大學(xué) 考研 筆記 上海交通大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)大綱

1、一、課程基本信息New York何曼君 高分子物理 復(fù)旦大學(xué)出版社二、課程性質(zhì)和任務(wù)    材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料類(lèi)和冶金類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)主干課，也是該專(zhuān)業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課。通過(guò)講課、實(shí)驗(yàn)、課堂討論和課外實(shí)踐等各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，將金屬學(xué)、陶瓷學(xué)和高分子物理的基礎(chǔ)理論融合為一體，以研究材料共性規(guī)律，即研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝和性能之間的相互關(guān)系，指導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，并為學(xué)習(xí)后繼專(zhuān)業(yè)課程、從事材料科學(xué)研究和工程技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。三、教學(xué)內(nèi)容和基本要求 1、緒論：了解材料的發(fā)展史、材料科學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容以及學(xué)習(xí)本課程的目的意義和要求。&#

2、160;2、原子結(jié)構(gòu)和鍵合    了解物質(zhì)是由原子組成，而組成材料的各元素原子結(jié)構(gòu)和原子間的鍵合是決定材料性能的重要因素。    物質(zhì)的組成；原子結(jié)構(gòu)；原子間的鍵合；化學(xué)鍵、物理鍵和氫鍵；高分子鏈。 3、固體結(jié)構(gòu)    固態(tài)原子按其原子（或分子）聚集的狀態(tài)，可劃分為晶體與非晶體兩大類(lèi)。晶體中的原子在空間呈有規(guī)則的周期性重復(fù)排列；而非晶體中的原子則是無(wú)規(guī)則排列的。材料的性能與材料各元素的原子結(jié)構(gòu)和鍵合密切相關(guān)，也與固態(tài)材料中原子或分子在空間的分布排列和運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及原子

3、集合體的形貌特征密切相關(guān)。    晶體學(xué)基礎(chǔ)；金屬的晶體結(jié)構(gòu)；合金的相結(jié)構(gòu)；離子晶體結(jié)構(gòu)；共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)；聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)；非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。 4、晶體缺陷    實(shí)際晶體常存在各種偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域晶體缺陷。根據(jù)晶體缺陷分布的幾何特征可分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷三類(lèi)。了解晶體缺陷有利于分析研究結(jié)構(gòu)敏感性能的變化規(guī)律和相變、擴(kuò)散、塑性變形、再結(jié)晶以及氧化、燒結(jié)等現(xiàn)象，對(duì)探索材料晶體中的奧秘和推動(dòng)材料科學(xué)的發(fā)展起著重要作用。    點(diǎn)缺陷：空位與間隙原子；點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)；點(diǎn)缺陷的

4、平衡濃度；線缺陷位錯(cuò)概念的引入；位錯(cuò)的基本結(jié)構(gòu)；位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)；位錯(cuò)的彈性性質(zhì)；實(shí)際晶體中的位錯(cuò)；面缺陷：晶界，孿晶界，相界，外表面。 5、材料的形變與再結(jié)晶    分析研究材料在外力作用下的塑性變形過(guò)程、機(jī)理、組織結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律以及變形材料在加熱過(guò)程中產(chǎn)生回復(fù)再結(jié)晶現(xiàn)象，不僅對(duì)正確選擇控制材料的加工工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量是十分必要的，而且對(duì)合理使用材料、研制和發(fā)展新材料也是很重要的。    材料受力情況下的力學(xué)行為；彈性變形與粘彈性；單晶體的塑性變形；多晶體的塑性變形；變形后的組織與性能；合金的塑性變形；

5、變形晶體加熱時(shí)的變化；回復(fù)；再結(jié)晶；再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大；動(dòng)態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶；高聚物的塑性變形；超塑性。 6、固體中原子及分子的運(yùn)動(dòng)    描述固體中原子擴(kuò)散的表象理論：擴(kuò)散第一、第二定律和原子理論：擴(kuò)散中原子的遷移機(jī)制。了解影響擴(kuò)散速率的因素。理解金屬和離子晶體中擴(kuò)散差異的原因以及高分子（聚合物）分子運(yùn)動(dòng)對(duì)力學(xué)行為的影響。    表象理論；擴(kuò)散問(wèn)題的熱力學(xué)分析；原子理論；擴(kuò)散激活能；影響擴(kuò)散的因素；反應(yīng)擴(kuò)散；離子晶體中的擴(kuò)散；高分子的分子運(yùn)動(dòng)。 7、單元系相圖及其凝固  &

6、#160; 掌握相圖、相平衡條件和純晶體材料的凝固理論，了解多種生長(zhǎng)機(jī)制和凝固理論的應(yīng)用。    單元系相變的熱力學(xué)及相平衡；純晶體材料的凝固；高分子的結(jié)晶特征。 8、二元系相圖及合金凝固    掌握相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，能運(yùn)用成分自由能曲線推測(cè)相圖，掌握勻晶、共晶、包晶和溶混間隙三種基本相圖和其凝固特點(diǎn)以及成分過(guò)冷對(duì)組織形態(tài)的影響。了解平衡凝固和非平衡凝固的組織變化。    相圖的表示和實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法；相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)；二元系合金凝固中的組織分析；其他類(lèi)型

7、的二元相圖；二元相圖的分析方法與應(yīng)用；固溶體合金的凝固理論；共晶合金的凝固理論；鑄錠（件）的組織與缺陷；二元高分子合金。 9、三元相圖    掌握三元相圖成分的表示法，熟練運(yùn)用三元?jiǎng)蚓Ш凸簿鄨D投影圖分析該體系材料的凝固過(guò)程及其平衡組織，能用杠桿定則和重心定則計(jì)算組織組成的相對(duì)量。    三元相圖的成分表示及其性質(zhì)；三元?jiǎng)蚓鄨D及其凝固；三元共晶相圖及其凝固；包共晶型三元系相圖；形成穩(wěn)定化合物的三元系相圖。 10、材料的亞穩(wěn)態(tài)    著重于掌握材料在亞穩(wěn)態(tài)

8、的組織結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，對(duì)納米晶、準(zhǔn)晶態(tài)和非晶材料只要求一般性了解，擴(kuò)大眼界，對(duì)進(jìn)一步了解高技術(shù)新材料提供有關(guān)知識(shí)，對(duì)固態(tài)相變則為材料熱處理工藝打下必要的基礎(chǔ)。四、實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）內(nèi)容和基本要求    握金相分析的最基本技能和暗室技術(shù)，鞏固和加深理解書(shū)本知識(shí)以及了解材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理及對(duì)性能的影響等作用。研究金屬鑄錠的基本組織，討論澆鑄和凝固條件對(duì)鑄錠組織的影響。熟悉幾種典型的二元合金平衡和非平衡顯微組織及幾種典型成分的鐵碳合金的平衡組織。驗(yàn)證固體金屬中擴(kuò)散的基本規(guī)律，了解影響擴(kuò)散的主要因素，學(xué)會(huì)根據(jù)相圖分析反應(yīng)擴(kuò)散后形成的組織。學(xué)會(huì)識(shí)別典型三元合金

9、的顯微組織和應(yīng)用三元相圖分析各種三元合金平衡或平衡組織的形成過(guò)程。    實(shí)驗(yàn)（12學(xué)時(shí)），實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：金相顯微鏡原理、結(jié)構(gòu)和使用；金相樣品的制備、顯微攝影和暗室技術(shù)；位錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)觀察；塑性變形及再結(jié)晶；單元系對(duì)材料凝固組織的分析；二元系材料顯微組織分析；固體中的擴(kuò)散；陶瓷樣品的制備及其氣孔率的測(cè)定；高分子材料球晶的觀察。五、對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求    (一)課內(nèi)教學(xué)活動(dòng)采用多媒體技術(shù)把文本、聲音、圖形和圖象等媒體與計(jì)算機(jī)綜合在一起，生動(dòng)、形象、多方面地指導(dǎo)學(xué)生識(shí)別材料顯微組織結(jié)構(gòu)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)反復(fù)組織觀察、觀看錄相

10、和課堂討論，以提高教學(xué)效果，并培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。    (二)課外科技活動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐等教學(xué)活動(dòng)中能力培養(yǎng)的安排及要求：已建成“材料科學(xué)多媒體教學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生開(kāi)放，從而成為學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的第二課堂。    (三)                      &

11、#160;                   學(xué)時(shí)分配課程內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)習(xí)題課討論課上機(jī)課外實(shí)踐其他緒論0.5      （一）原子結(jié)構(gòu)鍵合3.52     （二）固體結(jié)構(gòu)8 1   1（三）晶體缺陷12222  1（四）材料的形變與再結(jié)晶

12、15222   （五）固體中原子及分子的運(yùn)動(dòng)821    （六）單元系相圖及其凝固620.5    （七）二元系相圖及合金凝固1521    （八）三元相圖8 0.5    （九）材料的亞穩(wěn)態(tài)8      （十）材料的功能特性6      考試      2總計(jì)90128   4