程问题的多种解决方案。3.设计/开发解决方案：能够针对材料指标点3-1：掌握材料科学与工程科学与工程领域的尤其是高分子材料或新能源材料中复杂工程问题的解决领域的尤其是高分子材料或新能方案，设计满足特定需求的材料组成、源材料中的工程设计和产品开发5结构、制备工艺或工艺流程，并能够在全周期、全流程的理论、制备方设计环节中体现创新意识，并考虑社法和技术，了解影响设计目标和会、健康、安全、法律、文化以及环境技术方案的各种因素。等因素。四、课程教学内容与学时分配本课程共42.5学时，其中课堂理论教学42.5学时（17周）。理论教学内容及学时的分配如下：表3课程目标与教学内容、教学方法的对应关系章节教学方法课程目标详细内容与要求（1）教学内容：单组元相图及纯晶体的凝固相平衡条件和相律0单元系相图.纯晶体的凝固一一液态结构.晶体凝固的热力学条件形核.1,2，3,课堂讲授6?晶体长大4,5液-固界面的构造..晶体长大方式和生长速率结晶动力学.纯晶体凝固时的生长形态.气-固相变与薄膜生长.高分子的结晶特征
备、结构与性能、工艺与设备、产 品与应用等复杂工程问题解决方 案的比较与综合。 2.问题分析：能够应用数学、自然科学 和工程科学的基本原理，识别、表达、 并通过文献研究分析和解决高分子材 料与新能源材料中复杂工程问题，以获 得有效结论。 指标点 2-1：能够运用数学、自然 科学和工程科学的基本原理和专 业基础理论知识，并有效识别和表 达材料设计与制备、结构与性能、 工艺与设备、产品与应用中复杂工 程问题的关键环节。 3 指标点 2-2：能够运用专业知识并 借助文献研究，寻求解决材料设 计与制备、结构与性能、工艺与 设备、产品与应用中的复杂工程 问题的多种解决方案。 4 3.设计/开发解决方案：能够针对材料 科学与工程领域的尤其是高分子材料 或新能源材料中复杂工程问题的解决 方案，设计满足特定需求的材料组成、 结构、制备工艺或工艺流程，并能够在 设计环节中体现创新意识，并考虑社 会、健康、安全、法律、文化以及环境 等因素。 指标点 3-1：掌握材料科学与工程 领域的尤其是高分子材料或新能 源材料中的工程设计和产品开发 全周期、全流程的理论、制备方 法和技术，了解影响设计目标和 技术方案的各种因素。 5 四、课程教学内容与学时分配 本课程共 42.5 学时，其中课堂理论教学 42.5 学时（17 周）。理论教学内容 及学时的分配如下： 表 3 课程目标与教学内容、教学方法的对应关系 章节 详细内容与要求 教学方法 课程目标 6 （1） 教学内容：单组元相图及纯晶体的凝固 ⚫ 相平衡条件和相律 ⚫ 单元系相图 ⚫ 纯晶体的凝固——液态结构 ⚫ 晶体凝固的热力学条件 ⚫ 形核 ⚫ 晶体长大 ⚫ 液-固界面的构造 ⚫ 晶体长大方式和生长速率 ⚫ 结晶动力学 ⚫ 纯晶体凝固时的生长形态 ⚫ 气-固相变与薄膜生长 ⚫ 高分子的结晶特征 课堂讲授 1，2，3， 4，5
（2）教学重点：杠杆法则（3）教学难点：纯晶体的凝固（4）教学要求：掌握晶体的形核和生长过程，结晶动力学及凝固组织。了解高分子的结晶特征，气体分子的平均自由程。熟悉蒸气压概念，蒸发和凝聚的热力学条件，薄膜的生长方式。掌握单元相图的热力学，相平衡条件和相率，晶体凝固的热力学条件。思政融合点1：了解我国在材料科学领域取得的成就，激发学生的爱国主义热情、自豪感与使命感。（1）教学内容：二元系相图和合金的凝固与制备原理?相图的表示和测定方法?固溶体的自由能-成分曲线.多相平衡的公切线原理.混合物的自由能和杠杆法则?从自由能一成分曲线推测相图.二元相图的几何规律.匀晶相图.共晶合金的平衡凝固及其组织.包晶相图及其合金凝固.溶混间隙相图与调幅分解.具有化合物的二元相图.具有偏晶转变的相图.具有合晶转变的相图.具有熔晶转变的相图.具有固态转变的二元相图.复杂二元相图的分析方法1, 2,课堂讲授7.根据相图推测合金的性能3,4,5.SiO2-Al2O3系的组织和性能.Fe-C合金中的基本相.Fe-Fe:C相图.典型铁碳合金的平衡组织.碳量对铁碳合金的组织和性能的影响.固溶体的凝固理论.共晶凝固理论.合金铸锭（件）的组织与缺陷.掌握离子晶体的结构规则。.掌握典型的离子晶体的结构。.了解硅酸盐的晶体结构。.掌握儿种典型共价晶体结构。.陶瓷的概念和分类：陶瓷材料的结构；陶瓷粉体的合成（机械破碎法和物理化学法），陶瓷粉体的成型、烧结和陶瓷材料的加工。.玻璃的发现、应用及其发展历史
（2）教学重点：杠杆法则 （3）教学难点：纯晶体的凝固 （4）教学要求：掌握晶体的形核和生长过程，结晶动力学及 凝固组织。了解高分子的结晶特征，气体分子的平均自由程。 熟悉蒸气压概念，蒸发和凝聚的热力学条件，薄膜的生长方 式。掌握单元相图的热力学，相平衡条件和相率，晶体凝固的 热力学条件。 思政融合点 1：了解我国在材料科学领域取得的成就，激发学 生的爱国主义热情、自豪感与使命感。 7 （1） 教学内容：二元系相图和合金的凝固与制备原理 ⚫ 相图的表示和测定方法 ⚫ 固溶体的自由能-成分曲线 ⚫ 多相平衡的公切线原理 ⚫ 混合物的自由能和杠杆法则 ⚫ 从自由能—成分曲线推测相图 ⚫ 二元相图的几何规律 ⚫ 匀晶相图 ⚫ 共晶合金的平衡凝固及其组织 ⚫ 包晶相图及其合金凝固 ⚫ 溶混间隙相图与调幅分解 ⚫ 具有化合物的二元相图 ⚫ 具有偏晶转变的相图 ⚫ 具有合晶转变的相图 ⚫ 具有熔晶转变的相图 ⚫ 具有固态转变的二元相图 ⚫ 复杂二元相图的分析方法 ⚫ 根据相图推测合金的性能 ⚫ SiO2-Al2O3 系的组织和性能 ⚫ Fe-C 合金中的基本相 ⚫ Fe-Fe3C 相图 ⚫ 典型铁碳合金的平衡组织 ⚫ 碳量对铁碳合金的组织和性能的影响 ⚫ 固溶体的凝固理论 ⚫ 共晶凝固理论 ⚫ 合金铸锭(件)的组织与缺陷 ⚫ 掌握离子晶体的结构规则。 ⚫ 掌握典型的离子晶体的结构。 ⚫ 了解硅酸盐的晶体结构。 ⚫ 掌握几种典型共价晶体结构。 ⚫ 陶瓷的概念和分类；陶瓷材料的结构；陶瓷粉体的合成 （机械破碎法和物理化学法），陶瓷粉体的成型、烧结和 陶瓷材料的加工。 ⚫ 玻璃的发现、应用及其发展历史 课堂讲授 1，2， 3，4，5
.玻璃的概念和特性。.玻璃的结构。.玻璃的形成和制备。.一种特种玻璃-硫系红外玻璃。力学性能（陶瓷材料的结构：陶瓷材料的变形与断裂、?强度和硬度以及断裂韧度与增韧。)；物理与化学性能；功能陶瓷（铁电、压电，固体电解质及半导体陶瓷等）（2）教学重点：杠杆法则在二元相图的应用（3）教学难点：二元相图解析（4）教学要求：了解复杂二元相图的分析方法。熟悉相图的表示和测定方法，平衡凝固与非平衡凝固。掌握各类二元相图的解析，二元相图的几何规律，相图的热力学包括固溶体的自由能一成分曲线、多相平衡的公切线原理、自由能和杠杆法则，根据自由能一成分曲线推测相图，匀晶、共晶、包晶相图及其合金凝固。熟悉陶瓷粉体的成型和烧结，晶体的制备方法和玻璃的制备方法。掌握二元合金的凝固理论，陶瓷粉体的合成，陶瓷材料的性能。思政融合点2：由铁碳相图引入我国钢铁工业的发展及取得的成果，激发学生的爱国主义热情、自豪感与使命感。（1）教学内容：三元相图.三元相图的两个成分变量；三元相图的基本特点；三元相图成分表示的等边三角形法；浓度三角形的特性：等含量规则：等比例规则及其推论：背向规则：直线定律：杠杆定律和重心定律。成分的其它表示方法。.三元匀晶相图的空间模型和等温截面图。.三元匀晶相图中合金的平衡凝固过程、变温截面（垂直截面）和投影图。.固态互不溶解的三元共晶相图的空间模型.固态互不溶解的三元共晶相图的垂直截面图、水平截面图和投影图。相区接触法则。1,2,3,?8课堂讲授.固态有限互溶的三元共晶相图的空间模型。4,5.固态有限互溶的三元共晶相图各个相区的平衡状态、投影图、截面图及合金的结晶过程：两个共晶型二元系和一个匀晶型二元系构成的三元相图：包共晶型三元系相图。?包共晶型三元系相图?具有四相平衡包晶转变的三元系相图.形成稳定化合物的三元系相图.三元相图举例.三元相图小结（2）教学重点：三元相图的杠杆定律及重心定律（3）教学难点：三元相图的截面图和投影图
⚫ 玻璃的概念和特性。 ⚫ 玻璃的结构。 ⚫ 玻璃的形成和制备。 ⚫ 一种特种玻璃-硫系红外玻璃。 ⚫ 力学性能（陶瓷材料的结构；陶瓷材料的变形与断裂、 强度和硬度以及断裂韧度与增韧。）；物理与化学性能； 功能陶瓷（铁电、压电，固体电解质及半导体陶瓷等） （2）教学重点：杠杆法则在二元相图的应用 （3）教学难点：二元相图解析 （4）教学要求：了解复杂二元相图的分析方法。熟悉相图的 表示和测定方法，平衡凝固与非平衡凝固。掌握各类二元相 图的解析，二元相图的几何规律，相图的热力学包括固溶体 的自由能-成分曲线、多相平衡的公切线原理、自由能和杠杆 法则，根据自由能-成分曲线推测相图，匀晶、共晶、包晶相 图及其合金凝固。熟悉陶瓷粉体的成型和烧结，晶体的制备 方法和玻璃的制备方法。掌握二元合金的凝固理论，陶瓷粉 体的合成，陶瓷材料的性能。 思政融合点 2：由铁碳相图引入我国钢铁工业的发展及取得 的成果，激发学生的爱国主义热情、自豪感与使命感。 8 （1） 教学内容：三元相图 ⚫ 三元相图的两个成分变量；三元相图的基本特点；三元 相图成分表示的等边三角形法；浓度三角形的特性：等 含量规则；等比例规则及其推论；背向规则；直线定律； 杠杆定律和重心定律。成分的其它表示方法。 ⚫ 三元匀晶相图的空间模型和等温截面图。 ⚫ 三元匀晶相图中合金的平衡凝固过程、变温截面（垂直 截面）和投影图。 ⚫ 固态互不溶解的三元共晶相图的空间模型 ⚫ 固态互不溶解的三元共晶相图的垂直截面图、水平截面 图和投影图。 ⚫ 相区接触法则。 ⚫ 固态有限互溶的三元共晶相图的空间模型。 ⚫ 固态有限互溶的三元共晶相图各个相区的平衡状态、投 影图、截面图及合金的结晶过程；两个共晶型二元系和 一个匀晶型二元系构成的三元相图；包共晶型三元系相 图。 ⚫ 包共晶型三元系相图 ⚫ 具有四相平衡包晶转变的三元系相图 ⚫ 形成稳定化合物的三元系相图 ⚫ 三元相图举例 ⚫ 三元相图小结 （2）教学重点：三元相图的杠杆定律及重心定律 （3）教学难点：三元相图的截面图和投影图 课堂讲授 1，2，3， 4，5