1、材料科学基础课程教学规范第一部分教学基本要求适用专业：应用物理专业（纳米方向）本课程 80 学时；学分：5教材材料科学基础教程 哈尔滨工业大学 赵品 主编一、课程的性质、任务与基本内容1.课程的性质与任务本课程是应用物理专业（纳米技术应用方向）的主要专业基础课。材料科学基础是研究材料的成分、结构与性能之间关系及其变化规律的一门应用基础科学。本课程的任务是向学生较全面系统地介绍物理冶金原理，注意材料的共性与个性的结合，实现多学科知识的交叉与渗透。材料科学基础的任务是根据工程和科学技术发展的需要设计研制新型工程材料；解决材料制备原理和工艺方法，获取可供使用的工程材料；解决材料在加工和使用过程中组织
2、结构和性能变化的微观机理，从中找出合宜的加工工艺、强化工艺和延寿措施；创新测试材料成分、组织结构和性能的方法，完善测试技术；合理地选择和使用工程材料。学习本课程的目的是为后续专业课打下牢固的基础，同时为将来从事纳米材料的研究与开发打下坚实的理论基础。2.课程的基本内容材料科学基础包含绪论、材料的结构、晶体缺陷、结晶理论、二元相图（含铁碳相图）三元相图、塑性变形理论、再结晶理论、扩散理论等。材料科学基础是以化学、物理、物理化学、材料力学、金属工艺学和金工教学实习为基础的课程，在学习时应联系上述基础课程的有关内容，以加深对本课程内容的理解。同时本课程材料科学与工程的基础，在今后学习有关专业课程时，
3、还应经常联系本书的有关内容，以便进一步掌握所学的知识。二、课程教学目标使学生了解材料科学的重要地位与作用，工程材料的分类，课程的任务与内容， 材料科学基础的学习方法。理解并掌握材料科学的重要地位与作用；工程材料的分类；本课程的研究对象、任务与内容；材料科学基础的学习方法。三、课程基本要求绪 论了解材料科学的重要地位与作用，工程材料的分类，课程的任务与内容，材料科学基础的学习方法。主要内容：材料科学的重要地位与作用；工程材料的分类；本课程的研究对象、任务与内容；材料科学基础的学习方法。第一章 材料的结构掌握三大固体材料的结构特点、性能特点，建立材料结构与性能之间的关系。掌握晶体学的基础知识，重点
4、是掌握晶向指数与晶面指数的标定方法，三种典型的金属晶体结构，会求三种晶体结构的致密度和配位数，主要内容为：材料的结合方式、金属材料的结构、高分子材料及陶瓷材料的结构特点。第二章 晶体缺陷掌握晶体缺陷的类型、各类缺陷的结构特征、性质及其对材料性能的影响。重点掌握位错的概念，柏氏矢量及其性质，位错的运动与交割，位错反应，掌握位错的应力场，了解位错的能量、晶体的界面与界面能，吸附与润湿等概念与现象。主要内容为：点缺陷、线缺陷、面缺陷、各类缺陷对结构及性能的影响。第三章 纯金属的凝固掌握结晶的基本过程、结晶的热力学条件、形核及长大规律、凝固理论的应用。了解非均匀形核、生长的规律。了解固溶体合金的凝固规
5、律，了解材料的非晶态概念。主要内容为：纯金属的凝固过程；结晶的热力学条件；形核及长大的规律；凝固理论的应用。第四章 二元相图掌握相图的基本知识，二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用方法，熟练应用铁碳相图。主要内容为：二元相图的基本类型；二元相图的分析和使用；铁碳相图和铁碳合金。第五章 三元相图掌握三元相图类型、定量法则、分析方法、等温截面、变温截面、液态投影图。主要内容：三元相图的成分表示方法及定量法则；三元匀晶相图、三元共晶相图；四相平衡转变；三元相图应用举例。第六章 固体材料的变形与断裂掌握固体材料变形的基本方式、弹性变形的机制、塑性变形的机理、塑性变形对组织与性能的影响、金属及合金强
6、化的位错解释。主要内容为：弹性变形；塑性变形的机理；塑性变形对组织与性能的影响；金属及合金强化的位错解释。第七章 回复与再结晶掌握形变金属及合金在退火过程中的变化、即回复、再结晶、晶粒长大过程及其机制、金属的热变形。主要内容为：形变金属及合金在退火过程中的变化；回复；再结晶；晶粒长大；金属的热变形。第八章 扩散掌握扩散的概念、重点掌握扩散第一定律、扩散第二定律及其应用、扩散机制。了解柯肯达耳效应、扩散的热力学解释，掌握扩散系数的计算、影响扩散的因数。第九章 固态相变基础掌握固态相变的基本概念，了解固态相变中的形核、固态相变的晶体长大、扩散控制的长大、界面控制的长大、扩散形相变、调幅分解、脱溶沉
7、淀，无扩散相变等现象。第十章 金属材料掌握钢铁材料的分类、各种牌号钢铁的基本性能、不同使用条件下对钢铁的选用；掌握铸铁的分类、性能、正确选用；了解部分有色金属的基本性能，正确选用有色金属牌号。第十一章 其它材料（陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料）了解陶瓷材料、高分子材料、复合材料、功能材料的基本性能和使用。第二部分 教学大纲本课程共 80 学时，具体分配如下：第一章材料的结构 （共 7 学时）（一）内容概要:1.1 材料的结合方式1.1.1 化学键 1.2.1 工程材料的键性1.2 晶体学基础1.2.2 空间点阵 1.2.3 晶向指数与晶面指数1.3 材料的晶体结构1.3.1 典型金属
8、的晶体结构 1.3.2 共价晶体的晶体结构 1.3.3 离子晶体的晶体结构1.3.4 合金相结构（二）学时安排:1.11.2， 5 学时。 1.3， 2 学时第二章晶体缺陷 （共 7 学时）（一）内容概要:2.1 点缺陷211 点缺陷的类型及形成 212 点缺陷的运动及平衡浓度 2.1.3 点缺陷对性能的影响2.2 线缺陷2. 2.1 位错的基本概念 2.2.2 位错的运动 223 位错的弹性性质 224 实际晶体中的位错 2.3 面缺陷2 31 外表面 2.3.2 晶界与亚晶界（二）学时安排:2.12.2， 5 学时。 2.3， 2 学时第三章纯金属的凝固 （共 5 学时）（一）内容概要:3
9、.1 纯金属的结晶过程3.1.1 液态金属的结构 3.1.2 纯金属的结晶过程3.2 结晶的热力学条件3.2.1 结晶的过冷现象 3.2.2 凝固的热力学条件 3.3 形核规律3.3.1 均匀形核 3.3 形核规律 3.3.2 非均匀形核34 长大规律3.4.1 液固界面的微观结构 3.4.2 晶核的长大机制 3.4.3 纯金属的生长形态 35 结晶理论的某些实际应用3.5.1 细化金属铸件晶粒的一些方法 3.5.2 定向凝固技术 3.5.3 急冷凝固技术（二）学时安排:3.13.3， 3 学时。 3.43.5， 2 学时第四章二元相图 （共 15 学时）（一）内容概要:41 相图的基本知识4
10、11 相图的表示方法 412 相图的建立 413 相平衡与相律414 二元相图的一些几何规律 42 二元相图的基本类型4.2.1 匀晶相图 422 共晶相图 423 包晶相图 43 二元相固的分析和使用431 其他类型的二元相图 4.3.2 复杂二元相图的分析方法4.4 铁碳相图和铁碳合金441 铁碳相图 442 碳和杂质元素对碳钢组织和性能的影响443 合金铸件的组织与缺陷（二）学时安排:4.1， 3 学时； 4.2， 3 学时； 4.3， 2 学时； 4.4， 7 学时。第五章三元相图 （共 5 学时）（一）内容概要:51 三元相图的成分表示法511 浓度三角形 512 浓度三角形中具有特
11、定意义的线 52 三元系平衡转变的定量法则5.2.1 直线定律 5.2.2 重心定律5.3 三元相图531 相图的分析 532 等温截面图（水平截面图） 533 变温截面图5.4 三元共晶相图541 组元在固态互不溶，具有共晶转变的相图 542 组元在固态下有限溶解，具有共晶转变的三元相图 5.43 三相平衡包晶转变的相图特征55 三元合金相图的四相平衡转变551 立体图中的四相平衡平面 552 投影图上的四相平衡平面553 垂直截面图上的四相平衡区56 具有化合物的三元相图及三元相图的简化分割57 二元合金相图应用举例（二）学时安排:5.15.3， 3 学时； 5.45.7， 2 学时第六章
12、固体材料的变形与断裂 （共 8 学时）（一）内容概要:61 弹性变形611 普弹性 612 滞弹性62 单晶体的塑性变形621 滑移 622 孪生 623 晶体的扭折63 多晶体的塑性变形631 多晶体塑性变形过程 632 晶粒大小对塑性变形的影响633 多晶体应力应变曲线64 塑性变形对金属组织与性能的影响641 显微组织与性能的变化 642 形变织构 643 残余应力65 金属及合金强化的位错解释651Cottrell 气团 652 位错交割和带割阶位错的运动 653 固定位错654 滑动位错与第二相质点的交互作用6.6 断裂6 61 理论断裂强度 6.6.2 Griffith 理论与断裂
13、韧性 66.3 裂纹的萌生6.6.4 断裂形式（二）学时安排:6.16.3， 3 学时； 6.46.5， 3 学时； 6.56.6， 2 学时。第七章回复与再结晶 （共 5 学时）（一）内容概要:71 形变金属及合金在退火过程中的变化711 显微组织的变化 712 储存能释放与性能变化72 回复721 回复机理 722 回复动力学 73 再结晶731 再结晶的形核 732 再结晶动力学 733 影响再结晶的因素734 再结晶后晶粒大小74 晶粒长大741 晶粒的正常长大 742 晶粒的异常长大75 金属的热变形751 动态回复 752 动态再结晶 753 热加工后的组织及性能7.5.4 超塑性
14、（二）学时安排:7.17.3， 3 学时； 7.47.5， 2 学时第八章扩散 （共 5 学时）（一）内容概要:8.1 扩散定律811 菲克第一定律 812 菲克第二定律813 扩散方程在生产中的应用举例 814 扩散的驱动力及上坡扩散82 扩散机制821 间隙扩散 822 置换扩散 823 扩散系数公式83 影响扩散的因素831 温度 832 固溶体类型 833 晶体结构 8.3.4 浓度835 合金元素的影响 836 短路扩散84 反应扩散（二）学时安排:8.18.2， 3 学时； 8.38.4， 2 学时第九章金属固态相变 （共 10 学时）（一）内容概要:91 固态相变的特点9.1.1
15、 相变阻力大 9.1.3 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系9.1.4 新相习惯于在母相的一定晶面上形成 9.1.5 母相晶体缺陷对相变起促进作用9.16 易于出现过渡相92 固态相变的基本类型9 3 固态相变时的形核与长大9.3.1 均匀形核 9.3.2 非均匀形核 9.3.3 晶核长大9.4 钢的固态转变9.4.1 钢在加热时的转变 9 .4.2 过冷奥氏体等温转变曲线和连续冷却转变曲线9.4.3 珠光体转变 944 马氏体转变 9.45 贝氏体转变（二）学时安排:9.1 3 学时； 9.2， 2 学时； 9.3， 2 学时； 9.4， 3 学时。第章金属材料 （共 10 学时）（
16、一）内容概要:10 1 工业用钢10，1 1 钢的分类及编号 10 1 3 工程结构钢 1014 机器结构钢10 1 5 工具钢 10.1.6 特殊性能钢10.2 铸铁10 3 有色金属及合金10 .3.1 铝及铝合金 10 .3 .2 钛及钛合金 10 .3.3 铜及铜合金（二）学时安排:10.1 5 学时； 10.2， 3 学时； 10.3， 2 学时。 第十一章高分子材料 （共 1 学时）（一）内容概要:11.1 概述 11.2 工程塑料 11.3 合成橡胶与合成纤维 （二）学时安排:1 学时。第十二章陶瓷材料 （共 1 学时）（一）内容概要:12.1 陶瓷概述 12.2 陶瓷材料的几种
17、典型结构 12.3 陶瓷的显微结构 12.4 陶瓷材料制造工艺（二）学时安排:1 学时。第十三章复合材料 第十四章功能材料 （共 1 学时）（一）内容概要:13.1 概述 13.2 复合材料的增强机制及性能 13.3 常用复合材料 （一）内容概要:14.1 概述 14.2 功能材料简介 14.3 未来材料的发展（二）学时安排:1 学时。第三部分 教学实施细则第一小部分 课程的重点、难点及处理方法材料科学基础包含绪论、材料的结构、晶体缺陷、结晶理论、二元相图（含铁碳相图） 、三元相图、塑性变形理论、再结晶理论、扩散理论等八部分。该课程内容较为庞杂，具有三多的特点，即内容头绪多、原理规律多（涉及原
18、理、规律几十个） 、概念定义多（名词、定义近 300 个） ，由于该课程具有上述特点，加之有些微观结构看不见、摸不到，课程难度大。 主讲教师授课中应突出重点、分散难点使学生对于主要的内容有清晰、深刻的印象，牢固掌握所学知识。一.重点、难点第一章 材料的结构教学重点：1.典型金属材料的晶体结构；2.合金相结构金属材料的结构与性能的关系 教学难点：1.晶体结构中间隙类型与半径2.合金相结构第二章 晶体缺陷教学重点：1.点缺陷的结构特征及其对性能的影响2.线缺陷的结构特征及其对性能的影响3.面缺陷对结构特征及其对性能的影响教学难点：1.位错中的柏氏矢量； 2.位错的弹性性质；3.实际晶体中的位错；4
19、.错的增殖机制；5.各类缺陷对结构及性能的影响。第三章 纯金属的凝固教学重点：结晶的基本过程、热力学条件、凝固理论的应用。教学难点：非均匀形核的规律 第四章 二元相图教学重点：1.二元相图的分析和使用；2.铁碳相图和铁碳合金。教学难点：1.组织与相的区别；2.杠杆定律应用第五章 三元相图教学重点：1.三元共晶相图；2.三元相图应用举例。教学难点：1.三元共晶相图；2.四相平衡转变。第六章 固体材料的变形与断裂教学重点：1.弹性变形；2.塑性变形的机理.。3.塑性变形对组织与性能的影响；4.变形对组织与性能的影响教学难点：1.弹性变形的机制；2.塑性变形的机理；3.金属及合金强化的位错解释。第七
20、章 回复与再结晶教学重点：1.形变金属及合金在退火过程中的变化；2.回复、再结晶、晶粒长大过程及其机制；3.金属的动态再结晶。教学难点：再结晶、晶粒长大过程及其机制。第八章 扩散教学重点：1.散第一定律、扩散第二定律2.散的热力学解释3.散第二定律的应用。教学难点：非稳态扩散方程的解第九章 固态相变基础教学重点：1.固态相变与液固转变的同异点。2.固态相变中的形核3.铝合金的脱溶沉淀4.调幅分解教学难点：1. 固态相变中的形核2.界面控制的长大3.无扩散相变 第十章 金属材料教学重点：1.铁材料的分类2.铁的选用3.铁的分类、性能教学难点： 无第十一章 其它材料（陶瓷材料、高分子材料、复合材料
21、、功能材料）二.教学难点解决方法：1. 采用启发式、归纳类比法、教学模型等传统教学方法。2. 采用多媒体课件教学。3. 配合实验，开展实践教学，注重理论联系实际并培养学生分析问题、解决问题的能力。4. 正确处理材料科学基础与基础课、专业课的关系：即利用基础课所学过的知识来讲授材料科学基础 ，结合专业特点讲授材料科学基础 。第二小部分 作业、考核和计分一作业布置的原则和数量要求：让学生做习题是教学活动的实践环节，它可以使学生深入地牢固掌握本学科的基本概念和基本规律。习题属于应该掌握的内容，概念名词与习题相结合。平均每次习题数量为 23 题。二对学生做作业的要求：要求学生按时完成作业，不抄袭。作业
22、要求做在装订成册的作业本上，书写要规范、整洁。作业用钢笔或圆珠笔书写，字迹要清晰。保证作业的质量和数量，防止漏题不做。三对教师批改作业的要求：教师对每次作业至少批改 1/2 以上，并及时发还给学生。对学生的平时作业成绩要有记录，作为平时成绩的依据之一。教师应对学生作业中大面积的、典型的错误进行评讲。四课程考核要求：本课程考试采用闭卷方法。学科成绩采用考试与作业相结合办法，其中考试占 70%，作业 30%。第三小部分 实现教学目标的措施、办法一本课程的主讲教师应为受学院聘请的具有讲师职称以上的教师。 二本课程主讲教师须按课程教学基本要求与教学大纲规定的内容与学时安排进行教学。三主讲教师每次上课必
23、须有教案并认真备课。四每周应按规定时间与地点进行答疑、辅导。五教书育人要求、措施：1、教师应结合教学对学生进行思想教育和辨证唯物主义的教育，进行科学的世界观和方法论教育。2在开学时，教师应结合讲课对学生进行学风教育，规定课堂纪律要求，平时复习，自学与作业要求，并进行学习方法指导。3.关心成绩差的学生，帮助他们分析学习差的原因，鼓励他们努力学习，改进学习方法。推荐教材及参考资料1 材料科学基础教程 赵品 哈尔滨工业大学出版社 2 材料科学基础教程习题与解答 赵品 哈尔滨工业大学出版社3 材料科学基础石德珂主编 西安交大出版社 4.金属学原理 刘国勋主编 工业冶金出版社 5.金属学 胡庚祥主编 上海科技出版社 6.金属学教程卢光熙主编 机械工业出版社 7.金属学原理 李 超主编 哈工大出版社 8.材料科学基础 马泗春主编 陕西科学技术出版社
