无机材料科学基础教学大纲

大学生电脑主页 - dxsdiannao.com – 大学生喜欢的都在这里

《无机材料科学基础》教学大纲

英文课程名称: Foundation of Inorganic Material Science 课程编号：0711305

总学时：88（其中理论课学时：74 实验学时：14） 总学分：5.5

先修课程：物理化学、晶体学 适用专业：无机非金属材料工程

开课单位：材料科学与工程学院无机非金属材料工程教研室 执笔人：梁忠友 审校人：来启辉

一、课程教学内容

绪论

材料的发展动向及本课程的重要地位；本课程的特色及基本要求。 第一章 晶体化学基本原理

原子半径和离子半径；球体紧密堆积原理，六方堆积和立方堆积；配位数和配位多面体；离子的极化对化学键和结构的影响；电负性，估计化学键；鲍林规则。 第二章 晶体结构与晶体中的缺陷 第一节 典型结构类型

氯化钠型、金刚石型、氯化铯型、闪锌矿型、纤锌矿型、萤石型、金红石型、碘化镉型、刚玉型、钙钛矿型、尖晶石型。 第二节 硅酸盐晶体结构

岛状结构、组群状结构、链状结构、层状结构、架状结构。 第三节 晶体结构缺陷，

点缺陷、固溶体、非化学计量化合物，固溶体研究方法；线缺陷，包括螺旋位错和刃位错。 第三章 熔体与玻璃体

第一节 熔体结构——聚合物理论， 第二节 熔体性质

粘度和表面张力。 第三节 玻璃通性

各向同性；介稳性；熔融态向玻璃态转化的可逆性与渐变性；熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性。 第四节 玻璃的形成

玻璃态物质的形成方法简介；玻璃形成的热力学、动力学，结晶化学条件； 第四节 玻璃的结构

大学生电脑主页 —— dxsdiannao.com —— 大学生的百事通

大学生电脑主页 - dxsdiannao.com – 大学生喜欢的都在这里

晶子学说；无规则网络学说。 第五节 常见玻璃类型

硅酸盐玻璃；硼酸盐玻璃。 第四章 表面与界面 第一节 固体的表面

固体的表面特征；晶体表面结构；固体表面能； 第二节 界面行为，

润湿与粘附；吸附与表面改姓； 第三节 晶界

晶界结构与分类；多晶体的组织；晶界应力。 第四节 粘土—水系统胶体化学

粘土的荷电性；离子吸附与交换；电动性质；胶体性质；瘠性料的悬浮与塑化。 第五章 相平衡。

第一节 硅酸盐系统相平衡的特点

热力学平衡态与非平衡态；硅酸盐系统中的组分、相及相律。 第二节 单元系统

水型物质和硫型物质；二氧化硅系统和氧化锆系统。 第三节 二元系统

二元相图的基本类型；氧化钙—氧化硅相图；氧化镁—氧化硅相图。 第四节 三元系统

相图概述；相图基本类型；氧化钙—氧化铝—二氧化硅相图；氧化钾—氧化铝—二氧化硅相图；氧化镁—氧化铝—二氧化硅相图；氧化钠—氧化钙—二氧化硅相图。 第六章 扩散与固相反应：

第一节 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程

基本特点；扩散过程的推动力；微观结构和扩散系数；固体材料中的扩散及影响扩散的因素。第二节 固相反应及其动力学特征

固相反应的动力学方程；影响固相反应的因素；结合固相反应实验、实际应用中的有关问题，学生讨论、分析，写出简要结论。 第七章 相变 第一节 相变分类

按热力学分类；按相变方式分类；按质点迁移方式分类。 第二节 液—固相变过程热力学

相变过程的不平衡状态及亚稳区；相变过程的推动力；晶核形成条件。 第三节 液—固相变过程动力学

晶核形成过程动力学；晶体生长过程动力学；总的结晶速率；析晶过程；影响析晶能力的因素。

大学生电脑主页 —— dxsdiannao.com —— 大学生的百事通

大学生电脑主页 - dxsdiannao.com – 大学生喜欢的都在这里

第四节 液—液相变过程（主要介绍玻璃分相）。 第八章 烧结 第一节 概述

烧结的定义；与烧结有关的概念；烧结过程推动力；烧结模型。 第二节 固态烧结

蒸发—凝聚传质；扩散传质； 第三节 液态参与的烧结

特点和类型；流动传质；溶解—沉析传质。 第四节 晶粒生长与二次再结晶

晶粒生长；二次再结晶；晶界在烧结中的应用。 第五节 影响烧结的因素

综合前边章节所学的相关知识，进行分析讨论，老师提出要点；特种烧结机理。

二、习题课、课堂讨论内容

1．缺陷反应方程及固溶体分子式；非化学计量化合物缺陷浓度与外界条件的定量关系。 2．三元相图析晶过程分析、各平衡相的相对含量计量。

3．根据无机材料物理化学所学知识，举例说明材料制备中添加剂的应用，并分析其作用机理。 4．分别讨论扩散与固相反应、析晶、烧结等过程的联系，并结合实际分析各动力学关系。

三、实验内容

1．等大球体密堆积：

紧密结合课堂教学，侧重立方密堆、六方密堆，并在实验报告中列表比较异同。 2.典型晶体结构分析 3.玻璃析晶：

了解玻璃析晶的条件及机理，通过镜下观察、理论分析、掌握晶体与非晶体的结构、性能差异；掌握析晶温度范围的测试方法。 4.粘土泥浆电位的测定：

实验中可根据分散相的组份、粒度差异、分别测试纯粘土泥浆、注浆用泥浆、可塑泥浆的电位，根据实验结果进行比较、分析。 5.固相反应实验：

在原来实验的基础上，增添对金斯特林格方程的验证，通过了解实验过程及反应条件，综合分析影响固相反应的各种因素。

教学大纲说明书

一、课程的性质与任务

本课程是无机材料科学与工程专业的一门专业基础必修课。其任务主要阐明无机非金属材料的

大学生电脑主页 —— dxsdiannao.com —— 大学生的百事通

大学生电脑主页 - dxsdiannao.com – 大学生喜欢的都在这里

组成、结构、性质之间的相互关系，以及在各种条件下的变化规律。为指导无机材料的生产和研制特定性能的无机非金属新材料提供理论依据和线索。为“无机非金属材料学”等专业课的学习奠定坚实的理论基础。

二、课程与其他课程的联系与分工

物理化学、晶体学为本课程的先修课，而本课程又是无机非金属材料学Ⅰ、耐火材料等专业课的重要基础课程。

三、各章内容的基本要求及重点、难点

绪论

基本要求：掌握材料的发展动向及本课程的重要地位；掌握本课程的特色及基本要求；了解本课程主要内容；了解该课程学习方法和基本要求。

重点：材料的发展动向及本课程的重要地位、本课程的特色及基本要求。 第一章：晶体化学基本原理

基本要求：掌握紧密堆积原理（堆积方式、空隙种类及分布、球数与空隙之比）；熟练利用密堆积原理分析实际晶体结构；了解离子半径、配位数、电负性等概念；能利用鲍林规则验证实际晶体结构；了解离子极化对晶体结构和性能的影响。

重点：能应用紧密堆积原理分析实际晶体结构。 难点：紧密堆积原理

第二章：晶体结构与晶体中的缺陷。

基本要求：熟悉硅酸盐晶体的分类依据和各类特点，能看懂结构投影图，能分析结构与性质的关系；掌握固溶体、非化学计量化合物等概念；了解影响置换型固溶体的主要因素，熟练写出固溶体和非化学计量方程式；熟悉结构与性质之间的关系；了解典型结构类型，能利用投影法、坐标法描述晶体结构；了解与功能材料有关的缺陷知识。

重点：固溶体和非化学计量化合物 。 难点：硅酸盐晶体结构；写缺陷方程。 第三章：熔体与玻璃体

基本要求：了解熔体的结构—聚合物理论；掌握组成、温度对熔体结构、性质的影响（粘度、表面张力）；了解玻璃的四个通性；掌握玻璃成分、结构和性质的关系，能用玻璃结构参数值估计熔体和玻璃体的性质；了解玻璃的形成过程和玻璃的二个结构学说。

重点：熔体的性质。 难点：玻璃的结构与性质。 第四章 表面与界面

基本要求：了解固体表面能、弯曲表面效应，润湿与粘附等概念；理解吸附机理和表面改性对材料性质的影响；了解粘土带电原因，粘土离子吸附与交换序；掌握影响粘土泥浆流动性、稳定性、触变性和可塑性的因素；掌握瘠性料悬浮和塑化的基本原理和方法；了解纳米材料，复合材料的发

大学生电脑主页 —— dxsdiannao.com —— 大学生的百事通