《材料科学基础》教学大纲课程编号：B04010310课程名称：材料科学基础英文名称：FundamentalsofMaterialsScience课程性质：专业基础课学时/学分：64/4考核方式：闭卷考试选用教材：《材料科学基础》，石德珂编，机械工业出版社，2012年，第2版先修课程：大学物理、物理化学、材料科学导论后继课程：X射线衍射与电子显微分析适用专业及层次：材料物理、新能源材料与器件专业，本科大纲执笔人：郝春成马继大纲审核人：王宝祥一、教学目标通过本课程的学习，使学生具备下列能力：1.能够准确理解材料的化学成分、组织结构与性能之间的关系及其变化规律的基础理论：2.能够运用显微组织的分析方法对材料的晶体结构、结晶过程及变形机制进行深入分析；3.能够把握相图的基本知识，包括二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用方法，铁碳相图：三元相图的成分表示法等。4.能够了解结晶理论的实际应用，塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合金强化机制为后继专业课的学习奠定基础。二、课程目标与毕业要求的对应关系（表格可以扩展）毕业要求指标点课程目标1-1使学生掌握1.掌握材料结构与性能等方1-1掌握关于材料的基础知识和基本理论晶体学理论、凝面的基础知识、基本理论固理论、相图知识和位错理论。1
1 《材料科学基础》教学大纲 课程编号：B04010310 课程名称：材料科学基础 英文名称： Fundamentals of Materials Science 课程性质：专业基础课 学时/学分：64 /4 考核方式： 闭卷考试 选用教材： 《材料科学基础》，石德珂编，机械工业出版社，2012 年， 第 2 版 先修课程：大学物理、物理化学、材料科学导论 后继课程：X 射线衍射与电子显微分析 适用专业及层次：材料物理、新能源材料与器件专业，本科 大纲执笔人： 郝春成 马继 大纲审核人： 王宝祥 一、教学目标 通过本课程的学习，使学生具备下列能力： 1.能够准确理解材料的化学成分、组织结构与性能之间的关系及其变化规律的基 础理论； 2.能够运用显微组织的分析方法对材料的晶体结构、结晶过程及变形机制进行深 入分析； 3.能够把握相图的基本知识，包括二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用 方法，铁碳相图；三元相图的成分表示法等。 4.能够了解结晶理论的实际应用，塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合 金强化机制为后继专业课的学习奠定基础。 二、课程目标与毕业要求的对应关系（表格可以扩展） 毕业要求 指标点 课程目标 1. 掌握材料结构与性能等方 面的基础知识、基本理论 1-1 掌握关于材料的基础知识和基本 理论 1-1 使学生掌握 晶体学理论、凝 固理论、相图知 识和位错理论
1-2掌握材料的化学成分、组织结构11-2使学生掌握材料结构与力学与性能之间的关系及其变化规律的基础理论性能间的关系、材料位错与材料强化之间的关系以及原子扩散对材料性能的影响规律。1-3掌握材料结构对性能的影响机制1-3掌握固溶规律、杠杆定律和及定量关系表达扩散机制。2.掌握材料科学理论中的重2-1掌握温度对材料的组织结构与性2-1掌握材料在能的影响加热时组织性能要影响因素及其对材料应用的影响。变化的特点2-2掌握应力场的变化对材料的组织2-2了解材料的结构与性能的影响受力状态及组织性能的变化规律2-3掌握界面、变形、结晶度等对材2-3掌握塑性变形、界面结构、再料的组织结构与性能的影响结晶处理对材料组织和性能的影响3-1使学生能够3.运用所学的基础理论和基3-1运用所学的材料科学基础知识分运用晶体学知本知识能够分析和预测材料析材料的应用识、相图知识、固的应用前景溶体知识热力学知识对材料的应用进行合理的分析。3-2使学生能够3-2运用所学的材料科学基础理论分析和预测材料的应用运用凝固理论、断裂理论、扩散理论分析和预测材料的应用前景。三、教学基本内容2
2 1-2 掌握材料的化学成分、组织结构 与性能之间的关系及其变化规律的基 础理论 1-2 使学生掌握 材料结构与力学 性能间的关系、 材料位错与材料 强化之间的关系 以及原子扩散对 材料性能的影响 规律。 1-3 掌握材料结构对性能的影响机制 及定量关系表达 1-3 掌握固溶规 律、杠杆定律和 扩散机制。 2. 掌握材料科学理论中的重 要影响因素及其对材料应用 的影响。 2-1 掌握温度对材料的组织结构与性 能的影响 2-1 掌握材料在 加热时组织性能 变化的特点 2-2 掌握应力场的变化对材料的组织 结构与性能的影响 2-2 了解材料的 受力状态及组织 性能的变化规律 2-3 掌握界面、变形、结晶度等对材 料的组织结构与性能的影响 2-3 掌握塑性变 形、界面结构、再 结晶处理对材料 组织和性能的影 响 3. 运用所学的基础理论和基 本知识能够分析和预测材料 的应用前景 3-1 运用所学的材料科学基础知识分 析材料的应用 3-1 使学生能够 运用晶体学知 识、相图知识、固 溶体知识热力学 知识对材料的应 用进行合理的分 析。 3-2 运用所学的材料科学基础理论分 析和预测材料的应用 3-2 使学生能够 运用凝固理论、 断裂理论、扩散 理论分析和预测 材料的应用前 景。 三、教学基本内容
第一章：绪论课程的性质与任务，内容及研究方法，课程特点学习方法，材料发展简史。第二章：晶体学基础及晶体结构（支撑课程目标1-1、3-1）1．基本概念（空间点阵，晶胞，原胞，点阵常数）2.晶面指数和晶向指数3.三种晶体结构及原子堆垛方式要求学生：了解并掌握晶体结构分析的基本原理和方法。第三章：凝固与结晶（支撑课程目标1-1、3-2）1.液态金属的凝固2.晶核的形成3.晶核的长大4.凝固理论应用要求学生：掌握凝固理论，对凝固过程中所发生的物理变化有清晰的认识和理解，并能运用所学知识分析和预测相关应用。第四章：二元相图及金属凝固组织（支撑课程目标1-1、1-3、3-1）1.相,合金相,相平衡2：二元相图，表示法及杠杆定律及相图测绘4.匀晶相图及固溶体合金的凝固与组织5.共晶相图及共晶系合金的凝固组织6.包晶相图及包晶系合金的凝固组织7.其它二元相图及二元相图的分析方法、铁碳相图8.相图的热力学基础要求学生：掌握二元相图的表示、分类及其分析方法，通过对相图的热力学知识的学习能够更加深入的理解相关相图知识。第五章：固体材料的结构（支撑课程目标1-3、3-1）1.固溶体2.金属间化合物3.玻璃相及其它相结构要求学生：掌握固溶体的分类及各种类型固溶体间的关联规律，并能实际分析几种特殊固溶体的结构。第六章：晶体结构缺陷（支撑课程目标1-1、1-2、2-2）3
3 第一章：绪论 课程的性质与任务，内容及研究方法，课程特点学习方法，材料发展简史。 第二章：晶体学基础及晶体结构（支撑课程目标1-1、3-1） 1. 基本概念 （空间点阵，晶胞，原胞，点阵常数） 2. 晶面指数和晶向指数 3. 三种晶体结构及原子堆垛方式 要求学生：了解并掌握晶体结构分析的基本原理和方法。 第三章：凝固与结晶（支撑课程目标1-1、3-2） 1. 液态金属的凝固 2. 晶核的形成 3. 晶核的长大 4. 凝固理论应用 要求学生：掌握凝固理论，对凝固过程中所发生的物理变化有清晰的认识 和理解，并能运用所学知识分析和预测相关应用。 第四章：二元相图及金属凝固组织（支撑课程目标1-1、1-3、3-1） 1. 相,合金相,相平衡 2. 二元相图;表示法及杠杆定律及相图测绘 4. 匀晶相图及固溶体合金的凝固与组织 5. 共晶相图及共晶系合金的凝固组织 6. 包晶相图及包晶系合金的凝固组织 7. 其它二元相图及二元相图的分析方法、铁碳相图 8. 相图的热力学基础 要求学生：掌握二元相图的表示、分类及其分析方法，通过对相图的热力 学知识的学习能够更加深入的理解相关相图知识。 第五章：固体材料的结构（支撑课程目标1-3、3-1） 1. 固溶体 2. 金属间化合物 3. 玻璃相及其它相结构 要求学生：掌握固溶体的分类及各种类型固溶体间的关联规律，并能实际 分析几种特殊固溶体的结构。 第六章：晶体结构缺陷（支撑课程目标1-1、1-2、2-2）
1．点缺陷2.位错的基本类型及特征3.柏氏矢量4.位错的运动（宋体五号）5.位错的应力场（宋体五号）6.位错的应变能7.位错的受力8.1位错与晶体缺陷的相互作用9.位错的萌生与增殖10.实际晶体中的位错组态要求学生：理解位错的概念和分类，掌握位错的动力学性质以及位错间的相互作用规律。第七章：界面（支撑课程目标2-3）1.表面2.界面与亚界面3.界面的偏聚4.李晶界及相界要求学生：理解材料的界面对材料应用的重要影响，掌握界面的种类及其对材料性能的影响。第八章：材料的变形（支撑课程目标1-2、2-3、3-2）1.材料的弹性变形2.单晶体的塑性变形3.多晶体的塑性变形塑性变形对材料组织和性能的影响4.5.晶体的断裂要求学生：掌握晶体的变形理论和断裂理论，理解材料的变形对材料性能的影响规律。第九章：回复再结晶与热加工（支撑课程目标2-1、2-3、3-1）1.变形金属在加热时组织性能变化的特点2.冷变形金属的回复3.冷变形金属的再结晶4
4 1. 点缺陷 2. 位错的基本类型及特征 3. 柏氏矢量 4. 位错的运动（宋体五号） 5. 位错的应力场（宋体五号） 6. 位错的应变能 7. 位错的受力 8. 位错与晶体缺陷的相互作用 9. 位错的萌生与增殖 10. 实际晶体中的位错组态 要求学生：理解位错的概念和分类，掌握位错的动力学性质以及位错间的 相互作用规律。 第七章：界面（支撑课程目标2-3） 1. 表面 2. 界面与亚界面 3. 界面的偏聚 4. 孪晶界及相界 要求学生：理解材料的界面对材料应用的重要影响，掌握界面的种类及其 对材料性能的影响。 第八章：材料的变形（支撑课程目标1-2、2-3、3-2） 1. 材料的弹性变形 2. 单晶体的塑性变形 3. 多晶体的塑性变形 4. 塑性变形对材料组织和性能的影响 5. 晶体的断裂 要求学生：掌握晶体的变形理论和断裂理论，理解材料的变形对材料性能 的影响规律。 第九章：回复再结晶与热加工（支撑课程目标2-1、2-3、3-1） 1. 变形金属在加热时组织性能变化的特点 2. 冷变形金属的回复 3. 冷变形金属的再结晶
4.晶体的高温变形要求学生：掌握材料受热对其组织性能变化的特点，并能运用所学知识分析材料的变形机制。第十章：固体中的扩散（支撑课程目标1-2、1-3、3-2）1.扩散方程2.固溶体合金中的扩散3.扩散的热力学分析4.扩散机制5.影响扩散的因素6.扩散的实例分析要求学生：掌握扩散理论，包括各种类型的扩散方程及扩散机制。理解并能分析扩散的影响因素及其在实际应用中的控制方法。四、教学重点与难点第一章：绪论教学重点：材料发展史教学难点：材料的化学成分、组织结构与性能之间的关系第二章：晶体学基础及晶体结构（支撑课程目标1-1、3-1）教学重点：空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构。教学难点：六方晶系布拉菲指数标定，原子的堆垛方式。第三章：凝固与结晶（支撑课程目标1-1、3-2）教学重点：有关过冷的概念、金属凝固和形核的条件。教学难点：与临界晶核有关参数的推导。第四章：二元相图及金属凝固组织（支撑课程目标1-1、1-3、3-1）教学重点：相律与杠杆定律，匀晶转变与偏析，共晶转变及其不平衡组织，相图中的几何规律，铁碳相图中典型合金的凝固过程及其相与组织的相对量计算，利用相图判断材料的性能。教学难点：二次杠杆的应用：相图的热力学原理。第五章：固体材料的结构（支撑课程目标1-3、3-1）教学重点：各种相的概念及其分类方法。教学难点：中间相的结构及其区别。5
5 4. 晶体的高温变形 要求学生：掌握材料受热对其组织性能变化的特点，并能运用所学知识分 析材料的变形机制。 第十章：固体中的扩散（支撑课程目标1-2、1-3、3-2） 1. 扩散方程 2. 固溶体合金中的扩散 3. 扩散的热力学分析 4. 扩散机制 5. 影响扩散的因素 6. 扩散的实例分析 要求学生：掌握扩散理论，包括各种类型的扩散方程及扩散机制。理解并 能分析扩散的影响因素及其在实际应用中的控制方法。 四、教学重点与难点 第一章：绪论 教学重点：材料发展史 教学难点：材料的化学成分、组织结构与性能之间的关系 第二章：晶体学基础及晶体结构（支撑课程目标1-1、3-1） 教学重点：空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体 结构。 教学难点：六方晶系布拉菲指数标定，原子的堆垛方式。 第三章：凝固与结晶（支撑课程目标1-1、3-2） 教学重点：有关过冷的概念、金属凝固和形核的条件。 教学难点：与临界晶核有关参数的推导。 第四章：二元相图及金属凝固组织（支撑课程目标1-1、1-3、3-1） 教学重点：相律与杠杆定律，匀晶转变与偏析，共晶转变及其不平衡组织， 相图中的几何规律，铁碳相图中典型合金的凝固过程及其相与组织的相对量计算， 利用相图判断材料的性能。 教学难点：二次杠杆的应用；相图的热力学原理。 第五章：固体材料的结构（支撑课程目标1-3、3-1） 教学重点：各种相的概念及其分类方法。 教学难点：中间相的结构及其区别