材料性能与表征无机材料物理性能教学大纲

材料性能与表征无机材料物理性能教学大纲

一、课程介绍

《材料性能与表征》是材料类专业学生的学科基础课程。本课程主要介绍材料的力学、热学、光学、磁学、电学的特性和表征方法，目的是使学生充分认识材料的物理性能以及这些性能在人类物质生活中的意义，学会利用这些知识解释有关材料的许多现象，认识材料的宏观性能与微观机制的联系，为材料的合成、制备、加工和应用指明方向。主要内容包括：材料的受力变形、材料的脆性断裂与强度，材料的热学性能，材料的光学性能，材料的磁学性能，材料的电学性能等。教学部分共含32个理论学时，16个实践环节学时。

Introduction

“Properties and Characterization of Materials” is the main professional fundamental course for materials science and engineering students. This course mainly introduces the mechanical, thermal, optical, electrical and magnetic properties and characterization method of materials. The main purpose of this course is to make students fully understand the physical properties of materials and theirs significance in human materials life, learn to explain many phenomena of the materials by these knowledge, to understand the relationship between the macroscopic properties and microscopic mechanisms of materials, and to point out the directions for the synthesis, preparation, processing and application of the materials. The main contents of this course are listed as follows: stress deformation of materials, brittle fracture and strength of materials, thermal properties of materials, optical properties of materials, magnetic properties of materials, electrical properties of materials. The teaching part of this course includes 32 theoretical credit hours and 16 practical credit hours.

课程基本信息

二、教学大纲

1、课程目标

1）掌握材料性能的基本理论及其主要影响因素，培养学生对抽象问题的认识，使学生能够针对具体的材料工程问题，建立数学模型并求解。

2）系统掌握材料的组成、结构、合成与制备等对材料性能的影响，掌握组成、结构与性能之间的基本规律，并能够针对具体的材料工程问题进行分析。

3）学会从原子、分子角度认识、分析材料的各种宏观物理性能，并能借助文献研究及相关科学方法，对材料复杂工程问题进行分析、比较并提出解决方案。

4）掌握材料的制备、加工、性能检测与分析的基本知识及仪器，并了解相关的信息技术工具，工程工具和模拟软件的使用原理和方法。

5）熟练使用材料性能检测仪器，能借助专业软件对实验结果进行归纳、分析和解释，并能够对复杂工程问题进行分析、计算、设计和模拟。

教学目标与毕业要求的对应关系表

2、教学要求

（1）掌握材料物理性能的基本理论，了解其主要影响因素、善于抓住问题的主要方面、从而能够针对具体的材料工程问题进行抽象处理，建立数据模型并求解。

（2）掌握材料的组成、结构与性质之间的内在联系与影响规律，从而能够针对材料复杂工程问题进行分析。

（3）学会从微观角度分析分析材料的宏观物理性能，并能就某个材料工程领域的复杂工程问题通过文献研究或相关科学方法，进行分析、比较并得出正确的结论及解决方案。

（4）通过理论及实验教学使学生掌握材料领域现代技术、设备、仪器仪表的基本原理和使用方法，能够使用专业软件对实验结果进行归纳、分析和解释，并掌握利用相关软件对材料和工艺过程进行表述、设计和模拟的方法。

（5）通过课堂讲授，讨论及实验等环节，使学生养成善于思考，从科学问题着眼，实事求是的态度。激发学生学习专业知识的兴趣和动力，为学生更好的规划自己专业阶段学习打下坚实的基础。

3、预备知识或先修课程要求

前期课程要求掌握、“材料力学”、“普通物理”、“物理化学”等相关内容。另外，对材料工艺学相关知识有所了解，将更有利于学生对本课程内容的理解与掌握，在没有开设相关前期预备课程的条件下，任课教师则在授课伊始，告知学生预习相关知识。

4、教学方式

本课程由理论讲授和实验操作两部分组成，理论授课32学时，多媒体教学，教师讲授与课堂讨论相结合；实验操作16学时，以学生操作为主，教师讲授、答疑为辅。

5、实验环境和设备

实验室配有测试材料力学、热学，光学、电学、磁学性能的各种仪器以及相关的样品加工设备，能够满足学生实验的基本需求。

6、课程教学内容及学时分配

第1章绪论（1学时）

本章教学要求：掌握无机非金属材料、金属材料及高分子材料的分类及特点，了解材料在人类生产、生活中的地位和作用。

本章教学目的：使学生明确本课程的研究对象，了解本课程在课程体系中的位置和作用。第2章材料的受力形变（7学时）

2.1材料的应力与应变

2.2材料的弹性形变

2.3材料中晶相的塑性形变

2.4材料的高温蠕变

2.5高温下玻璃相的粘性流动

本章教学要求：掌握在外力作用下无机非金属材料、金属材料及高分子材料的变形行为，认识这一过程中不同材料所表现出的性能及特点。

本章教学目的：根据不同材料在外力作用下所表现的性能并结合其制备工艺过程，掌握各种材料的组成、结构、性质之间的基本规律。并了解不同材料的性能特点及其所适用的力学性能测试方法的异同。

第3章材料的脆性断裂与强度（8学时）

3.1脆性断裂现象

3.2理论结合强度

3.3 Griffith微裂纹理论

3.4应力场强度因子和平面应变断裂韧性

3.5裂纹的起源与快速扩展

3.7显微结构对材料脆性断裂的影响

3.8提高无机材料强度改进材料韧性的途径

3.9 材料的硬度及测试方法

本章教学要求：掌握影响不同材料性能差异的微观机制及其评判依据。掌握强度、断裂韧性等在材料设计、使用过程中的应用；了解提高无机材料韧性、改善脆性的措施，并与金属材料、高分子材料进行比较。

本章教学目的：掌握无机非金属材料，高分子材料、金属材料强度、韧性等性质与使用