西安交大材科基教学大纲

西安交通大学

《材料科学基础》课程教学大纲

英文名称： Fundamentals of Materials Science

课程编号：MATL3001 学 时：96 学分：6

适用对象：材料科学与工程专业本科生

先修课程：大学物理、普通化学、物理化学、工程力学

课程的性质和目的

“材料科学基础”是材料科学与工程学科各专业本科生的必修课，是后续各门专业课程的理论基础课，也是材料科学与工程学科各专业的材料工作者从事材料科学基础研究以

及开发新材料、新工艺必备的基本知识和基本能力。

学习本课程的目的，是使学习者深刻理解材料的成分-结构-工艺-组织-性能诸方面的内在联系的根本原因、基本知识和基本应用，为学习后续专业课程奠定坚实的基础理论

知识；为将来创造新理论、研制新材料、开发新工艺提供新思路和理论指导

课程教学内容

绪论

第一章 材料结构的基本知识

第一节 原子结构

一、原子的电子分布;二、元素周期表及性能的周期性变化

第二节 原子结合键

一、一次键;二、二次键;三、混合键;四、结合键的本质及原子间距

第三节 原子排列方式

一、晶体与非晶体;二、原子排列的研究方法

第二章 材料中的晶体结构

第一节 晶体学基础

一、空间点阵和晶胞;二、晶系和布拉菲点阵;三、晶向指数和晶面指数;四、晶面间

距;五、晶带及晶带定理;六、晶体的极射赤面投影图

第二节 纯金属的晶体结构

一、金属的典型晶体结构;二、多晶型性;三、晶体的原子半径;

第三节 离子晶体的结构

一、离子晶体的主要特点;二、离子半径、配位数和负离子配位多面体;三、离子晶体

的结构规则;四、离子晶体的典型结构

第四节 共价晶体的结构

一、共价晶体的主要特点;二、共价晶体的典型结构

第三章 晶体缺陷

第一节 点缺陷

一、点缺陷的类型;二、点缺陷的浓度;三、点缺陷与材料行为;

第二节 位错的基本概念

一、位错学说的产生;二、位错的几何形态;三、位错的运动

第三节 位错的弹性性质

一、应力和应变分析;二、位错的应力场;三、为错的应变能

第四节 作用在位错线上的力

一、Petch-Koehler公式;二、外加应力对位错的作用力;三、位错间的互作用力;四、位错与溶质原子的互作用力; 五、位错的线张力; 六、位错运动的点阵阻力;七、晶体表

面对位错的作用力——映像力 第五节 实际晶体结构中的位错

一、全位错;二、堆垛层错;三、不全位错;四、位错反应

第六节 晶体中的界面

一、晶界的结构与晶界能;二、表面及表面能;三、表面吸附与晶界内吸附;四、浸润

行为;五、界面能与显微组织形貌的变化

第四章 材料的相结构与相图

第一节 材料的相结构 一、固溶体;二、化合物 第二节 二元相图及其类型

一、相图的基本知识;二、一元系相图;三、二元系相图;四、材料性能与相图的关系

第三节 复杂相图分析

一、分析方法;二、复杂相图分析举例;三、铁-碳合金相图

第四节 相图的热力学基础

一、固溶体的吉布斯自由能-成分曲线;二、克劳修斯-克莱普隆方程;三、相平衡条件;

四、由吉布斯自由能-成分曲线推测相图

第五节 三元系相图及其类型

一、三元相图的成分表示方法;二、三元匀晶相图;三、三元系中的相平衡分析;四、

具有四相共晶反应的三元系相图;五、三元系相图实例分析

第五章 材料的凝固 第一节 材料凝固时晶核的形成

一、结晶的基本规律;二、均匀形核;三、形核率;四、非均匀形核

第二节 材料凝固时晶体的生长

一、晶核长大的必要条件;二、固/液界面的微观构造;三、晶核长大方式

第三节 固溶体的凝固

一、固溶体的平衡凝固;二、固溶体的不平衡凝固;三、成分过冷及其影响

第四节 共晶合金的凝固

一、共晶体的形态;二、共晶体的形核及生长;三、先共晶相的形态

第五节 制造工艺与凝固组织

一、铸锭和铸件凝固的组织与偏析;二、连续铸造和熔化焊的凝固组织

第六节 用凝固法材料的制备技术

一、区域提纯;二、制备单晶;三、用快速冷凝法制备金属玻璃;四、定向凝固

第六章 高分子材料的结构

第一节 高分子材料概述

一、高分子材料的基本概念;二、高分子材料的合成;三、高分子材料的分类

第二节 高分子链的结构及构象

一、高分子链的化学组成;二、结构单元的键接方式和构型;三、高分子链的几何形状;

四、高分子链的构象及柔顺性 第三节 高分子的聚集态结构

一、晶态聚合物的结构;二、非晶态聚合物的结构;三、聚合物的结晶度与玻璃化温度

第四节 高分子材料的性能与结构

一、高分子材料的主要性能特点;二、高分子材料性能与结构的关系;三、改变高分子

材料性能的途径

第七章 固态扩散 第一节 扩散定律及其应用

一、扩散第一定律;二、扩散第二定律

第二节 扩散的微观机制

一、扩散的主要机制;二、扩散系数;三、扩散激活能

第三节 扩散的驱动力及反应扩散 一、扩散的驱动力;二、反应扩散

第四节 影响扩散的因素

一、温度的影响;二、原子键力的影响;三、晶体结构的影响;四、固溶体类型及浓度

的影响;五、晶体缺陷的影响

第八章 材料的变形与断裂 第一节 金属变形概述 第二节 金属的弹性变形