《无机材料科学基础》课程教学大纲

《无机材料科学基础》课程教学大纲
课程代码：050431035
课程英文名称：Science foundation of inorganic materials
课程总学时：48 讲课：48 实验：0 上机：0
适用专业：无机非金属材料工程、粉体材料科学与工程
大纲编写（修订）时间：2017.3
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
本课程是无机非金属材料工程、粉体材料科学与专业的专业基础课（主干课），必修。

是在学生具备了必要的无机及分析化学、有机化学、大学物理、及物理化学等基础知识之后，开设的专业基础理论课程，是承上启下的课程,并为无机非金属材料工艺学、材料测试研究方法等后续的专业课程打下坚实的基础。

学生在学习本课程后能够做到：（1）了解材料的化学组成－结构－性能之间的相互关系及其规律性；（2）了解理想晶体和实际晶体的结构，能够应用晶体结构模型分析无机材料的结构与组成和性能的关系；（3）掌握熔体与非晶态固体以及材料表面和界面等与材料性能相关的知识；（4）了解掌握材料的静态热力学平衡（相平衡）过程；能利用专业相图分析解决生产中的实际问题，能协助进行配方设计；（5）了解掌握材料的扩散、相变、固相反应以及烧结等动力学过程。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1.知识方面的基本要求
掌握晶体结构缺陷的类型、缺陷化学反应表示法、热缺陷浓度的计算、非化学计量化合物，了解位错及面缺陷的知识；掌握固溶体的分类、置换型固溶体、间隙型固溶、固溶体的性质；掌握熔体的结构、熔体的性质、玻璃的通性、非晶态固体形成、玻璃的结构；掌握固体表面与界面行为；掌握相平衡的基本知识，熟练分析三元凝聚相图；掌握扩散的基本特点及扩散方程、扩散的推动力及影响扩散的因素；掌握相变的分类，熟练掌握液固相变、液液相变的机制及应用；掌握固相反应类型、固相反应机理、固相反应应用、影响固相反应的因素；掌握固态烧结、液态烧结的机理、模型，熟练掌握影响烧结的因素。

2.能力方面的基本要求
具备分析无机材料结构和缺陷的能力；
初步具备通过相图确定无机材料组成及根据相图设计配方的能力；
具有利用本课程基本理论知识进行科学研究的初步能力。

3.技能方面的基本要求
具备合理选材用材、开发新型材料的必要的基础知识和基本技能。

（三）实施说明
1.本教学大纲依据专业指导性教学计划制定，指导教学环节。

2.教学以课堂讲授为主。

大纲实施中要注意教授学生学会分析、解决问题的方法，处理好重点与难点，将各种理论、分析方法的实际应用纳入教学过程，使学生能够利用所学知识解决实际问题。

在教学方法上，要注意现代教学手段与理念的应用，做到讲授与实际有机结合。

着重介绍基本概念、基本理论、基本技能，重点强化学生运用知识的能力。

3.采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；通过作业调动学生学习的主观能动性，培养学生的自学能力。

（四）对先修课的要求
在讲授本课前，学生应修完高等数学、无机及分析化学、有机化学、大学物理、物理化学。

（五）对习题课、实践环节的要求
1.每部分教学内容结束后，结合重点和难点内容，安排适当、适量习题；习题类型有论述型、计算型。

2.课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及设计计算方面的内容，作业要能起到巩固理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，熟悉标准、规范等的作用，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作业。

学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。

3．每个学生要完成大纲中规定的必修实验，通过实验环节，学生应掌握典型机械零件的基本实验方法，获得实验操作的基本训练。

实验成绩作为评定课程成绩的一部分。

（六）课程考核方式
1.考核方式：考试。

2.考试方法：闭卷。

3.课程总成绩：最终理论考试成绩占60-80%、实验成绩占10-20%、平时考核成绩占10-20%。

（七）参考书目:
《无机材料科学基础》，陆佩文编，武汉理工大学出版社，2008
《无机材料科学基础教程》，胡志强编，化学工业出版社，2006
《硅酸盐物理化学》，浙江大学编，中国建筑工业出版社，2004
二、中文摘要
本课程是无机非金属材料工程专业及粉体材料科学与工程专业学生必修的一门专业基础理论课程。

课程主要内容包括晶体结构、熔体与玻璃体、表面与界面、相平衡及相变、烧结等内容。

本课程将将使学生掌握材料的结构、物性和化学反应的规律及相互间的联系，进而能够从事复杂的技术工作和开发新型材料。

三、课程学时分配表
四、教学内容及基本要求
第01部分晶体结构缺陷
总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0
具体内容：
1）晶体结构缺陷的类型；
2）缺陷化学反应表示法；
3）热缺陷浓度的计算；
4）非化学计量化合物；
5）位错；
6）面缺陷
重点：
缺陷反应式的写法，分析，各种缺陷浓度计算
难点：
缺陷反应式的写法
习题：
缺陷化学反应表示法；热缺陷浓度的计算
第02部分固溶体
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
具体内容：
1）固溶体的分类；
2）置换型固溶体；
3）间隙型固溶；
4）固溶体的性质
重点：
熔体的结构与性质，特别是性质部分
难点：
熔体的结构与性质
习题：
置换型固溶体和间隙型固溶体；固溶体的性质
第03部分熔体和非晶态固体
总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0
具体内容：
1）熔体的结构；
2）熔体的性质；
3）玻璃的通性；
4）非晶态固体形成；
5）玻璃的结构
重点：
玻璃结构，玻璃结构学说，玻璃通性及晶体性质的区别难点：
玻璃结构
习题：
玻璃结构的晶子学说和无规则网络学说
实验：
流变学实验
第04部分固体表面与界面行为
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
具体内容：
1）固体的表面；
2）固体界面；
3）晶界。

重点：
晶体表面能、吸附和粘附区别，晶界构型、液相与固相的接触润湿
难点：
晶界构型、液相与固相的接触润湿
习题：
固体界面和晶界的性质
第05部分相平衡
总学时(单位：学时):10 讲课:10 实验:0 上机:0
具体内容：
1）相平衡的基本概念、相律；
2）相平衡的研究方法；
3）单元系统相图；
4）单元系统相图应用；
5）二元系统相图类型和重要规则；
6）二元相图及应用；
7）三元系统相律及组成表示；
8）三元系统相图规则；
9）三元相图类型；
10）三元系统相图应用
重点：
分析相图，掌握其规则，三元相图，专业相图中玻璃，陶瓷，水泥相图及生产实际的关系难点：
分析三元相图，专业相图中玻璃，陶瓷，水泥相图及生产实际的关系
习题：
单元相图的、多元相图的表示方法及其规则
第06部分扩散
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
具体内容：
1）扩散的基本特点及扩散方程；
2）扩散的推动力；
3）扩散机制和扩散系数；
4）固体中的扩散；
5）影响扩散的因素
重点：
扩散机理，固体中扩散，影响扩散的因素
难点：
扩散机理，固体中扩散
习题：
扩散机理，固体中扩散
第07部分相变
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
具体内容：
1）相变的分类；
2）液固相变；
3）液液相变
重点：
成核——生长相变，斯宾那多分解
难点：
成核——生长相变，斯宾那多分解
习题：
液固相变、液液相变、固固相变、气固相变的特性第08部分固相反应
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
具体内容：
1）固相反应类型；
2）固相反应机理；
3）固相反应应用；
4）影响固相反应的因素
重点：
固相反应的动力学方程，影响的固相反应因素
难点：
固相反应的动力学方程
习题：
固相反应机理；固相反映的因素
第09部分烧结
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
具体内容：
1）烧结概论；
2）固态烧结；
3）液态烧结；
4）晶粒生长与二次再结晶；
5）影响烧结的因素
重点：
液、固相烧结机理、模型，影响烧结的因素
难点：
液、固相烧结机理、模型
习题：
固态烧结、液态烧结机理；影响烧结的因素
实验：
陶瓷泥浆稀释注浆成型、烧结性能测定综合设计实验。