西安交通大学材料性能课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 材料性能 Properties of Materials 课程编号 MATL400402 课程学分 3 总学时 48 学时分配 理论: 48 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 《材料力学》，《大学物理》，《材料科学基础》 教材、参考 书及其他 资料 使用教材：[1]《材料力学性能》 石德珂 金志浩编著, 西安交 通大学出版社 1998。 [2]《材料物理性能》刘强 黄新友 主编， 化学工业出版社。 参考教材：[1] Dowling Norman E, Mechanical Behaviour of Material, Prentice Hall lnc.,1993. [2] Robert E. Newnham, Properties of Materials: Anisotropy, Symmetry, Structure. Oxford university press, 2004. 影 印版 西安交通大学出版社。 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 《材料性能》课程是材料科学与工程学科的专业核心课程，主要包括材料的 力学性能和物理性能（热性能、光性能、导电性能、介电性能、磁性能）两大部 分内容。课程主要讲述结构材料在不同加载条件下的变形和断裂的基本行为和规 律，以及功能材料的热、光、电、磁等功能特性的基本概念和物理起源，主要学 习各类性能指标和参数的物理意义、测量方法以及影响因素等。通过对该课程的 学习，学生能够对于工程应用和科学研究中的基本的材料性能进行准确的测量和
客观的评估，并了解改进材料性能的基本方法和思路。 课程教学中，要求教师既要讲授材料性能的基本参数指标的物理意义、测量 方法和影响因素，更要讲述领域的前沿进展及最新的科研发现对于以往认知的冲 击，使得学生具有批判性接受的思维习惯以及独立发现问题和思考的能力。通过 文献调研训练，使学生了各种新材料性能的最新研究动态，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。 通过该课程的学习，要求学生掌握材料在静态加载、动态加载、环境和应力 条件下的变形和断裂的本质及基本规律，掌握各种力学性能指标的物理意义、测 试方法和影响因素，掌握材料的热性能、光性能、导电性能、介电性能、磁性能 的基本性能参数的物理意义、测试方法和影响因素。这是提高和改善结构材料的 力学性能以及功能材料的功能特性的基础，为正确选择和合理使用材料、改进或 创造新工艺、发展新材料提供理论基础和实验依据。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 讨论的形式进行 讨论和分析，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. 材料力学与物理性能知识的理解与分析能力 能够从结构材料最常见的服役条件和失效现象出发，了解结构材料失效现象 的微观机制，提出衡量结构材料失效的力学性能指标，明确各种指标之间的相互 关系，掌握各种指标的物理概念、实用意义和测试方法。掌握功能材料在温度、 电场、磁场等不同外场条件下，其相应的功能特性的特点及物理起源，熟练掌握 各种功能特性指标的测试方法和影响因素。能够将实际工程中面临的失效相关问 题从材料力学与物理性能角度进行分析与描述。 支撑毕业要求指标点 2-2：能够基于相关科学原理表达材料领域的复杂工程 问题，建立表达复杂工程问题的参量、方程或数学模型、力学模型。 2. 材料性能的综合利用能力和创新能力 贯彻理论联系实际原则，充分运用材料性能的基本理论，分析总结各种内外因对 材料性能的影响规律，掌握材料力学性能与物理性能优化的途径与方法，了解提 高典型材料体系的功能特性的基本手段和思路，进而能够对于选材和制备工艺和 处理工艺提出建议及解决方案
支撑毕业要求指标点 4-1：基于材料科学原理，针对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。 3. 材料与社会协调发展能力 熟悉相关材料，比如结构材料、介电材料、电池材料等材料的制备和使用对 于社会、环境和文化的可能影响，基于材料工程的实际应用场景，能够针对复杂 工程领域面临的材料问题进行合理分析，评价材料体系的选择、制备及应用等辅 助工程问题对社会、健康、安全的影响，进而能够对于选材和制备工艺提出有利 于社会健康发展的建议及解决方案。 支撑毕业要求指标点 6-1：了解材料工程及相关领域的技术标准体系、知识 产权业政策与法律法规 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 2 H 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 绪论 以及 材料 力学 性能 基本 常识 1．绪论 2. 材料力学性能基本常识 2 个学时 2 材料的弹性、粘 弹性 1. 线弹性、杨氏模量、弹性比功 2. 非线弹性、滞弹性、内耗 2 个学时 3 材料 的拉 伸与 压缩性能 1. 材料单轴拉伸性能的力学性能 指标及其物理意义 2. 材料的压缩性能 3. 包辛格效应 2 个学时
4 材料的扭转、弯 曲和 剪切 性能 及塑 性变 形载 体 1. 扭转强度、扭转的断口形态 2. 实物弯曲性能测试、弯曲性能的 应用 3. 材料的剪切性能、单剪实验、双 剪实验 4. 材料塑性变形的载体：位错、孪 晶变形 2 个学时 5 材料的硬度 1. 布氏硬度、洛氏硬度、显微硬度、 维式硬度 2. 纳米压痕硬度 3. 硬度与应力应变曲线的关系 2 个学时 6 缺口、低温和应 变速 率对 材料 性能的影响 1．缺口对材料力学性能的影响 2．温度对材料力学性能的影响 3．应变速率对材料力学性能的影响 4．缺口冲击韧性试验 4 个学时 7 断裂 力学 与断 裂韧性 1．格里菲斯断裂理论 2．裂纹扩展的能量判据 3．裂纹尖端的应力场 4．断裂韧性和断裂判据。 5．影响断裂韧性的因素 6. J 积分 4 个学时 8 材料 在交 变载 荷下 的力 学行 为 1．金属疲劳破坏的特点 2．高周疲劳、低周疲劳 3．疲劳裂纹扩展速率 4．提高疲劳强度的途径 4 个学时 9 材料 在环 境介 质作 用下 的力 学行为 1．应力腐蚀 2．腐蚀疲劳 3. 氢脆 2 个学时 10 摩擦磨损 1. 摩擦、磨损基本概念 2. 粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、 微动磨损和腐蚀磨损 2 个学时 11 材料 在高 温下 的力学性能 1. 蠕变：定义、影响因素、物理机 制 2. 蠕变对断裂的影响 3. 蠕变极限，持久强度，持久塑性 2 个学时
12 材料的热性能 1. 声子、热容定义 2. 晶体热容理论 3. 热膨胀、热膨胀的微观机理、固 体材料热传导的微观机理 4. 影响固体材料热导率的主要因 素 4 学时 13 材料 的导 电性 能 1. 电导的微观机制 2. 金属、无机非金属的导电机制、 超导体 3. 本征半导体、掺杂半导体 4. 热电效应 4 学时 14 材料 的介 电性 能 1. 电介质定义、极化、电介质的极 化机制、介电损耗 2. 压电效应、热释电效应 3. 铁电体、铁电性、自发极化、铁 电畴、电滞回线 4 学时 15 材料的磁性能 1. 磁场强度、磁感应强度、磁化率、 磁导率。 2. 物质的磁性分类，居里定律 3. 原子的本征磁矩、抗磁性、顺磁 性 4. 铁磁性、磁滞回线、铁磁畴、磁 畴壁 4 学时 16 材料的光性能 1. 光的折射率、光的反射系数、透 射系数、光的吸收、色散 2. 激光、激光的特点、受激辐射 3. 弹性散射，晶界和晶体结构对光 吸收性能的影响 4. 光学薄膜在工程中的应用 4 学时 四、教学安排详表