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材料科学基础Ι 课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：材料科学基础 所属专业：材料物理，材料化学 课程性质：专业基础课 学分：8

（二）课程简介、目标与任务；

课程简介：

本课程是材料学科本科生的一门专业基础课。它的主要任务是使学生对材料的生产、科研、应用以及它的过去、现在和未来有初步了解，以及对材料科学与工程有一个较全面而又概括的了解同时，使学生掌握较完整全面的材料科学基础知识。本课程的覆盖面较宽，要介绍工程材料的结构与性能，生产制备，科研和应用的概况，材料的发展历史，目前状况和发展趋势。各章节除介绍有关材料的基本知识外，尽可能反映该领域的新成果、新发展及其在新技术中的应用。用必要的例子生动地描述出该领域的基本情况、动态和趋势。从这个意义上说，它不是一门传统的导论课，而是学生掌握材料科学基础知识的基础课。它让学生了解这一领域的基础、现状和前景。课程对材料研究的若干方法也做一些简介。

目标与任务：

通过本课程教学，使学生对材料科学基础知识以及材料的生产过程有一个较全面、较概括的了解；对当前材料科学研究的前沿有初步了解；培养学生对材料科学的兴趣。初步掌握各类工程材料的基本概念，包括组织结构、性能、生产过程和应用等；初步了解材料科学的研究前沿以及我校材料学科的科研工作简况。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 本课程是材料专业的专业基础课，本课程的学习需要学生具备高等数学、大学物理、大学化学作基础，同时又是材料专业的专业课（如金属材料学、陶瓷材料学、高分子材料、功能材料等）的基础。

（四）教材与主要参考书。

1. W.D. Callister, Jr., Materials Science and Engineering: An Introduction， 6th edition, John Wiley and Sons, Inc., New York,2003.

2. W.D. Callister, Jr.,Fundamentals of Materials Science and Engineering,5th edition, John Wiley and Sons, Inc. (2001). 化学工业出版社，2004年。

二、课程内容与安排 教学方法：课堂讲授，讨论 教学内容、学时及基本要求： 第一章 绪论（参考学时数：4）

历史回顾，材料科学与工程，为什么要学习材料科学与工程？材料分类，先进材料，现代材料需求

【重点掌握】：材料、材料科学、材料工程、材料科学与工程的概念与范畴，材料分类

【了解】：材料科学与工程的发展历史，材料科学与工程在现代技术和社会生活中的重要性

【难点】：材料科学的概念与范畴与其他学科的区别及关系 第二章 原子结构与原子间结合（参考学时数：4）

引言，原子结构，基本概念，原子中的电子，元素周期表，固体中的原子结合，结合力与结合能，主键，次键或范德瓦耳斯键，分子

【重点掌握】：原子结构，固体中的原子结合，结合力与结合能，主键，次键或范德瓦耳斯键

【了解】：原子中的电子，元素周期表

【难点】：不同类型原子结合与固体基本性质的关系 第三章 晶态固体的结构（参考学时数：12）

引言，晶体结构，基本概念，晶胞，金属晶体结构， 密度计算， 同质异构现象与同素异构现象，晶系，晶向和晶面，晶向，晶面，原子线密度和原子面密度密排晶体结构，晶态材料与非晶态材料，单晶，多晶材料，各向异性，X射线衍射：晶体结构的确定，非晶态固体

【重点掌握】：晶体结构，晶胞，晶系，晶向和晶面，晶向指数，晶面指数，密排晶体结构

【掌握】：密度计算，同质异构现象与同素异构现象，原子线密度和原子面密度， X射线衍射晶体结构的确定，非晶态固体

【了解】：晶态材料与非晶态材料，单晶，多晶材料，各向异性 【难点】：常见晶体结构，晶向指数和晶面指数熟练应用 第四章 固体中的缺陷（参考学时数：4）

引言，点缺陷，空位与自间隙原子，固体中的杂质，线缺陷与面缺陷，线缺陷——位错，面缺陷，体缺陷，原子振动，显微检验，概要，显微术，晶粒尺寸的确定

【重点掌握】：空位，自间隙原子，刃位错，螺位错

【掌握】：点缺陷，线缺陷，面缺陷，体缺陷，原子振动，晶粒尺寸的确定 【了解】：显微检验，概要，显微术 【难点】：固体缺陷与材料行为的关系 第五章 扩散（参考学时数：2）

引言，扩散机制，稳态扩散，非稳态扩散，影响扩散的因素，其他扩散途径 【重点掌握】：扩散机制，稳态扩散 【掌握】：非稳态扩散，影响扩散的因素 【难点】：空位扩散、间隙扩散

第六章 金属力学性能（参考学时数：8）

引言，应力和应变的概念，弹性变形，应力-应变曲线，滞弹性，材料的弹性，塑性变形，拉伸性能，真应力和真应变，塑性变形过程中的弹性恢复，压缩、剪切和扭转变形，硬度，材料性能的变异性，设计/安全系数

【重点掌握】：应力和应变的概念，弹性变形，应力-应变曲线，塑性变形，真应力和真应变，塑性变形过程中的弹性恢复，硬度，

【掌握】：滞弹性，拉伸性能，压缩、剪切和扭转变形，设计/安全系数 【了解】：材料性能的变异性 【难点】：真应力和真应变

第七章 位错与强化机制（参考学时数：6）

引言，位错与塑性变形，基本概念，位错的特性，滑移系，单晶体中的滑移，多晶材料的塑性变形，孪生变形，金属强化机制，减小晶粒尺寸强化，固溶强化，应变硬化，沉淀硬化，回复、再结晶和晶粒长大

【重点掌握】：位错的特性，位错与塑性变形，滑移系，单晶体中的滑移，多晶材

料的塑性变形，孪生变形，金属强化机制，减小晶粒尺寸强化，固溶强化，应变硬化，沉淀硬化，回复、再结晶和晶粒长大，

【难点】：位错与塑性变形，金属强化机制， 第八章 失效（参考学时数：6）

引言，断裂，断裂的基本原理，延性断裂，脆性断裂，断裂力学基本原理，冲击断裂试验，疲劳，交变应力，S高温合金

【重点掌握】：断裂，断裂的基本原理，延性断裂，脆性断裂，疲劳，裂纹的产生与扩展，裂纹扩展速率，蠕变， 广义蠕变行为，应力和温度的影响，

【掌握】：断裂力学基本原理，冲击断裂试验，交变应力，S劳寿命的因素，环境效应，

【了解】：数据外推法，高温合金

【难点】：脆性断裂，疲劳，裂纹的产生与扩展 第九章 相图（参考学时数：8）

引言，定义和基本概念，溶解度极限，相，微结构，相平衡，平衡相图，二元匀晶系，二元共晶系，具有中间相或化合物的平衡相图，共析反应和包晶反应， 同成分相变，陶瓷和三元相图，吉布斯相律，铁-碳系，铁-渗碳体(Fe-Fe3C)相图，铁碳合金微结构的形成，其他合金元素的影响

【重点掌握】：相，微结构，相平衡，平衡相图，二元匀晶系，二元共晶系，共析反应和包晶反应，同成分相变，吉布斯相律，铁-渗碳体(Fe-Fe3C)相图

【掌握】：溶解度极限，具有中间相或化合物的平衡相图，陶瓷和三元相图，铁碳合金微结构的形成，其他合金元素的影响

【难点】：铁-渗碳体(Fe-Fe3C)相图及其铁碳合金微结构

第十章 金属中的相变：微结构的形成与力学性能的变化（参考学时数：6） 引言，相变，基本概念，固态反应动力学，多相转变，铁碳合金的微结构与性能变化，等温转变图，连续冷却转变图，铁碳合金力学性能，回火马氏体，铁碳合金相变总结

【重点掌握】：相变，固态反应动力学，铁碳合金的微结构与性能变化，等温转变图，连续冷却转变图，铁碳合金力学性能，铁碳合金相变总结

N疲劳曲线，影响疲

N疲劳曲线，裂纹的产生与扩展，裂纹扩展速率，影响疲

劳寿命的因素，环境效应，蠕变， 广义蠕变行为，应力和温度的影响，数据外推法，