材料科学基础2--前言
材料科学基础(北京科技大学)02讲
x'1 x1 cos x2 sin x'r到r’变换的解析式是∶
x'1 cos
x'
2
sin
x'3 0
sin cos
0
0 x1
0
x2
1 x3
又可写成∶ r' Rr ，式中R是变换矩阵
点阵是由晶体的结构基元抽象出来的，可以由下式来 说明点阵和晶体结构的关系：
点阵 + 结构基元 = 晶体结构 结构基元可以是一个或多个原子（分子）构成。
1.3 对称性，空间变换（Symmetry，Space Translation）
任何物体（几何图形，晶体，函数）都可以在描述 它的变量空间对它的整体作适当的变换，如果这种变换 使物体本身重合（即它在变换后不变亦即转换成自己）， 这样的物体就是对称的，这样的变换就是对称性变换。
称F是对称物体，g是对称变换（操作）。 对一个物体可以有若干个对称操作，由两个或更多
个相继的相同或不同的对称操作构成的操作也是对称操 作。对给定的物体的对称操作的集合就是对称群 （Symmetry Group）。
在操作作用下，物体空间各点和全部位矢都相对一 组固定参考轴移动 ，称主动操作（Active Operation）。
对称性还可以有另外的一种说法：物体可以分割成 等同的部分。
概括地说对称性就是在描述物体变量的空间中物体 经过某种变换后的不变性。
1.3.1 对称变换(操作)（Symmetry Translation (Operation)） 对称变换实际上就是一种对称操作。从几何意义考
察物体的对称性就是考察变换前后物体是否自身重合， 如果重合了，这种变换就是一种对称操作。
材料科学基础教案
材料科学基础教案引言材料科学是一门研究物质的性质、结构和性能的学科，它在现代科技和工程领域中起着至关重要的作用。
本教案旨在通过系统的教学内容和灵活的教学方法，帮助学生全面了解材料科学的基础知识和理论，并培养学生的实践能力和创新思维。
第一部分：材料科学概述1. 材料科学的定义与发展历程（500字）在这个小节中，我们将介绍材料科学的定义和发展历程。
从古代人类使用石器、金属器具到现代高科技材料的出现，我们将探讨材料科学的重要性和应用领域。
2. 材料科学的分类与特点（500字）这一小节将介绍材料科学的分类和特点。
我们将讨论材料的结构、性质和性能，以及不同材料在不同条件下的应用。
通过对材料的分类和特点的了解，学生将能够更好地理解材料科学的基础概念。
第二部分：材料的结构与性质1. 原子结构与晶体结构（2000字）这一小节将深入探讨材料的原子结构和晶体结构。
我们将介绍原子和分子的基本概念，以及晶体的形成和结构。
通过对原子结构和晶体结构的学习，学生将能够理解材料的微观结构对其性质和性能的影响。
2. 材料的力学性能（2000字）在这个小节中，我们将讨论材料的力学性能，包括弹性、塑性、硬度等。
我们将介绍不同材料的力学行为和力学测试方法，并探讨力学性能与材料结构之间的关系。
第三部分：材料的性能与应用1. 材料的导电性与磁性（2000字）这一小节将重点介绍材料的导电性和磁性。
我们将讨论导电材料和磁性材料的基本原理和应用，以及不同材料之间的导电性和磁性差异。
2. 材料的光学性能与光电子器件（2000字）在这个小节中，我们将讨论材料的光学性能和光电子器件。
我们将介绍不同材料的光学性质和光电子器件的工作原理，以及它们在通信、显示和光伏等领域的应用。
结论通过本教案的学习，学生将能够全面了解材料科学的基础知识和理论，并掌握材料的结构、性质和性能的分析方法。
同时，学生将培养实践能力和创新思维，为将来在材料科学领域的研究和应用打下坚实的基础。
848材料科学基础大纲
848材料科学基础大纲目录1.引言2.第一章：材料科学概述-2.1材料的定义-2.2材料科学的研究内容3.第二章：晶体学基础-3.1晶体结构与晶体学-3.2晶体的多晶性与多晶材料4.第三章：晶界与位错-4.1晶界-4.2位错5.第四章：金属材料与合金-5.1金属晶体结构与性质-5.2金属合金的组织与性能6.第五章：陶瓷材料-6.1陶瓷材料的分类与特点-6.2陶瓷的合成与加工7.第六章：高分子材料-7.1高分子聚合物的基本概念与分类-7.2高分子的合成与加工8.第七章：复合材料-8.1复合材料的概念与分类-8.2复合材料的制备与性能9.结论引言材料科学作为一门以研究材料结构、性质和功能为基础的学科，研究的对象包括金属、陶瓷、高分子材料等各类材料。
本大纲将按照材料科学的基础内容，对848材料科学基础进行系统的介绍和概述。
第一章：材料科学概述2.1材料的定义材料是指构成物体的各种物质，包括晶体、非晶态、复合材料等多种形态。
材料的组成、结构和性质之间存在着密切的联系。
2.2材料科学的研究内容材料科学的研究内容主要包括材料结构、材料性能以及材料的制备与加工等方面。
通过对材料的研究和探究，可以深入了解材料的宏观和微观特性，为材料的应用提供基础和参考。
第二章：晶体学基础3.1晶体结构与晶体学晶体是具有长程有序结构的固体材料，晶体的结构决定了材料的性质和特点。
晶体学是研究晶体结构与性质的学科，通过对晶体结构的分析和研究，揭示了材料内部的微观世界。
3.2晶体的多晶性与多晶材料多晶材料是由多个晶粒组成的材料，晶粒之间存在着晶界。
晶界对材料的性能和力学行为有着重要的影响，多晶材料的研究对于材料的优化和改进具有重要意义。
第三章：晶界与位错4.1晶界晶界是晶体内部不同晶粒的交界面，晶界的存在对材料的性能和特性有着重要的影响。
通过研究晶界的结构和性质，可以了解晶界对材料性能的影响机制，并提出相应的改进策略。
4.2位错位错是晶体中的缺陷，是晶体结构的局部畸变。
材料科学基础课程教学大纲 (2)
材料科学基础课程教学大纲课程名称：材料科学基础课程编号：16118545学时/学分：80/5.0开课学期：4适用专业：材料科学与工程课程类型：学科与专业基础必修课一、课程说明本课程是材料科学与工程专业的一门学科与专业基础必修课程，主要面向金属及功能材与建筑材料两个方向。
该课程系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形与强化等，使学生系统掌握材料的化学成分、组织结构与性能之间的关系及其变化规律，训练学生用所学理论分析实际问题的方法和思路，为后续专业课学习打下牢固的基础。
二、课程对毕业要求的支撑毕业要求1工程知识：具有数学、自然科学、工程基础和材料专业知识，并能够将其应用于解决本专业的复杂工程问题。
指标点： 1.5掌握材料制备、生产、应用的基本原理和相关知识，并结合数学、自然科学、工程基础知识，用于解决本专业的复杂工程问题。
毕业要求2问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析材料复杂工程问题，以获得有效结论。
指标点： 2.2能够应用物理、化学知识对材料的组成、结构、物相、性能以及相互关系进行识别、表达和分析，并获得有效结论。
4.研究：掌握材料结构和性能的分析方法、实验设计和材料的制备与加工工艺，具备设计和开展实验的能力，并能对实验结果进行有效分析并得到合理有效的结论。
指标点 4.1掌握材料制备与加工的方法和相关设备，能够根据材料研究的需求选择不同设备、工艺条件、操作过程，并能对结果进行分析，得到合理有效的结论。
三、课程的教学目标：1．掌握材料组织结构—成分—工艺—性能相互关系的基本规律和基本理论，深入理解材料组织结构—成分—工艺—性能相互关系；2．具有应用所学的知识，分析、解决材料研究、开发和使用中实际问题的能力。
3．初步掌握材料科学研究的思路和方法，为后续课程学习和进一步深造奠定理论基础。
材料科学基础-介绍导论
材料的分类
●
按物态划分：气态、液态和固态。
按组成和结合性质：金属材料、无机非金属 材料、高分子材料。
●
●
按使用领域：建筑材料、电子材料、医用材料、
仪表材料、能源材料等。
金属材料
黑色金属（钢和铸铁 ）
钢：碳素钢和合金钢（按成分）；普通钢、优质钢和高 级优质钢（按品质）；平炉钢、转炉钢、电炉钢和奥氏
体钢（按冶炼法）；结构钢、工具钢、特殊钢及专用钢
（按用途）。 铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊 性能铸铁等。
有色金属(非铁材料)
轻金属(密度﹤5)、重金属(密度﹥5)、贵金属和稀有金 属，如A1、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni、Ti及其合金。在
工程上占有重要地位。
金属材料的基本属性
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●
●
●
高分子材料
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●
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以C、H、N、O元素为基础，由大量结构相同的小单元聚合组成， 分子量大，并在某一范围内变化。 一般分为天然和合成的两类； 按使用性质：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等； 按链结构：碳链、杂链、元素高聚物； 按热性质：热塑性、热固性及热稳定性高聚物； 按用途：结构材料、电绝缘材料、耐高温材料、导电高分子、 高分子建筑材料、生物医用高分子材料、高分子催化剂、包装 材料等。 塑料是重要的高分子材料，分为通用塑料和工程塑料。 通用塑料包括：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛 塑料和氨基塑料。 工程塑料（高强、高模、耐高温）：ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯)、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺 和氟塑料等。
●
● ● ● ● ● ●
金属键结合；
熔点较高； 具有金属光泽； 延展性大； 强度较高； 结构中存在自由电子，导热和导电性好； 在空气中易被氧化。
《材料科学基础2》课程简介和教学大纲
《材料科学基础2》课程简介课程编号：02024036课程名称：材料科学基础2 ［5E］ /Fundamentals of MaterialsScience 2学分：2. 5学时：40适用专业：无机非金属材料建议修读学期：第5学期先修课程：物理化学，材料科学基础1 ［无］考核方式与成绩评定标准：闭卷考试教材与主要参考书目：Ll］无机材料学基础，张其土，华东理工大学出版社［2］无机材料科学基础，陆佩文，武汉理工大学出版社［3］材料科学基础，张联盟，武汉理工大学出版社内容概述：本课程是无机非金属材料工程专业本科生的重要专业基础课，是一门理论性很强、涉及面广的课程，是本专业的专业课开设前所必须学的课程。
本课程是使学生掌握材料的组成、结构与性能之间的相互关系和变化规律，掌握材料的结构、物性和化学反应的规律及其相互的联系，为今后从事夏杂的技术工作和开发新型材料打下良好的基础。
The course of fUndamentals of materials science, which is highly theoretical, and almost involves all the sides of materials science, is an important fundamental one for the students majoring in inorganic materials science and engineering. Thus it is set to be taught before other specialized courses. It aims at allowing the students to master the relations between materials compositions, structures and properties, and to establish a good theoretical base for the research and development of new materials in the future.《材料科学基础2》［无］教学大纲课程编号：02024036课程名称：材料科学基础2 /Fundamentals of Materials Science 2学分：2. 5学时：40适用专业：无机非金属材料建议修读学期：第5学期先修课程：物理化学，材料科学基础1 ［无］一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是无机非金属材料工程专业(建材方向、陶瓷与耐火材料方向)本科生的重要专业基础课，是一门理论性很强、涉及面广的课程，是本专业的专业课开设前所必须学的课程。
材料科学基础教学大纲
材料科学基础教学大纲课程号：课程名称：材料科学基础II 学分：4英文名称：Fundamentals of Materials Science （II）周学时： 4预修课程：《材料科学基础I》面向对象：材料科学与工程专业本科生一、课程介绍（100-150字）（一）中文简介《材料科学基础II》是《材料科学基础I》与材料科学后续专业课程的连接纽带，是材料系学生学习其它材料科学与工程相关专业课的基础，内容主要包括固态扩散、相图、固相反应、陶瓷烧结过程、熔融态与玻璃态、金属的凝固与结晶、固态相变过程等。
（二）英文简介This course provides fundamental knowleges for more specified courses related to materials science and engineering. The major contents are as follows: solid diffusion, phase diagrams, solid state reaction, sintering process of ceramics, molten and glassy states, solidification and crystallization of metals, and solid state phase transformations.二、教学目标（一）学习目标《材料科学基础II》课程教学的基本目的是在学生学完《材料科学基础I》课程之后，通过本课程的学习，进一步掌握材料研究与制备过程中所涉及的基础理论问题，如相平衡与相变过程、材料不同尺度范围内的本征结构、晶体组织、几何形态及表观性能，材料微观行为与宏观表现的有机联系，具有不同化学成分、加工过程、组织结构及宏观性能材料的物理本质、材料制备过程中的固相反应和烧结过程等。
学完本课程后，学生应掌握固态扩散基础知识；各类相图的判读以及在实际过程中的应用；理解固相反应、陶瓷烧结过程的实质和控制条件以及相关的动力学关系；掌握玻璃制备过程中的熔融态结构与性质以及玻璃形成过程与结构;掌握金属凝固和结晶基本过程以及成分分布、组织结构调控；掌握材料固态相变，特别是钢的奥氏体化、珠光体相变、马氏体相变、贝氏体相变、脱溶与时效、调幅分解等基础知识。
《材料科学基础2料》课程简介和教学大纲
《材料科学基础2 ［料］》课程简介课程编号：02034019课程名称：材料科学基础B2∕Fundamental of Material Science B2学分：3学时：48适用专业：材料科学与工程建议修读学期：5先修课程：物理化学，材料科学基础1考核方式与成绩评定标准：课程考核成绩采用平时成绩+期终考试成绩相结合的方式，平时成绩占课程考核成绩的20%,平时成绩考核采用考勤、作业和课堂提问相结合的方式；期终考试成绩占课程考核成绩的80%教材与主要参考书目：【教材】材料科学基础（第三版），胡廉祥、蔡南、戎咏华，上海交通大学出版社，2010 【参考书目】1.材料科学基础，余永宁，高等教育出版社，20062.材料科学基础，潘金生，清华大学出版社，20113. Fundamentals of Materials Science and Engineering: An Integrated Approach, William D. Callister, David G. Rethwisch, 2012 内容概述：材料科学基础2的课程教学内容主要为材料的形变和再结晶，单组元相图及纯金属的凝固，二元相图，三元相图以及材料的亚稳态和功能特性等。
通过本课程的学习，可使学生掌握固体材料变形的基本方式、金属及合金强化机理；掌握结晶的基本过程、热力学条件、形核及长大规律、凝固理论的应用；掌握相图的基本知识，二元相图的基本类型，分析与使用方法，熟练应用铁碳相图；掌握三元相图类型、分析方法、等温截面、变温截面等。
为后续专业课的学习打下牢固的基础。
The contents of Fundamental of Material Science 2are the deformation and recrystallization of materials, single phase diagram and pure metals solidification, two phases diagram, three phases diagram, the metastable phase and functional characteristics of materials, etc. By studying of this course, the students can master the basic deformation methods of materials, the strengthening mechanism of metals and alloys, the basic processing of crystallization, thermodynamic of crystallization, nucleation and growth of crystal, the application of solidification theory, the basicknowledge of phase diagram, the basic types of two phases diagram, the application of Fe-C phase diagram, the analysis of three phases diagram, isothermal section and variable section. This course lays a solid foundation for the following courses.《材料科学基础2［料］》教学大纲课程编号：02034019课程名称：材料科学基础B2∕Fundamental of Material Science B2学分：3学时：48适用专业：材料科学与工程建议修读学期：5先修课程：物理化学，材料科学基础1一、课程性质、目的与任务【课程性质】本课程是材料科学与工程专业的主要专业基础课之一。
材料科学基础第二版
材料科学基础第二版材料科学是一门研究材料的性质、结构、制备和应用的学科，它涉及到物质的基本特性和相互作用，对于现代工业和科技的发展起着至关重要的作用。
本书《材料科学基础第二版》旨在系统介绍材料科学的基本理论和知识，帮助读者全面了解材料科学的基本概念和原理，为相关专业的学生和科研人员提供一本全面而深入的参考书籍。
第一章从材料科学的基本概念和发展历程入手，介绍了材料科学的研究对象、基本特征以及其在工程技术中的应用。
通过对材料科学的起源和发展进行梳理，读者可以更好地理解材料科学的学科内涵和研究意义。
第二章主要介绍了材料的结构与性能。
材料的性能直接受其结构的影响，因此了解材料的结构对于预测和改善材料的性能至关重要。
本章详细介绍了晶体结构、非晶态结构以及材料的力学性能、热学性能等方面的知识，为读者提供了全面的材料结构与性能的基础知识。
第三章涉及了材料的制备与加工技术。
材料的制备和加工是材料科学的重要内容之一，它直接影响着材料的性能和应用。
本章主要介绍了材料的制备方法、加工工艺以及相关的材料表征技术，为读者提供了全面了解材料制备与加工技术的知识基础。
第四章讨论了材料的性能测试与评价。
材料的性能测试是材料科学研究的重要手段，通过对材料性能的测试和评价，可以全面了解材料的特性和应用潜力。
本章详细介绍了材料性能测试的方法、技术以及测试结果的分析与评价，为读者提供了全面了解材料性能测试与评价的知识基础。
第五章介绍了材料的应用与发展。
材料的应用是材料科学研究的最终目的，本章主要介绍了材料在工程技术、电子材料、光学材料、生物材料等方面的应用，并展望了材料科学的未来发展方向。
通过对材料科学基础的系统介绍，本书旨在帮助读者全面了解材料科学的基本理论和知识，为相关专业的学生和科研人员提供一本全面而深入的参考书籍。
希望本书能够成为读者学习和研究材料科学的重要工具，为材料科学的发展做出贡献。
张联盟材料科学基础(第2版)知识点总结笔记课后答案
第1章材料引言1.1复习笔记一、材料类型材料按其化学作用（或基本组成）分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料（聚合物）和复合材料四大类。
1.金属材料（1）金属材料的定义金属材料是指由元素周期表中的金属元素组成的材料。
（2）金属材料的分类① 单质单质是指由一种金属元素构成的纯金属。
② 合金合金是指由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素形成的具有金属特性的新物质。
a.一次固溶体一次固溶体，又称端际固溶体，是指当合金的晶体结构保持溶剂组元，同时将外来组元引入晶体结构，占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部分后仍保持一个晶相的合金。
b.金属间化合物金属间化合物是指金属元素与其他金属元素或非金属元素之间形成的合金。
2.无机非金属材料（1）无机非金属材料的定义无机非金属材料是指由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料，是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。
（2）无机非金属材料的分类① 传统无机非金属材料传统无机非金属材料是指由SiO2及硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。
② 新型无机非金属材料新型无机非金属材料是指用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料，主要包括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。
3.有机高分子材料（聚合物）（1）高聚物的定义高聚物是指由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。
（2）高聚物的分类① 按材料的来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。
② 按性能和用途分为橡胶、纤维、塑料和胶粘剂等。
4.复合材料复合材料的分类（1）按基体材料分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥、混凝土基复合材料、塑料基复合材料、橡胶基复合材料等。
（2）按增强剂形状分为粒子、纤维及层状复合材料。
材料科学基础教案
复习上一节内容
1、材料科学在国民经济中的重要地位是什么？ 2、如何对工程材料进行分类？ 3、材料科学的研究对象及任务是什么？
思考题
1．三大固体材料的键性如何？ 2．金属的特性是什么？ 3．纯金属的晶体结构有几种类型？ 4．合金相结构有几种？都是什么？ 5．金属材料的性能特点是什么？ 6．高分子材料的结构及性能特点是什么？ 7．陶瓷材料的结构及性能特点是什么？
教学重点
1. 典型金属的晶体结构。 2. 晶体缺陷 3．凝固理论应用 4．铁碳相图及其应用 5．三元相图的应用 6．塑性变形后的组织与性能 7．再结晶
教学难点
1.典型金属的晶体结构。 2.晶体缺陷 3.凝固理论 4.铁碳相图的分析与应用 5.三元相图的分析与应用 6.塑性变形机理 7.再结晶机制
第四部分
一、教学目的及要求 二、主要内容 三、学时安排 四、教学重点 五、教学难点 六、教学过程 七、思考题 八、作业 九、实验 十、教学参考书
材料的结构
教学目的及要求
使学生们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。
主要内容
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。
4.
5.
学时分配
1．讲课 50 2．实验 10 3．课堂讨论 2 4．机动 1 总学时 63
教学过程
1. 2. 3. 4. 5. 6． 后次复习前次概念 本次讲授内容的引入 新教学内容的讲授过程 小结 思考题 作业
实验内容
1．金相试样的制备 2．金相显微镜的使用 3．铁碳合金平衡组织观察 4．金相摄影 5．金属塑性变形与再结晶 6．位错腐蚀坑观察 1学时 1学时 2学时 3学时 2学时 1学时
材料的结合方式
材料科学基础II课程教学大纲
材料科学基础II 课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：材料科学基础所属专业：材料物理，材料化学课程性质：专业基础课学分：8（二）课程简介、目标与任务；课程简介：本课程是材料学科本科生的一门专业基础课。
它的要紧任务是使学生对材料分类、成份、结构、性能、加工生产、科研、应用和它的过去、此刻和以后有必然的了解，并对材料科学与工程有一个较全面而又归纳的了解。
同时，使学生把握完整全面的材料科学相关的基础知识。
本课程的覆盖面较宽，要介绍工程材料的分类、结构与性能，生产制备，科研和应用、和与经济和社会相容等内容，材料的进展历史，目前状况和进展趋势。
各章节除介绍相关材料的大体知识外，尽可能反映该领域的新功效、新进展及其在新技术中的应用。
用必要的例子生动地描述出该领域的大体情形、动态和趋势。
从那个意义上说，它不是一门传统的导论课，而是学生把握材料科学基础知识的基础课。
它让学生了解这一领域的基础、现状和前景。
课程对材料研究的假设干方式也做一些简介。
目标与任务：通过本课程教学，使学生对材料科学基础知识和材料的生产进程有一个较全面、较归纳的了解；对当前材料科学研究的前沿有初步了解；培育学生对材料科学的爱好。
初步把握各类工程材料的大体概念，包括组织、结构、性能、生产进程和工程应用和他们之间的彼此关系等；初步了解材料科学的研究前沿和我校材料学科的科研工作简况。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；本课程是材料专业的专业基础课，本课程的学习需要学生具有高等数学、大学物理、大学化学，固体物理等作基础，同时又是材料专业的专业课（如金属材料学、陶瓷材料学、高分子材料、功能材料等）的基础。
（四）教材与要紧参考书。
1、《 Materials Science and Engineering An Introduction 》6th edition, William D. Callister,JR., John Wiley & Sons, Inc. 20032、《材料科学与工程基础》顾宜主编化学工业出版社 20053、《材料科学与工程》Donald R. Askeland, Pradeep P. Phule, 清华大学出版社4、《材料科学与工程导论》王高潮主编机械工业出版社5、《复合材料科学与工程》倪礼忠陈麒编著，科学出版社 20026、《材料结构分析基础》余焜编著科学出版社 20027、《材料科学与材料工程基础》， L. H. 范弗莱克著，夏宗宁、邹定国译，机械工程出版社，19848、《材料科学与材料工程导论》， K. M. 罗尔斯、.考特尼、J.伍尔夫著，范玉殿、夏宗宁、王英华译，科学出版社，19829、《The Science and Engineering of Materials》（3rd edition），，PWS Publishing Co，1994二、课程内容与安排（一）教学方式与学时分派教学方式：课堂教学，讨论，课下文献调研与综述，72学时（二）内容及大体要求第十二章陶瓷的结构与特性（参考时数：8）引言；陶瓷的晶体结构；硅酸盐陶瓷的结构；碳；陶瓷中的缺点；离子型材料中的扩散；陶瓷的相图；陶瓷的韧性断裂；陶瓷脆性断裂；应力-应变行为；塑性变形的机制；其他力学性能【重点把握】：陶瓷的晶体结构，陶瓷分类，陶瓷应力应变行为及塑性变形机制，【把握】：陶瓷的结构类型,离子性陶瓷的结构计算原那么,硅酸盐陶瓷的结构分类,碳的多种形态,陶瓷中的缺点类型,缺点密度计算,陶瓷的典型的应力应变行为特点,陶瓷塑性形变的机制【难点】：离子性陶瓷的结构预测与计算,缺点种类及密度计算第十三章陶瓷的应用于加工（参考学时数：8）引言；玻璃应用与温度特性；玻璃的成型；玻璃的热处置；玻璃陶瓷；可塑性矿物原料的特性；非塑性成份特性；传统陶瓷生产技术；耐火材料；特殊耐火材料；磨料陶瓷；压粉；带式浇铸；水泥；先进陶瓷的应用；【重点把握】：陶瓷的分类，陶瓷的成型方式【把握】：陶瓷的分类,不同种类的陶瓷加工成型的工艺类型,能够耐火的温度和稳固利用的温度,玻璃的成型工艺类型,玻璃的生产工艺,传统陶瓷应用和种类,工具陶瓷应用和种类,功能陶瓷应用和种类,耐火陶瓷应用和种类,结构陶瓷应用和种类,特殊陶瓷的应用和种类【难点】：陶瓷的性能与应用,陶瓷的成型工艺和生产工艺第十四章聚合物的结构（参考学时数：8）引言；烃分子；聚合物分子；聚合物分子化学；分子量；聚合物分子形状；聚合物分子结构；分子构型；共聚物；聚合物晶性；聚合物结晶机理；【重点把握】：聚合物的分类，聚合物的结构层次，聚合物的分子量与聚合度【把握】：均聚物，共聚物，结构单元，接枝聚和物，线形聚合物，交联聚合物，网状聚合物，立体同分异构，顺式立构，反式立构，无规立构，相间共聚物，嵌段共聚物，无规共聚物，晶体结构，球晶结构，链折叠模型，数均分子量，质均分子量，聚合度【难点】：聚合物的结构层次，聚合物的分子量和聚合度第十五章聚合物的特性、应用与加工（参考学时数：12）应力-应变行为；宏观形变；粘弹性形变；聚合物的断裂；其他特性；部份晶化聚合物的形变；阻碍晶化聚合物力学特性的因子；高弹体形变；晶化；熔化；玻璃转变；熔化温度和玻璃转变温度；阻碍熔化和玻璃转变温度的因子；塑料；高弹体；纤维；其他应用；先进聚合物材料；聚合；聚合物填加剂；塑料的成型技术；高弹体的生产；纤维和薄膜的生产【重点把握】：聚合物的应力应变行为，聚合物的弹性和塑性变形机理，聚合物的晶化、熔化和玻璃转变现象和阻碍熔化和玻璃转变温度的因子【把握】：聚合物的应力应变行为，宏观变形，粘弹性行为，聚合物的断裂，其他力学特性，部份晶化聚合物的形变，音响部份晶化聚合物的力学特性的因子，高弹体的形变，晶化，熔化，玻璃转变，熔化和玻璃转变温度，阻碍熔化和玻璃转变的因子，塑料，高弹体，纤维，其他应用，先进聚合物材料，聚合，添加剂，塑料成型技术，高弹体的生产，纤维和薄膜的生产【难点】：聚合物的弹性和塑性变形机理，聚合物材料的生产与加工第十六章复合材料（参考学时数：10）引言；大-颗粒复合材料；分散-强化复合材料；纤维长度的阻碍；纤维浓度和取向的阻碍；纤维相；基体相；聚合物基复合材料；金属基复合材料；陶瓷基复合材料；碳-碳复合材料；杂化复合材料；纤维增强复合材料生产；层状复合材料；三明治板料【重点把握】：复合材料的分类，复合材料的各向异性，增强想对复合材料性能的阻碍，基体相的性能特点，复合材料的力学特性【把握】：大颗粒复合材料，分散强化复合材料，纤维长度的阻碍，纤维浓度和取向的阻碍，纤维相，基体相，聚合物基体复合材料，金属基体复合材料，碳-碳复合材料，其它复合材料，纤维增强复合材料生产，片状复合材料，三明治结构复合材料【难点】：阻碍复合材料的性能的因素，纤维增强复合材料的轴向和横向拉伸强度、弹性模量的计算第十七章材料的侵蚀与退化（参考学时数：4）引言；溶胀和溶解；键合裂解；风化；电化学侵蚀；侵蚀速度；侵蚀速度的预测；钝化；环境效应；侵蚀的类型；氧化；侵蚀环境；侵蚀防护【重点把握】：引言，金属的侵蚀，陶瓷材料的侵蚀，聚合物材料的退化，侵蚀案例研究【把握】：电化学侵蚀，侵蚀速度，侵蚀速度预测，钝化，环境效应，侵蚀形式，侵蚀环境，侵蚀防护，氧化，聚合物的溶胀和溶解，键合裂解，聚合物的风化，人造全髋关节替换【难点】：电化学侵蚀的速度计算和侵蚀防护，侵蚀形式和侵蚀环境第十八章电学性能（参考学时数：6）引言；欧姆定律；电导率；导电机制；固体的能带结构；用能带和原子键合模型说明导电；电子迁移率；金属的电阻率；商业合金的电子特性；本征半导体导电性；非本征半导体的导电性；电导率和载流子浓度与温度的关系；霍尔效应；半导体器件；离子材料的电导；聚合物的电特性；电容；场矢量和极化；极化类型；介电常数对频率的依托关系；介电强度；介电材料；铁电性；压电性【重点把握】：导体的导电机理及规律，半导体的导电机理及规律，介电行为规律【把握】：欧姆定律，电导率，电子导电和离子导电，固体中的能带结构，导电的能带和原子成健模型说明，电子迁移率，金属的电阻率，商用合金的电学特性，内禀半导体，外禀半导体，电导率和载流子浓度随温度的转变，霍尔效应，半导体器件，离子材料中的导电，聚合物的电学特性，电容，场矢量和极化，极化的类型，介电常数的频率依托性，介电强度，绝缘材料，铁电材料，压电材料【难点】：不同材料的导电机理和所遵从的规律第十九章热学特性（参考学时数：2）引言；热容；热膨胀；热导率；热应力【重点把握】：定压热容，定容热容，热膨胀系数，热应力【把握】：热容的物理含义，定压热容，定容热容，热导率，热胀冷缩的机理，热应力的来源。
材料科学基础前三章课程要点总结
1.绪论材料科学基础的核心问题：材料结构和性能的关联2. 第一章第1节（1）晶体和非晶体的区别（2）空间点阵和结点的定义（3）点阵的基本特征：周期性和等同性（4）晶胞和晶格常数的定义（5）七大晶系的名称、结构特征和对称性规律（要求记忆）（6）14种布拉维点阵并理解其来源（去掉重复的和保持对称性）（7）布拉维点阵和晶体结构的关系，如何从晶体结构获得点阵信息（熟悉ɑ铀, NaCl, Zn三个例子）（8）掌握密排六方HCP的结构，画出完整的中间层原子结构图，掌握c/a比值（9）晶胞与原胞的区别3. 第一章第2节（1）掌握三种晶体结构FCC，BCC，HCP并记住代表性材料（2）理解钢球模型，掌握原子半径、晶胞原子数、配位数、堆垛密度的计算方法（3）间隙的概念和种类，间隙大小的定义（4）掌握FCC，BCC，HCP三种晶体结构中八面体、四面体间隙的位置（坐标），数量以及尺寸。
4. 第三章第3节（1）晶面指数的标定步骤及立方晶系常见的晶面指数（2）掌握晶面族的概念，能写出{100}，{110}，{111}，{112}, {123}晶面族所包含的晶面（3）掌握晶向指数的标定方法，常见的晶向指数，了解行走法确定晶向指数，能写出<100>, <111>, <110>, <112>晶向族所包括的晶向；（4）六方晶系四指数晶面指数标定方法，能写出底面、侧面、对角面的晶面指数；掌握四指数晶向指数的标定方法，熟记轴向、角二等分线方向的晶向的写法及长度，基于此能够熟练写出特殊晶向的指数。
掌握六方晶系的中由三指数晶向变换为四指数的方法；（5）面密度和线密度的概念及计算方法。
5. 第一章第4节（1）掌握晶体的堆垛方式和堆垛次序的概念；（2）简单立方沿{100}，{110}晶面的堆垛次序；（3）HCP{0001}面的堆垛次序以及错位矢量；（4）FCC{200}面的堆垛次序以及错位矢量，重点掌握{111}面的堆垛次序及错位矢量。
材料科学基础第2章
4.离子的堆积：离子晶体通常由负离子堆积成骨架， 正离子按其自身大小位于相应负离子空隙（负离子 配位多面体）中。
堆积方式有:立方最密堆积、六方最密堆积、立方体 心堆积、四面体堆积
材料科学基础第2章
2.4.3 离子晶体的结构规则—鲍林规则 1.负离子配位多面体规则——鲍林第一规则
在正离子周围形成一个负离子配位多面体，正负离子之 间的距离取决于离子半径之和，而配位数则取决于正负离 子的半径之比。
这一规则符合最小内能原理。根据这一规则，描述和理 解离子晶体结构时，将其视为由负离子配位多面体按一定 方式连接而成，正离子处于配位多面体的中央。
➢首先，由于负离子的半径一般都大于正离子半径，故在离 子晶体中，正离子往往处于负离子所形成的多面体的间隙 中。
属于A2B3型化合物结构的离子晶体： Cr2O3、 -Fe2O3、Ti2O3、V2O3等
➢α -Al2O3是一种重要的陶瓷材料。 ➢高纯度氧化铝陶瓷可以用做高压钠灯内管和微波窗 口等。 ➢掺Cr的氧化铝单晶（红宝石）用做仪表轴承等精 密部件和固体激光材料
材料科学基础第2章
4 ABO3型化合物的结构
Z+/CN+=Z-/CNCN-=Z-/Z+*CN+ 用于确定负离子的配位数（ CN- ） Z+和Z-分别是正负离子电价； CN+和CN- 分别是正负离子的配位数。
材料科学基础第2章
2、 电价规则(pauling第二规则)
在稳定的离子晶体结构中，位于负离子配 位多面体内的正离子价电荷，平均地分给它 周围的配位负离子。
3 负离子多面体共顶、棱、面规则(pauling第三规则)
808材料科学基础讲义
808材料科学基础讲义第一章引言材料科学是研究材料的组成、性质、结构和性能之间关系的学科。
808材料科学基础讲义旨在介绍材料科学的基本概念、原理和应用。
本讲义将涵盖材料的分类、结构与性质、材料制备与加工等内容，帮助学习者建立起对材料科学的基础理解。
第二章材料的分类材料可以根据其组成、结构和性质进行分类。
常见的分类方法包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
金属材料具有良好的导电性和机械性能，常用于制造结构件和导电部件。
陶瓷材料具有良好的耐热性和耐腐蚀性，常用于制造耐火材料和绝缘材料。
高分子材料具有良好的电绝缘性和可塑性，常用于制造塑料和橡胶制品。
复合材料由两种或两种以上的材料组合而成，具有综合性能优异的特点，广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑等领域。
第三章材料的结构与性质材料的性质与其结构密切相关。
材料的结构可以从微观和宏观两个层面进行描述。
微观结构主要指材料的晶体结构和非晶体结构。
晶体结构具有规则的原子排列方式，可以通过X射线衍射等方法进行表征。
非晶体结构具有无序的原子排列方式，常见于玻璃等非晶态材料。
宏观结构主要指材料的晶粒大小、晶界和孪晶等缺陷。
材料的性质包括力学性能、热学性能、电学性能等。
力学性能包括强度、硬度、韧性等指标，热学性能包括热膨胀系数、导热系数等指标，电学性能包括导电性和绝缘性等指标。
第四章材料制备与加工材料的制备与加工是指将原材料转化为具有特定形状和性能的材料的过程。
常见的材料制备方法包括熔融法、溶液法、气相法和固相法等。
熔融法是指将原材料加热至熔化状态，然后冷却固化成型的方法。
溶液法是指将原材料溶解在适当的溶剂中，然后通过结晶、蒸发等方式得到所需的材料。
气相法是指利用气相反应或气相沉积等方式制备材料。
固相法是指通过固相反应或烧结等方式制备材料。
材料的加工包括塑性加工、热加工和表面处理等。
塑性加工是指通过变形、锻造等方式改变材料的形状和性能。
热加工是指通过加热、熔化等方式改变材料的形状和性能。
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材料制备过程涉及:
➢ 物质传递 ➢ 相平衡 ➢ 相与相之间的转变 ➢ 固体与固体反应形成新的固体 ➢ 粉末的烧结
生物医学
荧光显微分析
外科手术
疾病诊断和治疗
生物检测与传感
发光生物 标记材料
药物传递
Hale Waihona Puke 生物医学纳米颗粒“靶向性”药物
激光照射肿瘤部位： ➢激发量子点发出光子 ➢光子促使抗癌药物释放
，杀伤癌细胞
生物分子多色标记
能源
四代照明电光源技术
照明技术 照明色 白炽灯 单色 日光灯 日光色
节能灯 LED照明
多色, 全色
发热量低、绿色环保；价格高 （功耗节约8-15倍、亮度增加4-5倍、 寿命30-50倍，长期使用成本较低）
能源
半导体照明应用实例
能源
太阳能电池
太阳能电池板
空间站太阳能电池板 太阳能电池手机
航天
太空飞行器
交通
高速列车
«材料科学基础»的基本任务
制备过程
组成
结构
性质
应用
材料结构包括多个方面：
➢ 理想固体的晶体结构 ➢ 固体的缺陷结构(包括表面结构) ➢ 非晶态固体结构 ➢ 电子结构 ➢ …………
材料科学基础(II)
目标和任务
材料的应用领域
••• ••• 航天
信息
材料
交通
能源 生物
信息
信息的产生------发光、激光 信息的传输------光波导、光纤、光放大 信息的存储------磁记录、光存储 信息的显示------各类显示器
基本要求：强度高、速度快、容量大，灵敏度高------通过开发不同性 质材料来实现
信息
光纤放大器 光存储
镧系掺杂 透明发光材料
显示
激光 三维显示
信息
超大规模集成电路
显示
光存储
电子计算机
微型化核心------集成电路中线宽的不断降低 350nm→180nm→120nm→90nm→45nm→???
信息
电子陶瓷材料与器件
小型化-片式电子元器件
电极 陶瓷介质 片式多层微波器件简易图
多色, 全色
发光效率(lm/W) 效率低 (12-24) 效率较高 (30-50)
高效率(50-100)
高效率(50-200)
特点
高耗电、寿命短、易碎 废弃物有汞污染、易碎 （光效是白炽灯5-8倍，寿命8-10倍）
省电、废弃物有汞污染、易碎
高效节能、寿命长、响应快、体积小 且可平面封装、易集成、使用安全、