工程材料基础清华1绪论
材料工程复习思考题部分答案
材料工程基础》复习思考题第一章绪论1、材料科学与材料工程研究的对象有何异同？答：材料科学侧重于发现和揭示组成与结构，性能，使用效能，合成与加工等四要素之间的关系，提出新概念，新理论。
而材料工程指研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题，侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想并使之投入使用，两者相辅相成。
6、进行材料设计时应考虑哪些因素？答：. 材料设计的最终目标是根据最终需求，设计出合理成分，制订最佳生产流程，而后生产出符合要求的材料。
材料设计十分复杂，如模型的建立往往是基于平衡态，而实际材料多处于非平衡态，如凝固过程的偏析和相变等。
材料的力学性质往往对结构十分敏感，因此，结构的任何细小变化，性能都会发生明显变化。
相图也是材料设计不可或缺的组成部分。
7、在材料选择和应用时，应考虑哪些因素？答：一，材料的规格要符合使用的需求：选择材料最基本的考虑，就在满足产品的特性及要求，例如：抗拉强度、切削性、耐蚀性等；二，材料的价格要合理；三，材料的品质要一致。
8、简述金属、陶瓷和高分子材料的主要加工方法。
答：金属：铸造（砂型铸造、特种铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、连续铸造、消失模铸造）、塑性加工（锻造、板料冲压、轧制和挤压、拉拨）、热处理、焊接（熔化焊、压力焊、钎焊）；橡胶：塑炼、混炼、压延、压出、硫化五部分；高分子：挤制成型、干压成型、热压铸成型、注浆成型、轧膜成型、等静压成型、热压成型和流延成型。
10、如何区分传统材料与先进材料？答：传统材料指已经成熟且已经在工业批量生产的材料，如水泥、钢铁，这些材料量大、产值高、涉及面广，是很多支柱产业的基础。
先进材料是正在发展，具有优异性能和应用前景的一类材料。
二者没有明显界限，传统材料采用新技术，提高技术含量、性能，大幅增加附加值成为先进材料；先进材料长期生产应用后成为传统材料，传统材料是发展先进材料和高技术基础，先进材料推到传统材料进一步发展。
《材料工程基础》课程教学大纲
《材料工程基础》课程教学大纲课程名称：材料工程基础课程代码：MTE101学分：3课程类型：必修课先修课程：无课程教师：XXX1.课程简介本课程作为材料科学与工程专业的基础课程，旨在向学生介绍材料工程的基本理论和实践知识。
通过课程的学习，学生将深入了解材料的种类、性质、组成、加工和应用等方面的知识，培养学生对材料的认识和掌握，为进一步学习和研究材料科学与工程奠定坚实基础。
2.教学目标2.1理论掌握：通过课程学习，学生将掌握材料工程的基本理论和原理，包括材料的结构与性质、相图与相变、合金与非晶态材料、复合材料等方面的知识。
2.2实践应用：通过实验教学和实践训练，培养学生分析材料问题和解决实际工程问题的能力。
2.3专业素养：培养学生成为具有工程伦理道德素养、创新能力和团队合作精神的材料工程专业人才。
3.教学内容3.1材料的基本概念和分类3.2材料的晶体结构与性质3.3材料的非晶态结构与性质3.4材料的相图与相变3.5金属材料与合金3.6陶瓷材料3.7高分子材料3.8复合材料3.9材料的加工与应用4.教学方法4.1理论授课：通过课堂讲授，向学生介绍材料工程的基本理论和原理。
4.2实验教学：开展相关实验，培养学生的实验操作能力和数据分析能力。
4.3讨论和交流：组织学生进行讨论和交流，拓宽学生的思路和视野。
5.考核方式5.1平时成绩：包括课堂表现、作业完成情况和实验报告等。
5.2期中考试：对前半学期的知识进行考核。
5.3期末考试：对全年知识进行综合考核。
5.4实验考核：对实验操作和数据分析能力进行考核。
6.参考书目6.1《材料工程基础》（第三版），材料工程系编著，清华大学出版社。
6.2 《材料科学与工程导论》（第四版），William D. Callister 编著，高等教育出版社。
7.教学进度安排第1-2周：材料的基本概念和分类第3-4周：材料的晶体结构与性质第5-6周：材料的非晶态结构与性质第7-8周：材料的相图与相变第9-10周：金属材料与合金第11-12周：陶瓷材料第13-14周：高分子材料第15-16周：复合材料第17-18周：材料的加工与应用注：以上是本课程的教学大纲，具体教学内容和进度可能会根据实际情况进行调整，并由授课教师在教学过程中进行详细说明和解释。
材料工程《材料工程基础-绪论》课件
材料工程基础多媒体课件
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课程的主要内容
6.3 燃烧计算 6.4 燃料的燃烧理论及过程 6.5 洁净燃烧技术
材料工程基础多媒体课件
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课程的参考资料
教 材：《材料工程基础》，徐德龙 谢峻林 主编， 武汉理工大学出版社，2008年
参考书目：《材料工程基础》，冯晓云 童树庭 袁 华 主编，化学工业出版社，2007年
《工程研究方法与测试技术》，曲祖 源 主编，武汉工业大学出版社，2005年
《流体力学泵与风机》，周谟仁 主编， 中国建筑工业出版社，1998年
《硅酸盐工业热工基础》，孙晋涛 主 编，武汉工业大学出版社，2000年
材料工程基础多媒体课件
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课程的学时安排
材料工程基础多媒体课件
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课程的实践教学任务
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材料工程基础及设备多媒体课件
4 质量传递基础 4.1 传质基本概念 4.2 分子扩散传质
材料工程基础多媒体课件
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课程的主要内容
4.3 对流传质 4.4 传质与化学反应 5 物料干燥 5.1 概述 5.2 干燥静力学 5.3 干燥速率和干燥过程 5.4 干燥技术 6 燃料及其燃烧 6.1 燃料的种类及其组成 6.2 燃料的性质
材料工程基础
绪论
一、《材料工程基础》课程的性质与任 务 二、课程的主要内容 三、课程的参考资料、学时安排 四、课程的实践教学任务 五、课程的考核方式
材料工程基础多媒体课件
《材料工程基础》课程性质与任务
材料工程基础课程是学科基础课，围绕材料 生产过程主要涉及到的工程理论，本课程主 要介绍与之相关的基本理论和基础研究方法。 通过本课程的学习，要使学生获得： 1. 工程流体力学， 2. 传热与传质基础， 3. 燃料及燃烧， 4. 工程研究基本理论与测试技术。
材料科学与工程基础第二版考试必备宝典
材料科学与⼯程基础第⼆版考试必备宝典第1章绪论1.材料科学与⼯程的四个基本要素解:制备与加⼯、组成与结构、性能与应⽤、材料的设计与应⽤2.⾦属﹑⽆机⾮⾦属材料﹑⾼分⼦材料的基本特性解:①⾦属材料的基本特性:a、⾦属键;b、常温下固体,熔点较⾼;c、⾦属不透明,具有光泽;d、纯⾦属范性⼤、展性、延性⼤;e、强度较⾼;f、导热性、导电性好;g、多数⾦属在空⽓中易氧化。
②⽆机⾮⾦属材料的基本性能:a、离⼦键、共价键及其混合键;b、硬⽽脆;c、熔点⾼、耐⾼温,抗氧化;d、导热性与导电性差;e、耐化学腐蚀性好;f、耐磨损;g、成型⽅式:粉末制坯、烧结成型。
③⾼分⼦材料的基本特性:a、共价键,部分范德华键;b、分⼦量⼤,⽆明显熔点,有玻璃化转变温度(Tg)与粘流温度(Tf);c、⼒学状态有三态:玻璃态、⾼弹态与粘流态;d、质量轻,⽐重⼩;e、绝缘性好;f、优越的化学稳定性;g、成型⽅法较多。
第2章物质结构基础1. 在多电⼦的原⼦中,核外电⼦的排布应遵循哪些原则？解:泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则2.电离能及其影响电离能的因素解:电离能:从孤⽴原⼦中,去除束缚最弱的电⼦所需外加的能量。
影响因素:①同⼀周期,核电荷增⼤,原⼦半径减⼩,电离能增⼤;②同⼀族,原⼦半径增⼤,电离能减⼩;③电⼦构型的影响,惰性⽓体;⾮⾦属;过渡⾦属;碱⾦属;3.混合键合实例解:⽯墨:同⼀层碳原⼦之间以共价键结合,层与层之间以范德华⼒结合; ⾼分⼦:同⼀条链原⼦之间以共价键结合,链与链之间以范德华⼒结合。
4、将离⼦键,共价键,⾦属键按有⽆⽅向性进⾏分类,简单说明理由有⽅向性:共价键⽆⽅向性:离⼦键,⾦属键③⾦属键: 正离⼦排列成有序晶格,每个原⼦尽可能同更多的原⼦相结合, 形成低能量的密堆结构,正离⼦之间相对位置的改变不破坏电⼦与正离⼦间的结合⼒,⽆饱与性⼜⽆⽅向性。
②共价键:共⽤电⼦云最⼤重叠,有⽅向性③离⼦键:正负离⼦相间排列,构成三维晶体结构,⽆⽅向性与饱与性5、简述离⼦键,共价键,⾦属键的区别6、为什么共价键材料密度通常要⼩于离⼦键或⾦属键材料⾦属密度⾼的两个原因:第⼀,⾦属有较⾼的相对原⼦质量。
材料科学与工程基础教案第一章绪论
第一章 材料的结构 Structure of Material
❖材料的性能取决于材料的成分、加工工艺和结构。 ❖材料结构学是材料科学体系中最重要的学科之一。
材料科学与工程基础教案第一章绪 论
第一节 结合键 Binding Bond
一、结合力与结合能 双原子模型：
材料科学与工程基础
The Fundamentals(Elements,Principles )of Materials Science & Engineering
An Introduction to Materials Science
材料科学与工程基础教案第一章绪 论
绪论 Introduction
古代科技名著：“考工记”（先秦）、“梦溪笔谈”（宋代沈 括）、 “天工开物”（明代宋应星）
明代后：封建统治、帝国主义侵略束缚了材料的发展 停滞状态 解放后：材料科学受到重视和发展，被列为现代技术三大支柱之一。
一整套材料体系 门类全齐 数量 质量 钢铁突破2亿吨大关 世界第一 原子弹、氢弹、人造卫星、火箭
金 属 材 料 － 金 属 学 陶 瓷 材 料 － 陶 瓷 学 材 料 科 学 基 础 突 出 材 料 共 性 教 学 高 分 子 材 料 － 高 分 子 物 理
材料科学与工程基础教案第一章绪 论
材料科学与工程基础是研究材料的成分、 组织结构与性能之间关系
I ：材料结构学构 ：与 原键 子合 结、固晶 体体 结缺 构陷 、 II： 材 料 相 变 学相 ：图 凝、 固热 、处 理 II： I 材料变形学变 ：形 材与 料再 的结晶 V： I 材料学：金非 属金 材属 料材 、料、复合材料
宝钢高炉
材料科学与工程基础教案第一长章征绪三号运载火箭在发射架上的图片 论
清华大学材料学院本科课程介绍
材料学院00350032 材料科学与工程概论2学分32学时Introduction to Materials Science and Engineering随科技发展，材料科学已经成为现代科技和生活中必备的一门知识，涉及到科研和日常生活的各个方面。
本课程将为所有感兴趣的大学生普及材料方面的基本知识和理论，介绍材料科学与工程学科的四个基本要素（材料的成分与组织结构、性能、工艺及使用条件下的性能）。
从不同材料所具有的共性规律角度阐述以上四方面的基本知识，并着重说明他们彼此之间的本质联系及综合运用的方法。
这些知识对于人们认识和使用材料是十分必要的。
00350042 环境材料学2学分32学时Ecomaterials环境材料是材料学科中的一个重要门类。
环境材料学主要研究在材料加工和使用过程中如何减少对环境的破坏；建立定量的评价材料环境负担性的生态循环评估方法（LCA）；将环境负荷作为一个考核材料的新指标，用于指导开发具有环境意识的绿色材料和产品；把资源效率、生态平衡、环境保护、可持续发展等学科知识融入材料科学，保护自然，造福人类。
通过本课程学习，理解环境材料的基本内涵，特别是材料与环境相互影响和相互制约的基本知识；了解研制和开发环境兼容性材料的基本方法及设计原则；学习如何评价材料的环境负担性的LCA方法；并对环境材料的类别和发展有所掌握。
00350052 国内外新材料的奇妙应用2学分32学时Innovations of New Materials材料是人类生存的物质基础，新材料技术是现代各项其他高新技术的先驱，新材料是划分时代的标志。
材料科学技术，是最基础的物质科学。
“天生我才必有用”！材料的科学观和方法论，是我们科学思维的重要源泉。
本课程以全校理工经管各专业学生为对象，以普及材料科学的基础知识为使命，讲述材料的主要类型及其在高新技术上的应用。
本课程以陶瓷材料，金属材料，高分子材料为主线，具体讲述高强度材料、半导体功能材料、智能材料、生物材料、新能源材料等，讲述材料的基本概念、分类方法、科学观点、设计思想、评价方法和关键制造技术，介绍古今中外新材料的巧妙应用，及其带来的经济社会效益。
材料工程基础绪论
六、材料工程基础课程安排 第一篇 金属材料及制备加工工艺 第二篇 陶瓷材料及其制备和加工工艺
第三篇 高分子材料与复合材料的制备和加 工工艺 第四篇 材料的失效与防护
第五篇 材料工程新技术
七、材料工程基础课程的意义 1了解材料工程技术及装备 2 以教学大纲内容为基础
3 结合材料学院特色方向
4 结合地区优势资源
四、材料工程基础所涉及的三大种类
金属材料 • 优点：综合力学性能好 ；耐热，耐寒；工艺性能 好；导电、导热、磁性好。 • 缺点：能源、资源、环境问题。价格相对较高。 陶瓷材料 • 优点：硬度高，弹性模量大；耐热，绝缘性好； 电阻率高，介电损耗低。 • 缺点：脆性问题。 高分子材料 • 优点：轻、柔韧、加工方便。 • 缺点：不耐热
八、本课程的性质与特点 本课程特点 概念术语多 需要学习的知识点多 涉及相关学科多（物理学、化学、热力学 、矿物学、金属学、陶瓷学以及高分子学 等） 需要系统性化了解工艺流程
八、本课程的性质与特点
本课程性质 讲授金属材料和非金属材料的零件及毛坯的成形 过程、原理及特点的学科专业基础课程。 包括材料成形主要工艺方法中的铸造、锻压、粉 末成形、焊接和塑料、橡胶、陶瓷的成形方法以 及有关模具设计、加工、制造方面的专业知识， 并介绍国内外正在发展的成形新技术、新工艺、 新方法。 通过本课程的学习，拓宽知识面。使学生掌握各 种材料成形的基本理论和基本方法，使学生能够 根据产品的形状、结构、尺寸以及生产实际情况 ，确定合理的成形过程及方法。
提出新概念、新理论。
材料工程侧重于寻求新手段实现新材料的设计思想
并使之投入应用，二者相辅相成。
三、材料科学与材料工程的关系 材料科学基础: 将各种材料（包括金属、 陶瓷、高分子材料）的微观特性和宏观规 律建立在共同的理论基础上，用于指导材 料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了 材料科学和材料工程的基础理论。 材料科学的基础理论，为材料工程指明方 向，为更好地选择、使用材料，发挥现有 材料的潜力、发展新材料提供理论基础。
材料学基础-绪论
本课件全面系统地介绍了材料科学的基本问题， 以金属材料为主，分析金属材料的成分、组织结 构、加工工艺与性能之间的关系及其变化规律， 其主要内容包括：晶体结构、晶体缺陷、塑性变 形、相图、扩散、凝固以及回复再结晶等，着重 于基本概念和基本理论。在此基础上又介绍了陶 瓷材料、高分子材料以及复合材料，为学习和研 究各种材料提供了必要的基础知识。
《材料科学基础》 的地位
学习《材料科学基础》 的意义
《材料科学基础》 的基本概念
绪论
如何学好 《材料科学基础》
《材料科学基础》 的内容
《材料科学基础》的基本概念
材料是指人类社会能接受地，经济地 的制造有用物品的物质。
材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、 材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当 代科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头 学科之一。纳米材料科学与技术是20世纪80年代发展起来的新 兴学科，成为21世纪新技术的主导中心。
实例
材料
强度范 围 MPa 比强度 MPa
压气机叶 压气机 飞机尾翼 硼纤维铝合
片
机匣
金板和管
铝合金
钛合金 碳纤维复合 硼纤维增强
材料
铝合金
150－ 450
350－ 1000－1200 1500（顺 1100 （顺纤维方向）纤维方向）
55－160 80－ 625－750 570 245
美国待升空的航天飞机
材料科学 ：是一门科学，它从事与材料本质的发现、 分析和了解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统 一描绘或模型，以及解释这种结构与性能之间的关系。 它包括下面的三个环节，核心是结构和性能。
工艺
材料科学
性能
工程材料基础(西安交通大学) 中国大学MOOC答案2023版
工程材料基础(西安交通大学) 中国大学MOOC答案2023版6、原子、离子或分子之间的结合力称为结合键，Al2O3，NaCl的结合键是____答案:离子键7、原子、离子或分子之间的结合力称为结合键，正离子在空间规则分布，和自由电子之间产生强力的静电吸引力，使全部离子结合起来，这种结合力叫____答案:金属键8、碳化硅SiC、氮化硅Si3N4等陶瓷材料的结合键类型是_____答案:共价键9、______结合的固体材料的熔点和硬度都比较低答案:分子键（氢键）10、材料科学是研究固体材料的__相互关系的科学答案:成分(Composition);组织(Microstructure);性能(Properties and Performance);制备与加工(Preparation and Processing)11、材料的力学性能包括______答案:强度;塑性;韧性;硬度12、常用工程材料包括______答案:金属材料;陶瓷材料;高分子材料;复合材料13、影响材料性能的因素有______答案:加工工艺;成分;组织14、陶瓷材料一般也称之为无机非金属材料答案:正确15、光导纤维采用金属材料制备答案:错误16、温度对材料的使用性能没有影响答案:错误17、功能材料一般都要求具有高的力学性能答案:错误作业绪论绪论-关于材料科学与工程的简答题1、从宏观到微观的角度来简答，材料科学主要研究哪些要素？(5分)上述要素它们之间有怎样的关系，或相互影响（5分）？评分规则: 主要考核材料科学与工程研究的四要素。
主要考核其它要素对材料固有性能和使用性能的影响。
第一章机械零件失效形式及其抗力指标第一章机械零件失效形式及其抗力指标-单元测试1、零件产生过量塑性变形的原因是_____答案:强度太低2、在表征材料硬度指标的测试中，采用硬质合金球作为压头的测试方法是_____答案:布氏硬度3、采用异类材料匹配可以显著减轻_____磨损答案:粘着磨损4、零件产生过量弹性变形的原因是_____答案:刚度不足5、下列材料中，蠕变抗力最高的是______答案:陶瓷材料6、下列材料中，韧性最好的是_____答案:金属材料7、退火态低碳钢的应力－应变曲线图中代表_____答案:抗拉强度8、蠕变极限是表征材料在高温长时载荷作用下对塑性变形抗力的指标，其单位是___答案: MPa9、下面现象中属于电化学腐蚀的是_____答案:金属在海水中的腐蚀10、_____材料在高温长期载荷作用下抵抗断裂的能力答案:持久强度11、材料的蠕变过程可用蠕变曲线来描述，典型的蠕变曲线如下图，其中第III阶段属于____答案:加速蠕变阶段12、提高零件表面抗氧化磨损能力的措施不包括____答案:采用垫衬13、低碳钢的断裂韧性大约为_____答案: ~14014、实验表明材料的疲劳极限和抗拉强度存在一定经验关系，对于中、低强度钢___答案: 0.515、铁及低碳钢室温的弹性模量E 约为____答案: ~200GPa16、表征金属材料塑性的指标有_____答案:（拉伸）断后伸长率;（拉伸）断面收缩率17、影响构件脆性断裂的因素包括______答案:加载方式;环境温度和加载速度;构件中的应力集中18、零部件发生疲劳断裂的特点有______答案:断裂应力很低;断裂时为脆断;断口有裂纹形成、扩展、最后断裂三个阶段19、影响疲劳抗力的因素包括______ 答案:载荷类型;材料本质;零件表面状态;工作温度20、属于电化学腐蚀的特点是_____答案:存在电位差的材料(组织);（异质）材料（或组织）相互连通;环境有电解质溶液21、应力腐蚀特点的是_____答案:发生断裂时应力低;介质腐蚀性小;特定介质22、蠕变抗力指标包括_____答案:蠕变极限;持久强度23、常见断裂韧性的单位为_____答案:;MN24、影响零部件刚度的因素包括______答案:材料的模量;部件的截面积（形状）25、零件失效的形式包括______答案:过量变形;断裂;磨损;腐蚀26、引起零件失效的原因有______答案:结构设计;材料选择;加工制造;装配调整;使用保养;可能人为操作失误27、开展失效分析意义与目的是______ 答案:保证零构件安全可靠，防止失效; 找出失效原因，界定事故责任;为合理选材提供依据;有助于正确选择加工工艺28、一般断裂过程包括_答案:裂纹扩展;形成裂纹;断裂29、冲击韧性，是指材料在冲击载荷下吸收_的能力答案:塑性变形功;断裂功30、电化学腐蚀的发生必须具备的条件有_____答案:金属的不同部位(或不同金属间)有电极电位差;有电极电位差的各部分必须相互接触;有电位差的金属各部分必须同时在相连通的电解质溶液中31、碳钢的弹性模量很难通过合金化、热处理改变答案:正确32、材料的韧脆转变温度越高，说明它的韧性受温度影响越小答案:错误33、材料断裂前都会发生明显的塑性变形答案:错误34、材料的硬度越高，则其强度也就越高答案:错误35、铝极易氧化，故其抗大气腐蚀能力极低答案:错误36、不同材料发生蠕变的温度是不一样的答案:正确37、材料的比例极限、弹性极限、屈服强度对材料成分、组织敏感，可通过合金化和热处理提高答案:正确38、冲击吸收功值越高代表材料的韧性越好答案:正确39、作为疲劳抗力指标之一–过载持久值的单位是MPa答案:错误40、金属与周围介质发生氧化作用而引起的腐蚀属于化学腐蚀答案:正确41、材料的过量变形包括过量____变形和过量塑性变形答案:弹性42、金属材料强度的单位一般为_____答案: (以下答案任选其一都对)MPa;兆帕;mpa43、不发生塑性变形的最高应力称为_答案:弹性极限44、断面收缩率是表示材料__的指标之一答案:塑性45、下图中低碳钢拉伸断口属于_____断裂答案:韧性46、金属材料在一定温度和长时间受力状态下，即使所受应力小于其屈服强度，但随着时间的增长，也会慢慢地产生塑性变形，这种现象称为_____(2汉字) 答案:蠕变47、金属材料在交变应力作用下，可以经受无数周次的应力循环而仍不断时所能承受的最大应力称为_____答案: (以下答案任选其一都对)疲劳极限;持久极限48、金属材料受周围介质的化学和电化学作用，导致材料表面成分和性质发生变化，并产生疏松、转移和剥落的过程和现象称为____(2汉字)答案:腐蚀49、滚动轴承、齿轮等一类机件的接触表面，在接触压应力反复长期作用后引起的一种表面疲劳剥落损坏现象称为______答案: (以下答案任选其一都对)接触疲劳;麻点磨损;疲劳磨损50、摩擦过程中在摩擦力与环境介质联合作用下，金属表层的腐蚀产物(主要是氧化物) 剥落与金属磨面之间的机械磨损相结合出现的一种磨损形式，称为______答案:腐蚀磨损作业第一章机械零件失效形式及其抗力指标第一章机械零件失效形式及其抗力指标-综合题1、根据第一章内容总结金属材料制备的零部件常见的失效方式。
《材料科学学与工程基础》教学大纲
《材料科学学与工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：《材料科学与工程基础》（Fundations of Materials Science and Engineering ）课程号（代码）：30004030课程类别：专业基础课学时：48 学分：3二、教学目的及要求材料科学是六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。
材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程专业的学生必须具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。
本课程详细阐述高分子材料、金属材料、无机非金属材料、复合材料等。
从材料科学与工程的角度出发，说明各种材料的共性规律及个性特征。
使学生从原理上认识高分子材料的基本属性，及其在材料领域中的地位和作用。
三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并红字方式注明重点难点）第一章绪论（1学时）简要介绍材料的定义及分类，材料科学与工程的基本内容。
使学生对本课程的学习内容和学习方法建立整体概念。
要点：材料的定义、分类材料科学与工程的定义、性质、重要性（举例）课程学习的目的、方法、要求第二章物质结构基础（15学时）按照从微观到宏观、从内容到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序，阐述原子结构、原子间相互作用和结合方式，与固体内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构及变化规律之间的相互关系。
使学生对材料组成（成分）与物质结构的内在联系有较系统、深刻的理解。
1、原子结构及原子之间相互作用、结合及排列（3学时）要点：物质与材料的区别四个量子数的物理意义原子中电子壳层数目、电子填充方式和原则、表达方式电子能级及电子的稳定性原子间相互作用的内在因素和结合类型与性质原子的间距和半径，空间排列状态及配位数键性与键能2、多原子体系中电子的相互作用与稳定性（2学时）要点：原子杂化轨道的类型及空间图形分子轨道的意义、类型及空间图形能带、能隙、带宽等基本概念、导体、绝缘体、导体的能带特点费米能级的基本概念、费米分布的特点和分布函数3、固体中的原子有序（3学时）要点：对称图形和对称操作点阵的意义和特点晶胞的表示和定位、晶系和空间点阵型式晶向、晶面的表示及其指数的计算晶面间距及测定、公式（2-45、2-48）晶体结构与键合性质的关系面心立方、体心立方、密排六方晶体的主要参数和计算方法（点阵常数、晶胞中原子数、致密度、密度、原子间距、配位数；间隙类型、数量和大小）离子晶体的配位数和晶格类型4、固体中的原子无序（3学时）要点：固溶体的概念、分类及典型结构特点点缺陷的主要类型，金属晶体中的空位计算棱位错和螺旋位错的特征和区别、位错线与柏格斯矢量非晶体的结构模型、分布函数及其图形体积扩散机制、扩散激活能和FICK第一定律、公式（2-80、2-81）5、固体中的转变（2学时）要点：四种转变类型及特点一级相变和二级相变的数学表达式及物理意义相律和相图，公式（2-90）二元相图（匀晶、共晶）：特征点、线、区域的意义杠杆法则及计算公式（2-94）6、固体物质的表面结构（1学时）要点：表面张力和表面能的概念表面结构特点与成因表面能与表面特性的关系润湿过程的种类及公式（2-107、2-108、2-109、2-115）粘附公式（2-121）7、小结（1学时）归纳、讨论第二章基本概念和作业中的问题第三章材料的组成及结构（8学时）从材料的组成（成分）入手，详细阐述高分子材料、金属材料、无机非金属材料，及其多相多组分复合材料的聚集态结构和宏观组织结构特点。
《材料科学与工程基础》课程大纲
《材料科学与工程基础》课程大纲一、课程概述课程名称（中文）：材料科学与工程基础（英文）：Fundamentals of Materials Science and Engineering课程编号：14241009课程学分：3课程总学时：48课程性质：专业课二、课程内容简介《材料科学与工程基础》是一门以材料为研究对象的科学，其研究内容涉及高分子材料、无机非金属材料、复合材料等各种材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系，在材料科学与工程专业教学计划中是一门重要的专业基础课。
通过本课程的学习，使学生充分掌握材料科学的基础理论，深入理解材料的组成-结构-工艺-性能之间的关系。
为后继专业课程的学习打下良好的基础。
三、教学目标与要求通过本课程的教学，使学生获得材料科学与工程专业高等工程技术人才所必须掌握的材料科学的基本概念、基本理论和基本原理等知识，培养学生分析解决生产实际问题的能力，进行新材料、新工艺研究开发的初步能力，培养学生的专业素质、科学思维、创新精神要求通过本课程的教学,使学生掌握本课程中的基本概念、基本原理和相关的知识，了解用物理化学等基本原理阐明材料形成过程中的组成、结构、工艺与性能之间关系及相互联系，注重知识的连贯性和增强分析问题和解决问题的能力。
四、教学内容与学时安排第一章绪论（2学时）1. 教学目的与要求：了解本课程的学习内容、性质和作用。
2. 教学重点与难点：《材料科学基础》课程的性质、任务和内容，以及在材料科学与工程技术中的作用。
第二章材料结构基础（18学时）1. 教学目的与要求：掌握描述原子中电子的空间位置和能量的四个量子数、核外电子排布遵循的原则;元素性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者之间的关系；原子间结合键分类及其特点；正确理解并掌握高分子链的近程和远程结构。
掌握结晶的热力学、结构和能量条件；相律的应用、克劳修斯——克拉珀龙方程的应用；均匀形核的临界晶核半径和形核功的推导；润湿角的变化范围及其含义；液—固界面的分类及其热力学判据；晶体的生长方式及其对生长速率的关系；阿弗拉密方程的应用；液—固界面结构和液—固界面前沿液体的温度分布对晶体形态的影响；减小晶粒尺寸的方法；了解亚稳相出现的原因；高分子结晶与低分子结晶的相似性和差异性；2. 教学重点与难点：重点：（1）晶向、晶面的表示及其指数的计算；（2）面心立方、体心立方、密排六方晶体的主要参数和计算方法；（3）立方晶体的间隙；（4）点缺陷的主要类型，扩散激活能和FICK第一定律；（5）四种转变类型及特点。
第一章材料科学与工程基础绪论
• 1-1 材料的定义和分类 材料的定义和分类(Definition and Classfication) • 1-1-1定义 定义 • 1. 材料 Materials • Material：材料科学 （工科） • 物质科学 （理科） • Webster编者“New International Dictionary（1971年）” 中关于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造 某些有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整 体或部分）的基本物质（如金属、木料、塑料、纤维 等） • 迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料 迈尔《新百科全书》 中取得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始 物料，如金属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然 纤维和化学纤维等等。 • 材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和 物理性状的物质。 物理性状的物质。
3. 高分子材料 polymers, Marcomolecules
(1) 分类 • 碳链 –C–C–C 按主链结构 杂链 –C–N–C=O –C–O–C– backebone 元素 Si 、P、B 通用塑料、工程塑料； 热塑性、热固性 橡胶 Ruber 天然、合成 人造、合成 按使用性质 纤维 Fiber 粘合剂 Adhesive 涂料 Coating 塑料 Plastics
•
•
function
应用领域分类
•
application
1. 金属材料 metals (1) 黑色金属材料 • 化学成分——碳素钢、合金钢
• • Stell • 品质——普通、优质、高级优质钢 用途——建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢 冶炼方法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢 灰铸铁 可锻铸铁 蠕墨铸铁 特殊性能铸铁
材料工程基础-材料工程基础-绪论
改变材料表面的化学成分 --- 化学渗入
C+ N+ Me+
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浓 度
C0
表面
温
AB C
度
α α+β
心部
成分
24
表面淬火 高频淬火
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程 表面防护
电磁能 集肤电流 表面热能
火焰淬火
热处理
气体化学反应
表面热能
性能改变
组织改变
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25
表面防护
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22
三束表面改性
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程 表面改性
合 金
金 激光束 --- 组织变化
属 元
素 电子束 ---组织变化
非均细 晶匀晶 化化化
化
离子束 --- 成分、组织变化
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23
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程
化学表面改性（化学热处理）
表面改性
一．材料的制备
不同的材料制备方法分别具有不 同的材料科学基础内容，即：
冶金过程 熔炼与凝固 粉末烧结 高分子聚合
冶金物理化学 凝固学理论 烧结原理 聚合反应
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10
二．材料的加工
材料工程基础的主要内容
二．材料的加工
传统意义上，材料的加工范畴包括四个方面：
材料的切削：车、铣、刨、磨、切、钻
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20
表面改性
材料工程基础的主要内容
三．材料表面工程 表面改性
----改变材料表面的性质
➢ 三束表面改性 ➢ 化学表面改性（化学热处理） ➢ 表面淬火
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1 •绪论•本章内容• 1.1材料发展概要• 1.2材料应用现状与新材料的发展趋势•1.3材料科学与工程•1.4材料的分类•1.5材料加工工程•1.6课程主要内容及要求1.1材料发展概要材料：人类用来制造各种产品的物质, 是人类生产和生活的物质基础。
人类早期历史划分为石器时代、青铜器时代和铁器时代，现已进入人工合成材料6勺薪时代。
材料和能源、信息一起成为现代科学技术白6三大文社支O•石器是人类最先使用的工具。
\ 仏•还出现了玉器、陶器和瓷器。
我国是玉器的故乡。
•烧制的陶器包括红陶、陶、白陶和釉陶。
我国是最早生产瓷器的国家。
瓷器成为中国文化的象征。
图1瓷器•铜锡合金一青铜是人类历史上发明的第一个合金。
•灿烂的青铜文化：“司母戊”;越王勾践的宝剑；战国青铜编钟，秦皇陵墓铜车马等。
图1・2司母戊从春秋战国时期（公元前770〜221年）已开始大量使用铁器：铸铁刑鼎；铁丸、铁镭和铁鼎，比其他国家早许多个世纪。
先炼铁后炼钢的两步炼钢技术比其它国家早1600多年。
钢的热处理技术1. 1. 4钢铁工业和有色金属的发展'15世纪以后，欧洲钢亦S业的发展。
从20世纪50年代初至70年代末，全世界钢的年产量由2.1亿t 增加到7.5亿吨Q目前我国钢产量已跃居世界首位。
有色金属也得到了发展。
1. 1. 5非金属材料的发展丝绸人工合成高分子材料：从20世纪60年代到70年代，有机合成材料每年以14%的速度增长而金属材料的年增长率仅为4%。
20世纪90年代初，塑料产量已逾1亿t,按体积计，己超过卡冈軼产量。
陶瓷材料：耐高温、耐腐蚀的氧化铝；将电信息转变为光信息的探酸锂；用于切削刀具的氮花柱；具有咼温超尊性能的氧花乍乙窖。
11. 1. 6复合材料及新材料技术的发展•宇航和航空工业中制造卫星壳体、宇宙飞彳1器外壳、飞机机身等；•在交通运输工业中制造汽车车身、轻型船、艇等纂'•在石油化工工业中制造耐酸、耐碱、耐油的蓉器、管道等。
•我国在新材料的研究和材料加工新工艺的研究工作中取得了卓有成效的重大成果。
1.2材料应用现状与新材料的发展趋势•1. 2・1材料应用的现状用量最大的材料是钢铁材料和铝合金、铜合金、钛合金和篠合金等有色金属。
• 高分子材料、陶瓷材料和复合材料在不同工业部门也得到一定的应用，有些部门则大量使用这些材料。
1.先进复合材料2.光电子信息材料3・低维材料4 .新型金属材料5・高性能塑料6・先进陶瓷材料7・超导材料1-3材料科学与工程•1. 3. 1材料科学与工程学科的形成\ t 材料科学与工程学科的形成是材料的发展和科学技术进步的结果，同时又为推动材料的发展和科技的进步创造了条件。
1. 3. 2材料科学与工程的内容材料科学与工程 图1-3材料科学与工程四要素的关系使用性能组成与结构能制备打加T 的四要素•四个要素，即制备与加工、组成与结构、 性能和使用性能，它 们之间的关系如图1-3所示。
材料科学与薦整黜薜是结材料科学与工程的范围及其与 基础科学和应用间的关系实际应用信息、能源、交通运输、机械制造料的性能2・可分两类：力学性能和物理性能，如表1-2所示。
力学性能冲击\、弹性模量吸收能抗拉强度韧性屈服强度转变温度塑性蠕变■%延伸率蠕变速度%断面收缩率血力一持久强度硬度1抗划痕能力疲劳极限磨损举疲劳寿命I续上表物理性能电学性能导电性介电性（绝缘性）铁电性压电性吸收颜色衍射激光作用光导反射透射磁学性能铁氧体磁性铁磁性顺磁性热学性能量性胀容热膨热导热3.使用性能•使用性能是材料在使用条件下表现出的行为，包括环境影响、受力状态、F 可靠性、耐用性、寿命预测及延寿措施、材料设计等内容。
4 •组成与结构• 一定的化学组成，这是决定材料结构和性能的内在因素。
图1-5四种不同碳质量分数的铁碳合金的室温平衡组织(a)工业纯铁，铁素体(b)含碳0・4%的碳钢，铁素体+珠光体(d)含碳1・2%的碳钢，珠光体+二次渗碳彳(C)含碳0.8%的碳钢，珠光体续上页：结构可分为四个层次，如图1-6所示，所有这些层次都会影响材料的性能。
原［核(a)原子结构(c)铁的晶粒组织(b)原子排列(d)白口铸铁中的多相组织材料的制备与加工既包括传统的冶炼、铸造、压力加工、焊接、热处理、烧飯］表面技术、机械加工和对加工过程的模拟与仿真技术.也也包括了新发展的高能束（激光束、电*束和离子束）表面改性技术、真空溅射、气相沉积、热喷涂、多种材料复合等新工艺。
材料的制备与加工决定了材料的成分和组织结构，从而科定了材料的性能。
1・3・3材料科学与工程的特点•1.材料科学与工程是多学科交叉的新兴学科•2.材料科学与工程技术有不可分割的关系•3.科学与工程有很强的应用目的和明确的应用背景14材料的分类分为金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料四大类:碳钢合金钢铸铁＜有色全属及其合金「工程塑料f金属材料'高分子材料€工程材料陶瓷材料冲I复合材料彳合成橡胶合成纤维I胶粘剂普通陶瓷I特种陶瓷「金属基复合材料I非全属基复合材仁4. i金属材料•金属材料是以金属元素为基础的材料。
•合金即是在纯金属中，有意地加入一种或多种其他元素，通过冶金歲粉末冶金方法制成的具有蒋性的材料。
•金属材料是最重要的工程材料。
•金属材料可分为两大部分:(1)黑色金属；(2)有色金属。
•分为四大类:•2.合成纤维;•3.橡胶•4.胶粘剂•陶瓷是一种或多种金属元素同一种非金属元素（通常为氧）的化合物。
主要为金属氧化物和金属非氧化合物。
包括无机玻璃、玻璃陶瓷（或称微晶玻璃）和陶瓷等三类。
工程上应用最广的是陶瓷。
•工业陶瓷材料可分为：I（1）普通陶瓷（或传统陶瓷）；（2）特种陶瓷（或新型陶瓷）；（3）金属陶瓷。
1. 4. 4复合材料复合材料就是两种或舖以上不同材料的组合材料，其性能优于右的组成材料。
复合材料在强度、刚度和耐蚀性方面比单纯的金属、陶瓷和聚合物都优越，是一类特殊的工程材料，具有广总的发展前景。
• 1. 5. 1材料加工工艺材料加工可以将未经成型的坯料加工成所要求形状的零件（表1-3典型的材料加工工艺）o材料加工工程金属材料铸造：砂型、压铸、永久铸型、熔模铸造、连续铸造成型：锻造、拉丝、深冲、弯曲连接：气焊、钎焊、氮弧焊、锡焊、磨擦焊、扩散焊机械加工：车、铳、刨、钻、磨、切割粉末冶金将液态金属浇入或注入固休模中得到所要求的形状。
通常在热态下用高虑力将固体金属变形成为一定形状。
将液态金属变形或高圧、高温将几块金属连接在一起。
用切削加工去掉多余金嗚高压下将金属粉压成一定舱状，再高温加热使之连成一陶瓷材料铸造：包括涂泥釉压制：挤压、压制、等静压成形烧结：将液体陶瓷或液体加固体的陶瓷泥浆浇注成所需的形状。
将固体陶瓷或液祐舟團体陶瓷的粘性泥浆压成一定形状。
将压制成的固体进行高温加热，使之粘连成块。
聚合物模制：注模法，转移模塑法成形：旋压、挤压、真空成形将热的或甚至液态的聚合物压入模具中，类似铸造。
将受热聚合物通过模孔或包裹在模胎上，获得某种形状。
复合材料铸造：包括渗透成形连接：胶粘剂粘接、爆炸连接、扩散连接压制和烧结液体组分包围着另一种组分，以获得完整的复合材料。
用力使一个软质组分围绕复合材料的第二组分发生变形。
通过胶接、变形或高温过程将两种组分连接在…起。
将粉末状组分压制成形，然后加热使粉末连接在匚起。
1・5・2材料加工对结构和性能的影响图1・7材料加工与结构、性能的关系材料加工的方法会影响它的组织结构：1.6课程主要内容及要求:•绪论;原子结构与结合键;晶体结构;扩散; 材料的固化;二元合金相图；• 1.6.1课程主要内容162教学要求教学环节：讲课36,习题课4,实验8课程特点：技术基础课，掌握原理和方法，联系实际教学要求：1.认真听课、作好笔记2.复习与作业3.实验与报告14.学习方法：概念归纳总结、记忆1.6.3考核问题•成绩分配：\平时成绩：30% （实验10%；习题20%）考试：70%•考试方式：期末考试以笔试为主，部分同学可申请口试1.6.4主要参考书1.“材料工程基础”，王昆林编著,清华大学出版社2.“材料科学基础”，马泗春主编陕西科技出版社3.^Principles of Materials Science andEngineering^^ 第三版，作者：illiarn F. Smith, 出版社：McGraw-在材料发展和科学技术进步的基础上，形成了材料科学与工程学科。
材料科学与工程包括四。