一、課程說明

（一）課程名稱、所屬專業(yè)、課程性質(zhì)、學(xué)分；

課程名稱：材料科學(xué)基礎(chǔ)

所屬專業(yè)：材料物理，材料化學(xué)

課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課

學(xué)分：8

（二）課程簡介、目標(biāo)與任務(wù)；

課程簡介：本課程是材料學(xué)科本科生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。它的主要任務(wù)是使學(xué)生對材料分類、成分、結(jié)構(gòu)、性能、加工生產(chǎn)、科研、應(yīng)用以及它的過去、現(xiàn)在和未來有一定的了解，并對材料科學(xué)與工程有一個較全面而又概括的了解。同時，使學(xué)生掌握完整全面的材料科學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)知識。本課程的覆蓋面較寬，要介紹工程材料的分類、結(jié)構(gòu)與性能，生產(chǎn)制備，科研和應(yīng)用、以及與經(jīng)濟(jì)和社會相容等內(nèi)容，材料的發(fā)展歷史，目前狀況和發(fā)展趨勢。各章節(jié)除介紹相關(guān)材料的基本知識外，盡可能反映該領(lǐng)域的新成果、新發(fā)展及其在新技術(shù)中的應(yīng)用。用必要的例子生動地描述出該領(lǐng)域的基本情況、動態(tài)和趨勢。從這個意義上說，它不是一門傳統(tǒng)的導(dǎo)論課，而是學(xué)生掌握材料科學(xué)基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)課。它讓學(xué)生了解這一領(lǐng)域的基礎(chǔ)、現(xiàn)狀和前景。課程對材料研究的若干方法也做一些簡介。

目標(biāo)與任務(wù)：通過本課程教學(xué)，使學(xué)生對材料科學(xué)基礎(chǔ)知識以及材料的生產(chǎn)過程有一個較全面、較概括的了解；對當(dāng)前材料科學(xué)研究的前沿有初步了解；培養(yǎng)學(xué)生對材料科學(xué)的興趣。初步掌握各類工程材料的基本概念，包括組織、結(jié)構(gòu)、性能、生產(chǎn)過程和工程應(yīng)用以及他們之間的相互關(guān)系等；初步了解材料科學(xué)的研究前沿以及我校材料學(xué)科的科研工作簡況。

（三）先修課程要求，與先修課與后續(xù)相關(guān)課程之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接；

本課程是材料專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，本課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生具備高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué)，固體物理等作基礎(chǔ)，同時又是材料專業(yè)的專業(yè)課（如金屬材料學(xué)、陶瓷材料學(xué)、高分子材料、功能材料等）的基礎(chǔ)。

（四）教材與主要參考書。

1、《 Materials Science and Engineering An Introduction 》6th edition, William D. Callister, JR., John Wiley & Sons, Inc.?2003

2、《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》顧宜 主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2005

3、《材料科學(xué)與工程》Donald R. Askeland, Pradeep P. Phule, 清華大學(xué)出版社

4、《材料科學(xué)與工程導(dǎo)論》王高潮 主編 機(jī)械工業(yè)出版社

5、《復(fù)合材料科學(xué)與工程》 倪禮忠 陳麒編著， 科學(xué)出版社 2002

6、《材料結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)》 余焜編著 科學(xué)出版社 2002

7、《材料科學(xué)與材料工程基礎(chǔ)》， L. H. 范弗萊克著，夏宗寧、鄒定國譯，機(jī)械工程出版社，1984

8、《材料科學(xué)與材料工程導(dǎo)論》， K. M. 羅爾斯、T.H.考特尼、J.伍爾夫著，范玉殿、夏宗寧、王英華譯，科學(xué)出版社，1982

9、 《The Science and Engineering of Materials》（3rd edition）， D.R.Askeland，PWS Publishing Co，1994

二、課程內(nèi)容與安排

（一）教學(xué)方法與學(xué)時分配

教學(xué)方法：課堂講授，討論，課下文獻(xiàn)調(diào)研與綜述，72學(xué)時

（二）內(nèi)容及基本要求

第十二章?陶瓷的結(jié)構(gòu)與特性（參考時數(shù)：8）

12.1 引言；12.2陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)；12.3 硅酸鹽陶瓷的結(jié)構(gòu)；12.4 碳；12.5 陶瓷中的缺陷； 12.6離子型材料中的擴(kuò)散；12.7陶瓷的相圖；12.7陶瓷的韌性斷裂；12.8 陶瓷脆性斷裂；12.9 應(yīng)力-應(yīng)變行為；12.10 塑性變形的機(jī)制；12.11其他力學(xué)性能

【重點(diǎn)掌握】：陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，陶瓷分類，陶瓷應(yīng)力應(yīng)變行為及塑性變形機(jī)制，

【掌握】：陶瓷的結(jié)構(gòu)類型,離子性陶瓷的結(jié)構(gòu)計算原則,硅酸鹽陶瓷的結(jié)構(gòu)分類,碳的多種形態(tài),陶瓷中的缺陷類型,缺陷密度計算,陶瓷的典型的應(yīng)力應(yīng)變行為特征,陶瓷塑性形變的機(jī)制

【難點(diǎn)】：離子性陶瓷的結(jié)構(gòu)預(yù)測與計算,缺陷種類及密度計算

第十三章?陶瓷的應(yīng)用于加工（參考學(xué)時數(shù)：8）

13.1引言；13.2 玻璃應(yīng)用與溫度特性；13.3 玻璃的成型；13.4 玻璃的熱處理；13.5玻璃陶瓷； 13.6 可塑性礦物原料的特性；13.7 非塑性成分特性；13.8傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)技術(shù)；13.9耐火材料；13.10 特殊耐火材料；13.11 磨料陶瓷；13.12壓粉；13.13帶式澆鑄；13.14水泥；13.15先進(jìn)陶瓷的應(yīng)用；

【重點(diǎn)掌握】：陶瓷的分類，陶瓷的成型方法

【掌握】：陶瓷的分類,不同種類的陶瓷加工成型的工藝類型,能夠耐火的溫度和穩(wěn)定使用的溫度,玻璃的成型工藝類型,玻璃的生產(chǎn)工藝,傳統(tǒng)陶瓷應(yīng)用和種類,工具陶瓷應(yīng)用和種類,功能陶瓷應(yīng)用和種類,耐火陶瓷應(yīng)用和種類,結(jié)構(gòu)陶瓷應(yīng)用和種類,特殊陶瓷的應(yīng)用和種類

【難點(diǎn)】：陶瓷的性能與應(yīng)用,陶瓷的成型工藝和生產(chǎn)工藝

第十四章?聚合物的結(jié)構(gòu)（參考學(xué)時數(shù)：8）

14.1引言；14.2?烴分子；14.3?聚合物分子；14.4 聚合物分子化學(xué)；14.5分子量；14.6 聚合物分子形狀；14.7聚合物分子結(jié)構(gòu)；14.8 分子構(gòu)型；14.9 共聚物；14.10 聚合物晶性；14.11聚合物結(jié)晶機(jī)理；?

【重點(diǎn)掌握】：聚合物的分類，聚合物的結(jié)構(gòu)層次，聚合物的分子量與聚合度

【掌握】：均聚物，共聚物，結(jié)構(gòu)單元，接枝聚和物，線形聚合物，交聯(lián)聚合物，網(wǎng)狀聚合物，立體同分異構(gòu)，順式立構(gòu)，反式立構(gòu)，無規(guī)立構(gòu)，相間共聚物，嵌段共聚物，無規(guī)共聚物，晶體結(jié)構(gòu)，球晶結(jié)構(gòu)，鏈折疊模型，數(shù)均分子量，質(zhì)均分子量，聚合度

【難點(diǎn)】：聚合物的結(jié)構(gòu)層次，聚合物的分子量和聚合度

第十五章?聚合物的特性、應(yīng)用與加工（參考學(xué)時數(shù)：12）

15.1?應(yīng)力-應(yīng)變行為；15.2宏觀形變；15.3粘彈性形變；15.4聚合物的斷裂；15.5其他特性；15.6部分晶化聚合物的形變；15.7影響晶化聚合物力學(xué)特性的因子；15.8高彈體形變；15.9?晶化；15.10熔化；15.11玻璃轉(zhuǎn)變；15.12熔化溫度和玻璃轉(zhuǎn)變溫度；15.13影響熔化和玻璃轉(zhuǎn)變溫度的因子；15.14塑料；15.15?高彈體；15.16?纖維；15.17其他應(yīng)用；15.18先進(jìn)聚合物材料；15.19?聚合；15.20聚合物填加劑；15.21?塑料的成型技術(shù)；15.22?高彈體的生產(chǎn)；15.23?纖維和薄膜的生產(chǎn)

【重點(diǎn)掌握】：聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為，聚合物的彈性和塑性變形機(jī)理，聚合物的晶化、熔化和玻璃轉(zhuǎn)變現(xiàn)象以及影響熔化和玻璃轉(zhuǎn)變溫度的因子

【掌握】：聚合物的應(yīng)力應(yīng)變行為，宏觀變形，粘彈性行為，聚合物的斷裂，其他力學(xué)特性，部分晶化聚合物的形變，音響部分晶化聚合物的力學(xué)特性的因子，高彈體的形變，晶化，熔化，玻璃轉(zhuǎn)變，熔化和玻璃轉(zhuǎn)變溫度，影響熔化和玻璃轉(zhuǎn)變的因子，塑料，高彈體，纖維，其他應(yīng)用，先進(jìn)聚合物材料，聚合，添加劑，塑料成型技術(shù)，高彈體的生產(chǎn)，纖維和薄膜的生產(chǎn)

【難點(diǎn)】：聚合物的彈性和塑性變形機(jī)理，聚合物材料的生產(chǎn)與加工

第十六章?復(fù)合材料（參考學(xué)時數(shù)：10）

16.1?引言；16.2?大-顆粒復(fù)合材料；16.3?分散-強(qiáng)化復(fù)合材料；16.4?纖維長度的影響；16.5?纖維濃度和取向的影響；16.6?纖維相；16.7?基體相；16.8?聚合物基復(fù)合材料；16.9?金屬基復(fù)合材料；16.10?陶瓷基復(fù)合材料；16.11?碳-碳復(fù)合材料；16.12雜化復(fù)合材料；16.13?纖維增強(qiáng)復(fù)合材料生產(chǎn)；16.14 層狀復(fù)合材料；16.15?三明治板料

【重點(diǎn)掌握】：復(fù)合材料的分類，復(fù)合材料的各向異性，增強(qiáng)想對復(fù)合材料性能的影響，基體相的性能特點(diǎn)，復(fù)合材料的力學(xué)特性

【掌握】：大顆粒復(fù)合材料，分散強(qiáng)化復(fù)合材料，纖維長度的影響，纖維濃度和取向的影響，纖維相，基體相，聚合物基體復(fù)合材料，金屬基體復(fù)合材料，碳-碳復(fù)合材料，其它復(fù)合材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料生產(chǎn)，片狀復(fù)合材料，三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

【難點(diǎn)】：影響復(fù)合材料的性能的因素，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的軸向和橫向拉伸強(qiáng)度、彈性模量的計算

第十七章材料的腐蝕與退化（參考學(xué)時數(shù)：4）

17.1引言；17.2溶脹和溶解；17.3鍵合裂解；17.4 風(fēng)化；17.5電化學(xué)腐蝕；17.6腐蝕速率；17.7腐蝕速率的預(yù)測；17.8鈍化；17.9環(huán)境效應(yīng)；17.10 腐蝕的類型；17.11 氧化；17.12 腐蝕環(huán)境；17.13 腐蝕防護(hù)

【重點(diǎn)掌握】：引言，金屬的腐蝕，陶瓷材料的腐蝕，聚合物材料的退化，腐蝕案例研究

【掌握】：電化學(xué)腐蝕，腐蝕速率，腐蝕速率預(yù)測，鈍化，環(huán)境效應(yīng)，腐蝕形式，腐蝕環(huán)境，腐蝕防護(hù)，氧化，聚合物的溶脹和溶解，鍵合裂解，聚合物的風(fēng)化，人造全髖關(guān)節(jié)替換

【難點(diǎn)】：電化學(xué)腐蝕的速率計算以及腐蝕防護(hù)，腐蝕形式和腐蝕環(huán)境

第十八章電學(xué)性能（參考學(xué)時數(shù)：6）

18.1引言；18.2?歐姆定律；18.3電導(dǎo)率；18.4導(dǎo)電機(jī)制；18.5固體的能帶結(jié)構(gòu)；18.6 用能帶和原子鍵合模型解釋導(dǎo)電；18.7 電子遷移率；18.8金屬的電阻率；18.9商業(yè)合金的電子特性；18.10 本征半導(dǎo)體導(dǎo)電性；18.11非本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性；18.12電導(dǎo)率和載流子濃度與 溫度的關(guān)系；18.13霍爾效應(yīng)；18.14半導(dǎo)體器件；18.15離子材料的電導(dǎo)；18.16聚合物的電特性；18.17 電容；18.18 場矢量和極化；18.19極化類型；18.20介電常數(shù)對頻率的依賴關(guān)系；18.21介電強(qiáng)度；18.22介電材料；18.23鐵電性；18.24壓電性

【重點(diǎn)掌握】：導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理及規(guī)律，半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理及規(guī)律，介電行為規(guī)律

【掌握】：歐姆定律，電導(dǎo)率，電子導(dǎo)電和離子導(dǎo)電，固體中的能帶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電的能帶和原子成健模型解釋，電子遷移率，金屬的電阻率，商用合金的電學(xué)特性，內(nèi)稟半導(dǎo)體，外稟半導(dǎo)體，電導(dǎo)率和載流子濃度隨溫度的變化，霍爾效應(yīng)，半導(dǎo)體器件，離子材料中的導(dǎo)電，聚合物的電學(xué)特性，電容，場矢量和極化，極化的類型，介電常數(shù)的頻率依賴性，介電強(qiáng)度，絕緣材料，鐵電材料，壓電材料

【難點(diǎn)】：不同材料的導(dǎo)電機(jī)理以及所遵從的規(guī)律

第十九章?熱學(xué)特性（參考學(xué)時數(shù)：2）

19.1引言；19.2熱容；19.3熱膨脹；19.4熱導(dǎo)率；19.5熱應(yīng)力

【重點(diǎn)掌握】：定壓熱容，定容熱容，熱膨脹系數(shù)，熱應(yīng)力

【掌握】：熱容的物理含義，定壓熱容，定容熱容，熱導(dǎo)率，熱脹冷縮的機(jī)理，熱應(yīng)力的來源。

【難點(diǎn)】：熱脹冷縮的物理機(jī)理，熱應(yīng)力的預(yù)測

第二十章?磁學(xué)性能（參考學(xué)時數(shù)：6）

20.1引言；20.2基本概念；20.3?抗磁性和順磁性；20.4鐵磁性；20.5反鐵磁性和亞鐵磁性；20.6溫度對磁性的影響；20.7磁疇和磁滯；20.8軟磁材料；20.9硬磁材料；20.10磁存儲；20.11超導(dǎo)性?

【重點(diǎn)掌握】：磁性的起源，原子玻爾磁子的計算，材料飽和磁化強(qiáng)度的理論計算

【掌握】：磁性的基本概念，磁性的起源，抗磁性和順磁性，鐵磁性，反鐵磁性和亞鐵磁性，溫度對磁學(xué)行為的影響，磁疇和磁致，軟磁材料，硬磁材料，磁存儲，超導(dǎo)電性，去磁能，磁能積，第I類超導(dǎo)體，第II類超導(dǎo)體

【難點(diǎn)】：飽和磁化強(qiáng)度的理論計算

第二十一章光學(xué)特性（參考學(xué)時數(shù)：6）

21.1引言；21.2電磁輻射；21.3光與固體相互作用；21.4光子和電子的相互作用；21.5折射；21.6反射；21.7?吸收；21.8透射；21.9顏色；21.10絕緣體的不透明度和半透明度；21.11發(fā)光；21.12光電導(dǎo)率；21.13激光；21.14光纖通訊?

【重點(diǎn)掌握】：光學(xué)性能與能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)系

【掌握】：電磁輻射的經(jīng)典解釋，電磁輻射的量子解釋，電磁輻射與物質(zhì)的相互作用，折射率，折射的機(jī)理，吸收和透射以及顏色和能帶的關(guān)系，發(fā)光的機(jī)理，發(fā)光顏色的調(diào)制，激光器的工作原理，光纖的結(jié)構(gòu)

【難點(diǎn)】：顏色，透明，吸收的物理機(jī)理

第二十二章?材料科學(xué)與工程中相關(guān)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會議題（參考學(xué)時數(shù)：2）

22.1引言；22.2 強(qiáng)度；22.3其他考慮和最終決定；22.4汽車閥門彈簧；22.5髖關(guān)節(jié)解剖學(xué)； 22.6材料要求；22.7使用的材料；22.8熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計要求

引言，經(jīng)濟(jì)方面的考慮，環(huán)境和社會方面的考慮

【重點(diǎn)掌握】：材料選擇、成本控制、環(huán)境保護(hù)、社會發(fā)展

【掌握】：材料的選擇與設(shè)計，生產(chǎn)工藝和技術(shù)，成本控制，環(huán)境與社會問題，材料科學(xué)與工程中材料的循環(huán)再利用

【難點(diǎn)】：成本控制，質(zhì)量選擇