【正文】 084 授課對(duì)象： 材化 2020材化 20202 任課教師：袁力 學(xué) 院：材料 科學(xué)與 工程學(xué)院 郵 箱： 聯(lián)系電話(huà)： 13890027903 《 材料科學(xué) 基礎(chǔ) 》課程實(shí)施大綱 3 1．教學(xué)理念 關(guān)注學(xué)生 的 發(fā)展 教學(xué)不是教師的“獨(dú)臺(tái)戲”，應(yīng)是“以學(xué)生為中心”的互動(dòng)過(guò)程。 關(guān)注教學(xué)的有效性 教學(xué)過(guò)程還要重視教學(xué)的有效性。教學(xué)效益不取決于教師教多少內(nèi)容，而是取決于對(duì)單位時(shí)間內(nèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果與學(xué)習(xí)過(guò)程綜合考慮的結(jié)果。怎樣操作才能使教學(xué)取得更好的效果，這是教學(xué)策略所追求的目標(biāo)。教學(xué)的過(guò)程不應(yīng)只是知識(shí)的傳授，更應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)體主動(dòng)性。因此，培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)體主動(dòng)性是教育教學(xué)的最根本的任務(wù)。 課程的前沿及發(fā)展趨勢(shì) 目前，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，材料科學(xué)得到了迅猛的提高；許多新材料、新工藝層出不窮。 3．教師簡(jiǎn)介 教師的職稱(chēng)、學(xué)歷 袁力 ，男， 1980 年 4 月出生，講師，博士。 5．課程目標(biāo) 完成課程后，學(xué)生應(yīng)該能夠： （ 1）了解材料科學(xué)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀以及材料科學(xué)對(duì)于社會(huì)進(jìn)步的重要作用； （ 2）掌握材料的內(nèi)部原子排列的方式以及典型的晶體結(jié)構(gòu)； （ 3）能從材料的結(jié)構(gòu)分析其所具有的基本性能； （ 4）對(duì)于晶體的缺陷有一定的認(rèn)識(shí)，掌握其對(duì)材料性能的影響； （ 5）能利用二元相圖分析材料的相轉(zhuǎn)變過(guò)程； （ 6）能分析材料凝固時(shí)晶核的形成與長(zhǎng)大過(guò)程； （ 7） 對(duì)材料的變形與斷裂的基本理論有一定的認(rèn)識(shí)，掌握變形與斷裂的微觀機(jī)制； （ 8） 了解一些 基本 的材料 制備和加工 原理與方法 ； （ 9）對(duì)固體材料的電子結(jié)構(gòu)與相關(guān)性能 有一定的認(rèn)識(shí)； （ 10）建立學(xué)習(xí)的“主動(dòng)性”，培養(yǎng)“實(shí)事求是”的科學(xué)態(tài)度。 學(xué)時(shí)安排 本課程共 75 學(xué)時(shí)，具體安排如下： 緒 論 2 學(xué)時(shí) 第一章 材料結(jié)構(gòu)的基本知識(shí) 5 學(xué)時(shí) 第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)鍵 第三節(jié) 原子排列方式 第四 節(jié) 晶體與非晶體 習(xí)題課 第二章 材料中的晶 體結(jié)構(gòu) 14 學(xué)時(shí) 第一節(jié) 晶體學(xué)基礎(chǔ) 第二節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 離子晶體的結(jié)構(gòu) 《 材料科學(xué) 基礎(chǔ) 》課程實(shí)施大綱 8 第四節(jié) 共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu) 習(xí)題課 第四章 晶體缺陷 10 學(xué)時(shí) 第一節(jié) 點(diǎn)缺陷 第二節(jié) 位錯(cuò)的基本概念 第三節(jié) 位錯(cuò)的能量及交互作用 第四節(jié) 晶體中的界面 習(xí)題課 第五章 材料的相結(jié)構(gòu)及相圖 16 學(xué)時(shí) 第一節(jié) 材料的相結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 二元相圖及其類(lèi)型 第三節(jié) 復(fù)雜相圖分析 第四 節(jié) 相圖 的熱力學(xué)基礎(chǔ) 習(xí)題課 第六章 材料的凝固與氣相沉積 6 學(xué)時(shí) 第一節(jié) 材料凝固時(shí)晶核的形成 第二節(jié) 材料凝固時(shí)晶體的生長(zhǎng) 第三節(jié) 固溶體合金的凝固 第四節(jié) 共晶合金的凝固 習(xí)題課 第七章 擴(kuò)散與固態(tài)相變 6 學(xué)時(shí) 第一節(jié) 擴(kuò)散定律及其應(yīng)用 第二節(jié) 擴(kuò)散機(jī)制 習(xí)題課 第八章 材料的變形與斷裂 2 學(xué)時(shí) 第一節(jié) 金屬變形概述 第二節(jié) 金屬的彈性變形 第三節(jié) 金屬的塑性變形 第四節(jié) 金屬的斷裂 《 材料科學(xué) 基礎(chǔ) 》課程實(shí)施大綱 9 習(xí)題課 第九章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與性能 2 學(xué)時(shí) 第一節(jié) 固體的能帶理論 第二節(jié) 半導(dǎo)體 第三節(jié) 材料的光學(xué)性能 第四節(jié) 材料的熱學(xué)性能 習(xí)題課 復(fù)習(xí)課（課程總結(jié)、答疑） 2 學(xué)時(shí) 教學(xué)單元一 教學(xué)目標(biāo) 建立材料和材料科學(xué)與工程學(xué)科的基本概念，了解本課程的主要內(nèi)容、要求和學(xué)習(xí)方法。讀書(shū)筆記于第 8 周上交，并抽一定數(shù)量同學(xué)在課堂上講解PPT 內(nèi)容，進(jìn)行課堂討論。讀書(shū)筆 記于第 10 周上交，并抽一定數(shù)量同學(xué)在課堂上講解 PPT 內(nèi)容，進(jìn)行課堂討論 思考：不同的晶體類(lèi)型會(huì)對(duì)材料的性質(zhì)產(chǎn)生什么樣的影響？ 課前準(zhǔn)備情況及其他相關(guān)特殊要求 要求閱讀《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材第二章第三節(jié)內(nèi)容，并回答如下問(wèn)題：離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則主要有哪些，它們對(duì)于確定離子晶體的結(jié)構(gòu)有何作用？ 教學(xué)單元六 教學(xué)目標(biāo) 了解晶體缺陷的類(lèi)型，掌握點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的機(jī)理 教學(xué)內(nèi)容（含重點(diǎn)、難點(diǎn)） 內(nèi)容：晶體缺陷 —— 點(diǎn)缺陷 重點(diǎn)：點(diǎn)缺陷的分類(lèi)及產(chǎn)生機(jī)制 難點(diǎn)：平衡點(diǎn)缺陷的濃度的理解 教學(xué)過(guò)程 ：實(shí)際晶體中偏離理想結(jié)構(gòu)的不完整區(qū)域 （ 1）類(lèi)型 《 材料科學(xué) 基礎(chǔ) 》課程實(shí)施大綱 21 （ 2）點(diǎn)缺陷的濃度 平衡點(diǎn)缺陷的濃度： 過(guò)飽和點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生 （ 1）點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng) 空位的運(yùn)動(dòng) 間隙原子的運(yùn)動(dòng) 空位片的形成 思考： 各種類(lèi)型形成的機(jī)理 思考： 平衡點(diǎn)缺陷濃度對(duì)晶體能量的影響 《 材料科學(xué) 基礎(chǔ) 》課程實(shí)施大綱 22 （ 2）點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響 教學(xué)方法 課堂講授和提問(wèn) 作業(yè)安排及課后反思 作業(yè)： P62，第 1， 2， 3 題 思考：材料中為什么會(huì)存在缺陷？ 課前準(zhǔn)備情況及其他相關(guān)特殊要求 要求閱讀《材料科學(xué)基礎(chǔ)》 教材第四章第一節(jié)內(nèi)容，并回答如下問(wèn)題： ？ ？ 教學(xué)單元七 教學(xué)目標(biāo) 掌握位錯(cuò)的基本類(lèi)型，理解位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和相互作用 教學(xué)內(nèi)容（含重點(diǎn)、難點(diǎn)） 內(nèi)容：位錯(cuò)的基本概念 位錯(cuò)的能量及交互作用 重點(diǎn)：位錯(cuò)的基本類(lèi)型和位錯(cuò)柏氏矢量 難點(diǎn)：位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)及交互作用 教學(xué)過(guò)程 （ 1）理想晶體的理論剪切強(qiáng)度的估算 理想晶體按照“剛性滑移”模型進(jìn)行塑性變形，估算出理想晶體的理論剪切屈服強(qiáng)度為： 思考： 點(diǎn)缺陷對(duì)材料物理性能、力學(xué)性能產(chǎn)生怎樣的影響？ 《 材料科學(xué) 基礎(chǔ) 》課程實(shí)施大綱 23 位錯(cuò)：晶體中兩個(gè)尺度較小、一個(gè)尺度較大的原子位置錯(cuò)排區(qū) （ 1）位錯(cuò)的基本類(lèi)型 （ 2）位錯(cuò)的柏氏矢量 刃位錯(cuò)的柏氏矢量垂直于位錯(cuò)線(xiàn) 相差數(shù)量級(jí) 實(shí)際晶體的剪切強(qiáng)度 實(shí)際晶體中存在位錯(cuò)，且其具有易動(dòng)性 思考： 三種位錯(cuò)的主要區(qū)別在哪里？ 《 材料科學(xué) 基礎(chǔ) 》課程實(shí)施大綱 24 螺位錯(cuò)的柏氏矢量平行于位錯(cuò)線(xiàn) 混合位錯(cuò)的柏氏矢量既不垂直也不平行于位錯(cuò)線(xiàn) 柏氏矢量與位錯(cuò)線(xiàn)的關(guān)系 柏氏矢量的表示方法（柏氏矢量既要表示其方向還要表示其大小） 《 材料科學(xué) 基礎(chǔ) 》課程實(shí)施大綱 25 柏氏矢量的特性： ①唯一性 ②加和性 ③守恒性 的運(yùn)動(dòng) （ 1）位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)：位錯(cuò)線(xiàn)在其滑移面內(nèi)的運(yùn)動(dòng) 刃位錯(cuò)的滑移 螺位錯(cuò)的滑移 位錯(cuò)環(huán)的滑移 （ 2）刃位錯(cuò)的攀移 （ 1）位錯(cuò)應(yīng)變能：位錯(cuò)線(xiàn)周?chē)娱g的相對(duì)位移使晶體的能量明顯升高，這部分能量稱(chēng)為位錯(cuò)的應(yīng)變能。的界面 （ 3）晶界能：?jiǎn)挝幻娣e晶界使晶體能量增高的部分 （ 1）晶體表面原子結(jié)合的特點(diǎn) （ 2）表面能γ S：?jiǎn)挝幻娣e表面使晶體能量增高的部分 思考： 怎么計(jì)算大小角度晶界的晶界能？ 思考： 想一想與內(nèi)部原子相比，表面原子有何特點(diǎn)？ 《 材料科學(xué) 基礎(chǔ) 》課程實(shí)施大綱 29 （ 3）晶體的表面形貌 （ 4）表面能對(duì)材料性能的影響 3. 表面吸附與晶界內(nèi)吸附 （ 1）吸附現(xiàn)象：外來(lái)原子或氣體分子在界面上富集的現(xiàn)象 物理吸附 （ 2）表面吸附 化學(xué)吸附 教學(xué)方法 課堂講授和提問(wèn) 作業(yè)安排及課后反思 思考：生活中那些地方利用到 了吸附現(xiàn)象？ 課前準(zhǔn)備情況及其他相關(guān)特殊要求 要求閱讀《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材第四章第三節(jié)內(nèi)容，并回答如下問(wèn)題：什么是大角度晶界，什么是小角度晶界？ 教學(xué)單元九 教學(xué)目標(biāo) 思考： 想一想表面能會(huì)對(duì)材料的性質(zhì)產(chǎn)生怎樣的影響？ 思考： 生活中那些現(xiàn)象是吸附現(xiàn)象呢？ 思考： 各自的特點(diǎn)及應(yīng)用？ 《 材料科學(xué) 基礎(chǔ) 》課程實(shí)施大綱 30 掌握金屬不同相結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制 教學(xué)內(nèi)容（含重點(diǎn)、難點(diǎn)） 內(nèi)容：材料的相結(jié)構(gòu) 重點(diǎn)：不同相結(jié)構(gòu)形成的機(jī)制 難點(diǎn)：化合物形成的條件，晶體結(jié)構(gòu) 教學(xué)過(guò)程 相：體系中聚集狀態(tài)、成分、結(jié)構(gòu)、性能相同且與其他部分有界面隔開(kāi)的均勻部分或連續(xù)變化的部分 （ 1）固溶體 ①間隙固溶體：半徑較 小的溶質(zhì)原子位于溶劑原子的間隙中所形成的固溶體 ②置換固溶體：半徑較大的溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格的某些