《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱

《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱一、課程基本情況課程代碼101134223201課程名稱（中/英文）：材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)/FundamentalsofMaterialsScienceandEngineering課程類別：專業(yè)核心課程課程性質(zhì)：專業(yè)必修課程課程類型：課程實(shí)驗(yàn)總學(xué)分：4總學(xué)時(shí)：64實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：8適用專業(yè)：材料物理適用對(duì)象：本科先修課程：物理化學(xué)、晶體學(xué)基礎(chǔ)開(kāi)課學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院二、課程簡(jiǎn)介《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)是對(duì)理論教學(xué)的鞏固和延伸，通過(guò)熱重分析實(shí)驗(yàn)和淬冷法研究相平衡實(shí)驗(yàn)，學(xué)生了解了實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)設(shè)備，掌握了實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作。通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，分析問(wèn)題能力，理論聯(lián)系實(shí)際能力，數(shù)據(jù)處理能力、合作能力等。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解了實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)設(shè)備，掌握了實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作。通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了理論聯(lián)系實(shí)際能力，鍛煉了合作能力，提高了學(xué)生分析問(wèn)題能力和數(shù)據(jù)處理能力等。通過(guò)本課程實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到下列基本要求：（1）具備必要的材料物理專業(yè)類專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。能將其應(yīng)用于解決材料生產(chǎn)工藝開(kāi)發(fā)、工藝設(shè)計(jì)、材料結(jié)構(gòu)和性能改進(jìn)相關(guān)問(wèn)題。（2）具備問(wèn)題分析能力。能夠應(yīng)用所學(xué)的基本原理對(duì)光伏和電池材料性能產(chǎn)生影響的生產(chǎn)設(shè)備、材料組成與結(jié)構(gòu)等復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別和表達(dá)，并結(jié)合文獻(xiàn)研究分析，以獲得有效結(jié)論。能夠根據(jù)材料物理專業(yè)所學(xué)基本原理去研究分析材料生產(chǎn)工藝過(guò)程存在的問(wèn)題及產(chǎn)生原因。（3）具備設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案能力。能夠根據(jù)特定需求，清晰描述光伏材料在制備和生產(chǎn)過(guò)程中的復(fù)雜工程問(wèn)題所面臨的問(wèn)題，能識(shí)別該任務(wù)面臨的各項(xiàng)制約條件，分清主次，能夠完成綜合性設(shè)計(jì)。（4）具備初步研究的能力。能夠運(yùn)用材料物理專業(yè)理論與技術(shù)手段，能夠就某個(gè)工程問(wèn)題進(jìn)行分析性研究。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡脑O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)并分析、解決。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)安排序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型實(shí)驗(yàn)要求每組人數(shù)備注1熱重分析4綜合性必做22淬冷法研究相平衡4綜合性必做2五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一熱重分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握熱重分析的原理及實(shí)驗(yàn)方法。2.熟悉本實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備的性能，操作方法。3.學(xué)習(xí)使用熱重分析方法分析被測(cè)物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1．儀器（1）立式管狀高溫爐（2）精密扭力天平（3）變壓器（4）電位差計(jì)（5）熱電偶（6）鉑金坩堝（7）鉑金吊絲（8）補(bǔ)償導(dǎo)線（9）熱電偶冷端補(bǔ)償器（10）電流表2．裝置如圖2所示。圖2熱重分析實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：1．用鉑金絲將坩堝懸掛于精密扭力天平鉤上，精確稱出吊絲和坩堝的重量。2．取下坩堝，加入300mg左右的試樣，再稱出其重量。3．接通電源，選擇爐子以10℃/min升溫。4．每隔5分鐘稱量一次，并記錄相應(yīng)的溫度，試樣開(kāi)始失重時(shí)，每隔1分鐘記錄一次，注意記錄失重開(kāi)始和失重結(jié)束時(shí)的重量及對(duì)應(yīng)的溫度。5．實(shí)驗(yàn)完畢，切斷電源，請(qǐng)教師驗(yàn)收坩堝及吊絲。實(shí)驗(yàn)二淬冷法研究相平衡實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簭臒崃W(xué)角度建立系統(tǒng)狀態(tài)（物系中相的數(shù)目，相的組成及相的含量）和熱力學(xué)條件（溫度，壓力，時(shí)間等）以及動(dòng)力學(xué)條件（冷卻速率等）之間的關(guān)系。掌握靜態(tài)法研究相平衡的實(shí)驗(yàn)方法之一-淬冷法研究相平衡的實(shí)驗(yàn)方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。掌握浸油試片的制作方法及顯微鏡的使用，驗(yàn)證Na2O—SiO2系統(tǒng)相圖。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1．儀器：（1）立管式電阻爐（2）可控硅溫度控制器（3）熱電偶（4）水浴盤(pán)（5）鉑銠坩堝（6）鉑金吊絲（7）偏光顯微鏡一套2.裝置：如圖3所示。圖3淬冷法研究相平衡裝置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：取少量的試樣（0.01-0.02克Na2O：SiO2=1∶2摩爾比）置入鉑銠坩堝內(nèi)，用鉑金絲懸吊于爐膛內(nèi)，上下均加蓋。水浴盤(pán)內(nèi)盛上2/3的水，放至爐底，調(diào)整好顯微鏡。接通電源，將高溫爐升溫至800℃，保溫30分鐘，使試樣充分達(dá)到平衡狀態(tài)。打開(kāi)高溫爐下蓋，用鑷子取下吊絲連同坩堝一并落入水浴盤(pán)中淬冷。從鉑銠坩堝內(nèi)取出試樣，在研缽內(nèi)輕砸成粉末（注意不能研磨），制成油浸在偏光顯微鏡下觀察有無(wú)晶體析出。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式實(shí)驗(yàn)名稱（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ǘ?shí)驗(yàn)設(shè)備（三）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（四）結(jié)果與分析（五）問(wèn)題討論七、考核方式（一）實(shí)驗(yàn)成績(jī)的構(gòu)成實(shí)驗(yàn)成績(jī)占本門(mén)課程總成績(jī)15%，參考實(shí)驗(yàn)考勤、實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)綜合給定。（二）評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1.實(shí)驗(yàn)成績(jī)以百分制或五級(jí)制（優(yōu)、良、中、及格、不及格）填報(bào)，按比例記入該課程成績(jī)中。2.多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要最后填報(bào)平均成績(jī)。3.按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的具體要求，根據(jù)每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的考查，實(shí)驗(yàn)操作情況及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量，綜合給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)。4.實(shí)驗(yàn)評(píng)分應(yīng)包括三個(gè)方面：（1）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及實(shí)驗(yàn)紀(jì)律占20%：（2）實(shí)驗(yàn)操作占40%：（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告40%；評(píng)分等級(jí)：評(píng)定成績(jī)分優(yōu)、良、中、及格和不及格五個(gè)等級(jí)。優(yōu)：90分以上，良：80-89分，中：70-79分，及格：60-69分，不及格：59分以下，也可以以百分制給出兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的綜合成績(jī)。實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核評(píng)定表考核環(huán)節(jié)考核結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估項(xiàng)目及權(quán)重優(yōu)秀（90~100分）良好（80~90分）中等（70~80分）及格（60~70分）不及格（＜60分）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及實(shí)驗(yàn)紀(jì)律（20%）實(shí)驗(yàn)前能夠按照實(shí)驗(yàn)要求，提前預(yù)習(xí)，掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，掌握實(shí)驗(yàn)安全操作規(guī)程，遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律。實(shí)驗(yàn)前能夠按照實(shí)驗(yàn)要求，提前預(yù)習(xí)，較好的掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、掌握實(shí)驗(yàn)安全操作規(guī)程，遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律。實(shí)驗(yàn)前能夠按照實(shí)驗(yàn)要求，提前預(yù)習(xí)，了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)安全操作規(guī)程，較遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律。實(shí)驗(yàn)前能夠按照實(shí)驗(yàn)要求，提前預(yù)習(xí)，基本了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)安全操作規(guī)程，較遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律。實(shí)驗(yàn)前未能按照實(shí)驗(yàn)要求，未提前預(yù)習(xí)，不了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、未能掌握實(shí)驗(yàn)安全操作規(guī)程。實(shí)驗(yàn)操作（40%）能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?dú)立設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟，獨(dú)立或合作完成實(shí)驗(yàn)操作，且操作規(guī)范；準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行綜合的分析討論，得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，獨(dú)立或合作完成實(shí)驗(yàn)操作，操作較為規(guī)范；記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較為準(zhǔn)確，并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行綜合的分析討論，得出較為合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，獨(dú)立或合作完成實(shí)驗(yàn)操作，操作基本規(guī)范；記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析討論，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模O(shè)計(jì)出基本的實(shí)驗(yàn)步驟，基本能完成實(shí)驗(yàn)操作，操作基本規(guī)范；記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行初步分析討論，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。不能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步驟，不能完成實(shí)驗(yàn)操作或操作不規(guī)范；不能記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析討論，不能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)報(bào)告（40%）實(shí)驗(yàn)報(bào)告能夠獨(dú)立完成，內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)合理，數(shù)據(jù)處理正確，圖表規(guī)范。能夠正確完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告中提出的問(wèn)題，并對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行深入的討論，提出自己的見(jiàn)解。實(shí)驗(yàn)報(bào)告能夠獨(dú)立完成，內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)較為合理，數(shù)據(jù)處理正確，圖表基本規(guī)范。能夠較好的完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告中提出的問(wèn)題，并對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行討論，提出意見(jiàn)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告能夠獨(dú)立完成，內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)基本合理，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，圖表基本規(guī)范。能夠基本完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告中提出的問(wèn)題，能對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行討論。實(shí)驗(yàn)報(bào)告基本能夠獨(dú)立完成，內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)圖表齊全，基本完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告中提出的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)報(bào)告不能獨(dú)立完成，存在抄襲現(xiàn)象，報(bào)告中提出的問(wèn)題沒(méi)有或基本沒(méi)有回答。八、教學(xué)資源建議教材：材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)主要參考書(shū)：（1）潘金生,仝健民，田民波.材料科學(xué)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社.1998．（2）趙品，謝輔洲，孫文山.材料科學(xué)基礎(chǔ).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1999．重要文獻(xiàn)：Donald.R.Askeland.TheScienceandEngineeringofMaterials.2ndEdWadworthInc.1990WilliamD.Callister,Jr.Mat