《材料物理》課程教學(xué)大綱

《材料物理》課程教學(xué)大綱課程編號：04110992課程性質(zhì)：專業(yè)方向課適合專業(yè)：物理學(xué)先修課程：原子物理學(xué)、固體物理開設(shè)學(xué)期：第六學(xué)期考核方式：閉卷考試總學(xué)時：32-36學(xué)分：2（一）課程教學(xué)目標(biāo)材料物理是物理學(xué)的專業(yè)選修課。本課程將系統(tǒng)、全面地介紹材料基礎(chǔ)理論知識，諸如材料的結(jié)合鍵、材料的晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)缺陷、材料的相結(jié)構(gòu)與相圖、材料的凝固、材料中的擴散，材料的塑性變形與強化、材料的亞穩(wěn)態(tài)。本課程著眼于材料基本問題、從金屬材料的基本理論出發(fā)，將高分子聚合物材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等結(jié)合在一起，使學(xué)生能把握材料的共性，熟悉材料的個性。通過理論教學(xué)與實驗教學(xué)，使學(xué)生不僅能掌握基本理論，善于分析和解決問題，探索新知識的能力。（二）課程的目的與任務(wù)本課程為該專業(yè)學(xué)生的后續(xù)課程，如材料加工成型、材料熱處理、材料的性能、工程材料學(xué)、材料測試、材料的近代研究方法、計算機在材料科學(xué)中的應(yīng)用等提供基礎(chǔ)。（三）理論教學(xué)的基本要求“了解”原子間的鍵合，晶體學(xué)基礎(chǔ)、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)及特征、離子晶體的結(jié)構(gòu)、共價晶體的結(jié)構(gòu)、晶體的對稱性、高分子材料的結(jié)構(gòu)；“理解”晶體結(jié)構(gòu)缺陷（包括點缺陷、線缺陷和面缺陷）、材料的相結(jié)構(gòu)；相律、純金屬的結(jié)晶理論、晶核的形成、晶核的成長；“掌握”勻晶相圖、共晶相圖、包晶二元相圖及其分析、鐵碳相圖；（四）教學(xué)學(xué)時分配數(shù)章次各章名稱總學(xué)時學(xué)時分配講課實驗上機課外小計第一章引言222第二章晶體結(jié)構(gòu)666第三章晶體結(jié)構(gòu)缺陷888第四章非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)666第五章表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)666第六章相平衡與相圖444復(fù)習(xí)與習(xí)題課0-40-40-4總計32-3632-3632-36（五）大綱內(nèi)容本課程的課堂教學(xué)時數(shù)約為36學(xué)時，具體章節(jié)及學(xué)時分配如下：第一章材料引言第—節(jié)材料類型第二節(jié)材料組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、工藝及其與環(huán)境的關(guān)系第三節(jié)材料的選擇本章小結(jié)：從材料科學(xué)與工程一級學(xué)科的層次上闡述材料的分類方法，了解材料組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、工藝及其與環(huán)境的關(guān)系。第二章晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)晶體中質(zhì)點的結(jié)合力與結(jié)合能第三節(jié)晶體中質(zhì)點的堆積第四節(jié)單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)第五節(jié)無機化合物結(jié)構(gòu)第六節(jié)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)第七節(jié)高分子材料結(jié)構(gòu)本章教學(xué)重點及難點：重點：空間點陣及有關(guān)概念，晶向、晶面指數(shù)的標(biāo)定，典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)，固溶體及中間相的概念及其分類方法。難點：六方晶系布拉菲指數(shù)標(biāo)定，原子的堆垛方式，中間相的結(jié)構(gòu)及其區(qū)別。本章小結(jié)：從微觀層次出發(fā)，首先認識質(zhì)點排列規(guī)則的理想晶體，建立理想晶體中質(zhì)點空間排列的立體圖像，進一步理解晶體的組成-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)之間的相互關(guān)系及其制約規(guī)律。第三章晶體結(jié)構(gòu)缺陷第—節(jié)晶體結(jié)構(gòu)缺陷的類型第二節(jié)點缺陷第三節(jié)線缺陷第四節(jié)面缺陷第五節(jié)固溶體第六節(jié)非化學(xué)計量化合物本章教學(xué)重點及難點：重點：位錯等有關(guān)基本概念，點缺陷的平衡性質(zhì)，位錯的運動與晶體滑移的關(guān)系，位錯的性質(zhì)，柏氏矢量的性質(zhì)與應(yīng)用，位錯反應(yīng)。難點：位錯的應(yīng)力場，實際晶體的位錯難點：位錯的應(yīng)力場，實際晶體的位錯。本章小結(jié)：從微觀層次上介紹晶體中缺陷產(chǎn)生的原因、缺陷的類型、缺陷的產(chǎn)生、復(fù)合、運動、不同缺陷之間的相互作用以及缺陷的控制與領(lǐng)用。第四章非晶態(tài)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第—節(jié)熔體的結(jié)構(gòu)第二節(jié)熔體的性質(zhì)第三節(jié)玻璃的形成第四節(jié)玻璃的結(jié)構(gòu)第五節(jié)常見玻璃類型本章教學(xué)重點及難點：重點：有關(guān)過冷的概念、金屬凝固和形核的條件難點：與臨界晶核有關(guān)參數(shù)的推導(dǎo)本章小結(jié)：熔體的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，玻璃的通性、玻璃的形成以及玻璃的結(jié)構(gòu)理論等內(nèi)容，這些基本知識對控制材料的制造過程和改善材料性能具有重要的意義。第五章表面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第—節(jié)固體的表面及其結(jié)構(gòu)第二節(jié)固體的界面及其結(jié)構(gòu)第三節(jié)潤濕與粘附本章教學(xué)重點及難點：重點：有關(guān)表面、界面的概念、潤濕與粘附的條件難點：與潤濕有關(guān)參數(shù)的推導(dǎo)本章小結(jié)：介紹固體的表面及結(jié)構(gòu)、固體的界面及結(jié)構(gòu)、界面行為-潤濕與粘附、測定固體表面成分和結(jié)構(gòu)的方法等。第六章相平衡與相圖第一節(jié)相平衡及其研究方法第二節(jié)單元系統(tǒng)第三節(jié)二元系統(tǒng)第四節(jié)三元系統(tǒng)本章教學(xué)重點及難點：重點：相律與杠桿定律，勻晶轉(zhuǎn)變與偏析，共晶轉(zhuǎn)變及其不平衡組織，包晶轉(zhuǎn)變，相圖中的幾何規(guī)律，鐵碳相圖中典型合金的凝固過程及其相與組織的相對量計算，利用相圖判斷材料的性能；直線法則與重心定律；投影圖及其應(yīng)用；材料的凝固過程分析；三元系反應(yīng)類型的判斷。難點：杠桿定律的應(yīng)用本章小結(jié)：相律及相平衡研究方法，單元、多元相圖的基本原理及應(yīng)用，不同組元專業(yè)相圖及其在材料組成設(shè)計、材料工藝方法選擇、材料礦物組成控制及材料性能預(yù)測等方面的應(yīng)用等理論與實踐知識。（六）課程有關(guān)說明教學(xué)內(nèi)容重點：晶體學(xué)基礎(chǔ)、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)及特征、離子晶體的結(jié)構(gòu)、共價晶體的結(jié)構(gòu)、晶體的對稱性、高分子材料的結(jié)構(gòu)；晶體結(jié)構(gòu)缺陷（包括點缺陷、線缺陷和面缺陷）、材料的相結(jié)構(gòu)；相律、純金屬的結(jié)晶理論、晶核的形成、晶核的成長；勻晶相圖、共晶相圖、包晶二元相圖、鐵碳相圖；固溶體的凝固理論、共晶合金的凝固理論；三元相圖；擴散現(xiàn)象及擴散方程、擴散的微觀機制、擴散驅(qū)動力、反應(yīng)擴散、影響擴散的因素；滑移與孿晶變形、純金屬及合金的變形強化、冷變形金屬的回復(fù)與再結(jié)晶，金屬的熱變形、動態(tài)回復(fù)再結(jié)晶等。教學(xué)內(nèi)容的難點：晶面指數(shù)與晶向指數(shù)、晶體的對稱性、離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則、高分子材料的結(jié)構(gòu)、位錯的柏氏矢量位錯的能量及交互作用、相律及應(yīng)用、三元相圖、晶核的形成、成分過冷、擴散方程的解及其應(yīng)用、冷變形金屬的回復(fù)與再結(jié)晶。教學(xué)內(nèi)容的深廣度：由于本課程內(nèi)容廣泛，而課程教學(xué)時數(shù)只有40學(xué)時，因此在教學(xué)過程中—定要抓住重點，講深講透，同時，要兼顧知識的系統(tǒng)性，內(nèi)容的邏輯性。在講授中，既要給學(xué)生打下良好的理論基礎(chǔ),又要有意識地引導(dǎo)學(xué)生走近材料科學(xué)的前沿。本大綱僅規(guī)定基本內(nèi)容和深、廣度的要求，而對教學(xué)體系和層次未作詳細規(guī)定，講授時應(yīng)根據(jù)各專業(yè)實際需求，可作適當(dāng)調(diào)整。（七）主要教學(xué)方法與媒體要求采取啟發(fā)式和互動式的教學(xué)方法，充分利用先進的教學(xué)手段，把課程教學(xué)與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合，以教師講解為主，適當(dāng)安排學(xué)生課堂討論和習(xí)題課。學(xué)生除完成課后作業(yè)外，自學(xué)教師布置的自學(xué)章節(jié)和閱讀相關(guān)的資料、完成教師布置的專題閱讀。處理好一般與重點、課堂教學(xué)與實驗教學(xué)、教師講解與學(xué)生自學(xué)、知識與能力培養(yǎng)、基礎(chǔ)知識經(jīng)典理論與學(xué)科前沿等四個方面的關(guān)系。例如，在使學(xué)生牢牢掌握重點知識的同時，使學(xué)生對一般知識也應(yīng)有較好的理解：充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高課堂教學(xué)的信息量：同時，象金相組織等過去要通過實驗課觀察的，可以通過課堂多媒體教學(xué)完成，使實驗課更好地發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生思考和動手能力。有些內(nèi)容教師必須講，有些教師不必講，有些可以讓學(xué)生自己講，注意培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，讓學(xué)生自己去知識的海洋里撲捉有用的信息，整理筆記，提出報告。特別要注意對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。精選實驗，提高學(xué)生的動手能力。適當(dāng)安排學(xué)生課堂討論，每章都留一定量的習(xí)題和思考題(除思考題外，書面作業(yè)一般在4～8題)。習(xí)題一般分知識性、理論分析題和計算題三類。在難度方面應(yīng)有基本、深入和提高三個級別。針對一些拔尖的學(xué)生給他們布置一些特殊的作業(yè)。學(xué)生除完成課后作業(yè)外，完成教師布置的自學(xué)章節(jié)、完成教師布置的專題閱讀?？己宿k法采用閉卷考試和平時考核相結(jié)合的辦法，按閉卷考試成績、平時成績按一定比例記入總成績。（八）使用教材及主要參考書基本教