大学 考研 笔记 上海交通大学材料科学基础教学大纲

一、课程基本信息
1、课程代码：MT311
2、课程名称（中/英文）：材料科学基础/Fundamentals of Materials Science
3、学时/学分：108/6
4、先修课程：普通物理、普通化学、物理化学、材料科学导论
5、面向对象：材料科学与工程类专业、冶金类专业和机电类专业
6、开课院（系）、教研室：材料科学系
7、教材、教学参考书：
(1).胡赓祥、蔡珣材料科学基础, 上海交通大学出版社2000
(2).胡赓祥、钱苗根主编金属学上海科学技术出版社1980
(3).卢光熙、候增寿主编金属学教程上海科学技术出版社1985
(4).徐祖耀、李鹏兴材料科学导论上海科学技术出版社1986
(5).田凤仁无机材料结构基础冶金工业出版社1993
(6).R.E.Smallman, Modern Physical Metallurgy (4th ed.), London Butterworths, 1985
(7).A.G.Guy, Introduction to Material Science, New York:McGraw-Hill,1972
(8).L.H.Van Vlack, Elements of Materials Science and Engineering, Addison-Wesley
Publishing Co.5th ed.,1985
(9).William F. Smith,Principles of Materials Science and Engineering,McGraw-Hill,1986
(10).何曼君高分子物理复旦大学出版社
二、课程性质和任务
《材料科学基础》是材料类和冶金类专业的一门主干课，也是该专业的主要技术基础课。

通过讲课、实验、课堂讨论和课外实践等各个教学环节，将金属学、陶瓷学和高分子物理的基础理论融合为一体，以研究材料共性规律，即研究材料的成分、组织结构、制备工艺和性能之间的相互关系，指导材料的设计和应用，并为学习后继专业课程、从事材料科学研究和工程技术工作打下坚实的理论基础。

三、教学内容和基本要求
1、绪论：了解材料的发展史、材料科学的研究对象和内容以及学习本课程的目的意义和要求。

2、原子结构和键合
了解物质是由原子组成，而组成材料的各元素原子结构和原子间的键合是决定材料性能的重要因素。

物质的组成；原子结构；原子间的键合；化学键、物理键和氢键；高分子链。

3、固体结构
固态原子按其原子（或分子）聚集的状态，可划分为晶体与非晶体两大类。

晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列；而非晶体中的原子则是无规则排列的。

材料的性能与材料各元素的原子结构和键合密切相关，也与固态材料中原子或分子在空间的分布排列和运动规律以及原子集合体的形貌特征密切相关。

晶体学基础；金属的晶体结构；合金的相结构；离子晶体结构；共价晶体结构；聚合物晶态结构；非晶态结构。

4、晶体缺陷
实际晶体常存在各种偏离理想结构的区域晶体缺陷。

根据晶体缺陷分布的几何特征可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。

了解晶体缺陷有利于分析研究结构敏感性能的变化规律和相变、扩散、塑性变形、再结晶以及氧化、烧结等现象，对探索材料晶体中的奥秘和推动材料科学的发展起着重要作用。

点缺陷：空位与间隙原子；点缺陷的运动；点缺陷的平衡浓度；线缺陷—位错概念的引入；位错的基本结构；位错的运动；位错的弹性性质；实际晶体中的位错；面缺陷：晶界，孪晶界，相界，外表面。

5、材料的形变与再结晶
分析研究材料在外力作用下的塑性变形过程、机理、组织结构与性能的影响规律以及变形材料在加热过程中产生回复再结晶现象，不仅对正确选择控制材料的加工工艺、保证产品质量是十分必要的，而且对合理使用材料、研制和发展新材料也是很重要的。

材料受力情况下的力学行为；弹性变形与粘弹性；单晶体的塑性变形；多晶体的塑性变形；变形后的组织与性能；合金的塑性变形；变形晶体加热时的变化；回复；再结晶；再结晶后晶粒的长大；动态回复与动态再结晶；高聚物的塑性变形；超塑性。

6、固体中原子及分子的运动
描述固体中原子扩散的表象理论：扩散第一、第二定律和原子理论：扩散中原子的迁移机制。

了解影响
扩散速率的因素。

理解金属和离子晶体中扩散差异的原因以及高分子（聚合物）分子运动对力学行为的影响。

表象理论；扩散问题的热力学分析；原子理论；扩散激活能；影响扩散的因素；反应扩散；离子晶体中的扩散；高分子的分子运动。

7、单元系相图及其凝固
掌握相图、相平衡条件和纯晶体材料的凝固理论，了解多种生长机制和凝固理论的应用。

单元系相变的热力学及相平衡；纯晶体材料的凝固；高分子的结晶特征。

8、二元系相图及合金凝固
掌握相图的热力学基础知识，能运用成分—自由能曲线推测相图，掌握匀晶、共晶、包晶和溶混间隙三种基本相图和其凝固特点以及成分过冷对组织形态的影响。

了解平衡凝固和非平衡凝固的组织变化。

相图的表示和实验测定方法；相图的热力学基础；二元系合金凝固中的组织分析；其他类型的二元相图；二元相图的分析方法与应用；固溶体合金的凝固理论；共晶合金的凝固理论；铸锭（件）的组织与缺陷；二元高分子合金。

9、三元相图
掌握三元相图成分的表示法，熟练运用三元匀晶和共晶相图投影图分析该体系材料的凝固过程及其平衡组织，能用杠杆定则和重心定则计算组织组成的相对量。

三元相图的成分表示及其性质；三元匀晶相图及其凝固；三元共晶相图及其凝固；包共晶型三元系相图；形成稳定化合物的三元系相图。

10、材料的亚稳态
着重于掌握材料在亚稳态的组织结构和性能特点，对纳米晶、准晶态和非晶材料只要求一般性了解，扩大眼界，对进一步了解高技术新材料提供有关知识，对固态相变则为材料热处理工艺打下必要的基础。

四、实验（上机）内容和基本要求
握金相分析的最基本技能和暗室技术，巩固和加深理解书本知识以及了解材料内部的微观结构和形成机理及对性能的影响等作用。

研究金属铸锭的基本组织，讨论浇铸和凝固条件对铸锭组织的影响。

熟悉几种典型的二元合金平衡和非平衡显微组织及几种典型成分的铁碳合金的平衡组织。

验证固体金属中扩散的基本规律，了解影响扩散的主要因素，学会根据相图分析反应扩散后形成的组织。

学会识别典型三元合金的
显微组织和应用三元相图分析各种三元合金平衡或平衡组织的形成过程。

实验（12学时），实验内容包括：金相显微镜原理、结构和使用；金相样品的制备、显微摄影和暗室技术；位错的实验观察；塑性变形及再结晶；单元系对材料凝固组织的分析；二元系材料显微组织分析；固体中的扩散；陶瓷样品的制备及其气孔率的测定；高分子材料球晶的观察。

五、对学生能力培养的要求
(一)课内教学活动采用多媒体技术把文本、声音、图形和图象等媒体与计算机综合在一起，生动、形象、多方面地指导学生识别材料显微组织结构，并通过实验反复组织观察、观看录相和课堂讨论，以提高教学效果，并培养学生分析问题、解决问题的能力。

(二)课外科技活动和社会实践等教学活动中能力培养的安排及要求：已建成“材料科学多媒体教学实验室”，逐步实现对学生开放，从而成为学生学习和掌握材料科学基础知识的第二课堂。

(三)
学时分配
注：本课程课内外学时比例为1：2。

六、其它说明
推荐以下内容：
1、课程教学网站、教学参考网站：http://202.120.6.136/fms
2、基于学业规范的要求（道德行为规范、作业规范、实验规范等）。

遵从上海交通大学的道德行为规范、作业规范、实验规范等。