材料科学基础说课
《材料科学基础》教学教案
《材料科学基础》教学教案导论一、材料科学的重要地位生产力发展水平，时代发展的标志二、各种材料概况金属材料陶瓷材料高分子材料电子材料、光电子材料和超导材料三、材料性能与内部结构的关系原子结构、结合键、原子的排列方式、显微组织四、材料的制备与加工工艺对性能的影响五、材料科学的意义第一章材料结构的基本知识§1-1 原子结构一、原子的电子排列泡利不相容原理最低能量原理二、元素周期表及性能的周期性变化§1-2 原子结合键一、一次键1．离子键2．共价键3．金属键二、二次键1．范德瓦尔斯键2．氢键三、混合键四、结合键的本质及原子间距双原子模型五、结合键与性能§1-3 原子排列方式一、晶体与非晶体二、原子排列的研究方法§1-4 晶体材料的组织一、组织的显示与观察二、单相组织等轴晶、柱状晶三、多相组织§1-5 材料的稳态结构与亚稳态结构稳态结构亚稳态结构阿累尼乌斯方程第二章材料中的晶体结构§ 2-1 晶体学基础一、空间点阵和晶胞空间点阵，阵点（结点）晶格、晶胞坐标系二、晶系和布拉菲点阵7 个晶系14 个布拉菲点阵表2-1三、晶向指数和晶面指数1．晶向指数确定方法，指数含义，负方向，晶向族2．晶面指数确定方法，指数含义，负方向，晶向族3．六方晶系的晶向指数和晶面指数确定方法，换算4．晶面间距密排面间距大5．晶带相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合晶带定律：hu+kv+lw=0• 晶向指数和晶面指数确定练习，例题§2-2 纯金属的晶体结构一、典型金属晶体结构体心立方bcc面心立方fcc密排六方hcp1．原子的堆垛方式面心立方：ABCABCAB—C—密排六方：ABABA—B —2．点阵常数3．晶胞中的原子数4．配位数和致密度晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数晶体结构中原子体积占总体积的百分数5．晶体结构中的间隙四面体间隙，八面体间隙二、多晶型性:-Fe, :-Fe, :-Fe例：碳在:-Fe中比在-Fe中溶解度大三、晶体结构中的原子半径1温度与压力的影响2.结合键的影响3.配位数的影响§ 2-3离子晶体的结构一、离子晶体的主要特点正、负离子二、离子半径、配位数和离子的堆积1.离子半径2.配位数表2-63.离子的堆积三、离子晶体的结构规则1.负离子配位多面体规则一鲍林第一规则配位多面体是离子晶体的真正结构基元2.电价规则一鲍林第二规则3.负离子多面体共用点、棱与面的规则一鲍林第三规则四、典型离子晶体的结构6 种§ 2-4共价晶体的结构一、共价晶体的主要特点原子晶体二、典型共价晶体的结构第三章晶体缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷§3-1 点缺陷一、点缺陷的类型空位、间隙原子Schottky, Frenkel 缺陷晶个畸变二、点缺陷的产生1．平衡点缺陷及其浓度2．过饱和点缺陷的产生高温淬火、辐照、冷加工3．点缺陷与材料行为扩散物理性能：电阻，密度减小体积增加力学性能：蠕变，强度，脆性§3-2 位错的基本概念一、位错与塑性变形实际屈服强度远低于刚性滑移模型得到的G/30.50 年代中期证实位错的存在二、晶体中位错模型及位错易动性1．刃型位错2．螺型位错3．混合型位错4．位错的易动性图4-12三、柏氏矢量1．确定方法2．柏氏矢量的意义原子畸变程度已滑移区与未滑移区的边界滑移矢量位错线的性质3．柏氏矢量的表示方法练习四、位错的运动1．位错的滑移外加切应力方向、晶体滑移方向、位错线运动方向与柏氏矢量之间关系图4-18 、4-19 、4-20 ，表4-12．位错的攀移通过扩散实现割阶的产生正应力影响3．作用在位错上的力F d二：b五、位错密度=SN:二n/A六、位错的观察图4-24 , 4-25§ 3-3位错的能量及交互作用一、位错的应变能U= :Gb二、位错的线张力图4-30：=Gb/(2R)三、位错的应力场及与其它缺陷的交互作用1位错的应力场螺位错：纯剪切刃位错：正应力为主2.位错与点缺陷的交互作用溶质原子形成的应力场与位错应力场可发生交互作用。
《材料科学基础》课程教学大纲
《材料科学基础》课程教学大纲一、《材料科学基础》课程说明（一）课程代码：08131015（二）课程英文名称：Fun dame ntals of Materials Scie nee（三）开课对象：材料物理专业（四）课程性质：《材料科学基础》是材料科学与工程系各专业本科生的一门重要的专业基础课，以介绍工程材料的基础理论为目的，既具有较强的理论性，又与生产实际有紧密的联系。
研究材料的成份、组织结构、性能及三者间的关系。
（五）教学目的：掌握有关工程材料的基本理论和知识，训练用所学理论分析实际问题的方法和思路。
初步掌握材料的科学实验方法和有关的实验技术；掌握定量、半定量地解决工程材料问题的方法。
（六）教学内容：本课程主要包括工程材料中的原子排列、固体中的相结构、凝固、相图、固体中的扩散、塑性变形、回复与再结晶、固态相变、复合效应与界面，以上内容都是材料科学的基础理论，它对于发展新材料、培养学生创新能力具有深远的意义。
（七）学时数、学分数及学时数具体分配学时数：72学时分数：4 学分学时数具体分配：（八）教学方式：以讲授为主的教学方式。
（九）考核方式和成绩记载说明：考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。
综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40%，期末成绩占60%。
二、讲授大纲与各章的基本要求第一章工程材料中的原子排列教学要点：通过本章的学习使学生掌握固体中原子的排列方式和分布规律，包括固体中的原子是如何相互作用并结合起来的，晶体的特征及其描述方法，晶体结构的特点，各种晶体间的差异，以及晶体结构中缺陷的类型及性质。
这些都是本章重点介绍的内容。
这些知识不仅是学习材料学科课程的基础，也是学习其他专业课程比不可少的基础。
1. 掌握晶面、晶向的表示方法2 •熟悉三种典型的晶体结构3 •晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质4•位错的应力场和应变能；位错的运动与交互作用教学时数：13 学时教学内容：第一节原子键合一、固体中的原子的结合键（金属键、共价键、离子键、分子键、氢键）二、工程材料的分类第二节原子的规则排列一、晶体学基础（晶体、结构、空间点阵、布拉菲点阵晶面指数、晶向指数、晶面间距）二、晶体结构及其几何特征（金属中常见晶体结构、陶瓷的晶体结构）第三节原子的不规则排列一、点缺陷（平衡浓度、形成、结构和能量）二、线缺陷（位错的基本类型、柏氏矢量、位错密度、作用在位错上的力及位错的运动、位错的应力场与应变能位错之间的交互作用、位错的增值、塞积与交割、实际晶体中的位错）三、面缺陷（晶界、亚晶界、挛晶界和相界）考核要求：1、原子键合1.1 固体中的原子的结合键（识记）1.2 工程材料的分类（领会）2、原子的规则排列2.1 晶体学基础（领会）2.2 晶体结构及其几何特征（识记）3、原子的不规则排列3.1点缺陷（应用）3.2线缺陷（应用）3.3面缺陷（领会）第二章固体中的相结构教学要点：通过本章的学习使学生掌握固熔体、化合物、陶瓷晶体相、玻璃相及分子相等五类。
《材料科学基础》课件
THANKS
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稳定性
材料在化学环境中保持其组成和结构的能力。
腐蚀性
材料与化学物质反应的能力，一些材料容易受到腐蚀。
活性
材料参与化学反应的能力和程度。
耐候性
材料在各种气候条件下的稳定性，如耐紫外线、耐风雨等。
材料的力学性质
弹性模量
描述材料抵抗弹性变形的能力。
硬度
材料表面抵抗被压入或划痕的能力。
韧性
材料吸收能量并抵抗断裂的能力。
材料科学的发展历程
总结词
概述材料科学的发展历程，包括重要的里程碑和代表 性人物。
详细描述
材料科学的发展历程可以追溯到古代，如中国的陶瓷和 青铜器制作，古埃及的石材加工等。然而，材料科学作 为一门独立的学科是在20世纪中期才开始形成的。在 这个时期，一些重要的里程碑包括开发出高温超导材料 、纳米材料和光电子材料等新型材料，这些材料的出现 极大地推动了科技的发展。同时，一些杰出的科学家如 诺贝尔奖得主也在这个领域做出了卓越的贡献。随着科 技的不断进步，材料科学的发展前景将更加广阔。
。
绿色材料与可持续发展
绿色材料
采用环保的生产方式，开发具有环保性能的新型材料，如可降解 塑料、绿色建材等。
节能减排
通过采用新型材料和技术，降低能源消耗和减少污染物排放，实现 节能减排的目标。
可持续发展
推动材料科学的发展，实现经济、社会和环境的协调发展，促进可 持续发展。
非晶体结构与性质
非晶体的结构特征
非晶体中的原子或分子的排列是无序的，不遵循长程有序的晶体 结构。
非晶体的物理和化学性质
非晶体的物理和化学性质与晶体不同，如玻璃态物质具有较好的化 学稳定性和机械强度。
材料科学基础教案第一章
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静电力(electrost高分子链
Atomic Structure and Interatomic Bonding
第一章原子结构和键合
第二节 原子间的键合
材料的微观结构（Microstructure of Materials）
决定材料性质最为本质的内在因素： 组成材料各元素原子结构； 原子间相互作用、相互结合； 原子或分子在空间的排列和运动规律； 以及原子集合体的形貌特征。
取代基围绕特定原子在空间的排布规律。
构型
构造
近程结构
单体通过聚合反应连接而成的链状分子，称为高分子链。 高分子中的重复结构单元的数目称为聚合度。 高分子链的化学组成不同，化学和物理性能也不同。
链结构单元的化学组成（the Chemistry of mer unito) 碳链高分子 聚乙烯（见书9）
一、金属键（Metallic bonding）
典型金属原子结构：最外层电子数很少，即价电子（valence electron）极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子（Free electron），并在整个晶体内运动，弥漫于金属正离子组成的晶格之中而形成电子云（electron cloud）。 金属中自由电子与金属正离子之间相互作用构成的键合称为金属键。 绝大多数金属均以金属键方式结合，基本特点——电子的共有化
诱导力(induction)
色散力(dispersive force)
贰
壹
《材料科学基础》课件
晶体与非晶体材料
晶体材料具有有序排列的原子或分子结构，而非晶体材料具有无序排列的结 构。晶体材料的性质受到晶体结构的影响。
材料物理性质
材料的物理性质包括密度、热导率、电导率、磁性等。这些性质影响着材料 在各种条件下的表现和应用。
材料化学性质
材料的化学性质指的是材料与其他物质发生化学反应的能力和性质。它们决定了材料的耐腐蚀性、稳定 性和反应性。
常见材料的分类和特征
金属
金属具有良好的导电性和导热性，适用于制 造结构件和导电元件。
聚合物
聚合物具有轻量、耐疲劳等特点，适用于制 造塑料制品和弹性件。
陶瓷
陶瓷具有优良的耐高温性和绝缘性，适用于 制造耐磨、耐腐蚀的零部件。
复合材料
复合材料具有多种材料的优点，适用于制造 航空航天和汽车等领域的高性能材料。
汽车
应用于汽车制造中的车身和发动机部件。
电子
应用于电子器件的制造，如半导体材料等。
《材料科学基础》PPT课 件
本课件将介绍材料科学的基础知识，包括材料科学的概述、晶体与非晶体材 料、材料的物理性质和化学性质、常见材料的分类和特征、材料的加工方式， 以及材料工程应用。
材料科学概述
材料科学是研究材料的组成、结构、性质和应用的学科。它涉及各种材料，包括金属、陶瓷、聚合物和 复合材料。
材料加工
1
原材料采集
从矿石、石油等中采集原材料，准备
材料处理
2
进入加工过程。
通过熔融、挤压、锻造等方式改变材
料的形态和性能。
3
零部件制造
将材料加工成适合使用的零部件，如
总装与测试
4
铸件、锻件、塑料制品等。
将零部件组装成成品，进行测试和质 量检查。
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。
材料科学基础教案教学资料
材料科学基础教案教学资料一、教学目标1.了解材料科学基础的概念和发展历史；2.掌握材料结构与性质之间的关系；3.了解材料的功能和分类；4.了解常用的材料制备方法；5.培养学生的科学实验能力和创新意识。
二、教学内容1.材料科学基础的概念和发展历史（1）材料科学基础的概念（2）材料科学基础的研究内容（3）材料科学基础的发展历史2.材料结构与性质的关系（1）晶体结构与材料性质（2）非晶态结构与材料性质（3）晶体缺陷与材料性质3.材料的功能和分类（1）机械性能（2）热性能（3）光学性能（4）电磁性能（5）材料分类4.常用的材料制备方法（1）粉末冶金法（2）溶液法（3）气相法（4）涂覆法（5）薄膜制备方法5.科学实验和创新意识（1）开展相关实验：材料性质测试、材料制备等（2）培养学生的科学实验能力（3）鼓励学生进行材料科学的创新研究三、教学方法1.讲授法：通过课堂讲解，向学生传授材料科学基础的知识。
2.实验教学法：引导学生开展相关实验，探索材料的性质和制备方法。
3.讨论交流法：组织学生小组讨论，进行学习心得的交流和分享。
4.案例分析法：通过案例分析，激发学生的学习兴趣，提高解决问题的能力。
四、教学评价1.考试评价：设置选择题、判断题、填空题等形式的考试题，评价学生对材料科学基础知识的理解和掌握程度。
2.实验报告评价：评价学生在开展实验过程中的实验设计、数据处理和结论总结的能力。
3.讨论表现评价：评价学生在讨论交流中的表现，包括思考问题的深度和表达观点的能力。
五、教学资料教材：《材料科学基础》参考书目：《材料科学导论》、《材料科学基础概论》实验资料：相关实验操作指导书、实验数据处理和分析指导手册案例分析：相关材料科学的案例分析材料六、教学进度安排1.第一节课：材料科学基础的概念和发展历史（学时：2小时）2.第二节课：材料结构与性质的关系（学时：2小时）3.第三节课：材料的功能和分类（学时：2小时）4.第四节课：常用的材料制备方法（学时：2小时）5.第五节课：科学实验和创新意识（学时：2小时）七、教学备注本教案以材料科学基础为主题，通过讲授、实验、讨论等多种教学方法，旨在培养学生对材料科学基础知识的理解和掌握能力，为学生进一步学习和研究材料科学提供基础。
《材料科学基础》教学教案要点
《材料科学基础》教学教案要点第一篇：《材料科学基础》教学教案要点《材料科学基础》教学教案导论一、材料科学的重要地位生产力发展水平，时代发展的标志二、各种材料概况金属材料陶瓷材料高分子材料电子材料、光电子材料和超导材料三、材料性能与内部结构的关系原子结构、结合键、原子的排列方式、显微组织四、材料的制备与加工工艺对性能的影响五、材料科学的意义 1第一章材料结构的基本知识§1-1 原子结构一、原子的电子排列泡利不相容原理最低能量原理二、元素周期表及性能的周期性变化§1-2 原子结合键一、一次键 1．离子键 2．共价键 3．金属键二、二次键 1．范德瓦尔斯键 2．氢键三、混合键四、结合键的本质及原子间距双原子模型五、结合键与性能§1-3 原子排列方式一、晶体与非晶体二、原子排列的研究方法§1-4 晶体材料的组织一、组织的显示与观察二、单相组织等轴晶、柱状晶三、多相组织§1-5 材料的稳态结构与亚稳态结构稳态结构亚稳态结构阿累尼乌斯方程第二章材料中的晶体结构§2-1 晶体学基础一、空间点阵和晶胞空间点阵，阵点（结点）晶格、晶胞坐标系二、晶系和布拉菲点阵 7个晶系 14个布拉菲点阵表2-1三、晶向指数和晶面指数 1．晶向指数确定方法，指数含义，负方向，晶向族 2．晶面指数确定方法，指数含义，负方向，晶向族3．六方晶系的晶向指数和晶面指数确定方法，换算 4．晶面间距密排面间距大 5．晶带相交和平行于某一晶向直线的所有晶面的组合晶带定律：hu+kv+lw=0● 晶向指数和晶面指数确定练习，例题§2-2 纯金属的晶体结构一、典型金属晶体结构体心立方bcc 面心立方fcc 密排六方hcp 1．原子的堆垛方式面心立方：ABCABCABC——密排六方：ABABAB——2．点阵常数 3．晶胞中的原子数 4．配位数和致密度晶体结构中任一原子周围最邻近且等距离的原子数晶体结构中原子体积占总体积的百分数 5．晶体结构中的间隙四面体间隙，八面体间隙二、多晶型性α-Fe, γ-Fe, δ-Fe 例：碳在γ-Fe 中比在α-Fe中溶解度大三、晶体结构中的原子半径 1．温度与压力的影响 2．结合键的影响 3．配位数的影响§2-3 离子晶体的结构一、离子晶体的主要特点正、负离子二、离子半径、配位数和离子的堆积 1．离子半径 2．配位数表2-6 3．离子的堆积三、离子晶体的结构规则1．负离子配位多面体规则—鲍林第一规则配位多面体是离子晶体的真正结构基元 2．电价规则—鲍林第二规则3．负离子多面体共用点、棱与面的规则—鲍林第三规则四、典型离子晶体的结构 6种§2-4 共价晶体的结构一、共价晶体的主要特点原子晶体二、典型共价晶体的结构第三章晶体缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷§3-1 点缺陷一、点缺陷的类型空位、间隙原子Schottky, Frenkel 缺陷晶个畸变二、点缺陷的产生1．平衡点缺陷及其浓度neN=C-ue=AexpkT 2．过饱和点缺陷的产生高温淬火、辐照、冷加工 3．点缺陷与材料行为扩散物理性能：电阻，密度减小体积增加力学性能：蠕变，强度，脆性§3-2 位错的基本概念一、位错与塑性变形实际屈服强度远低于刚性滑移模型得到的G/30.50年代中期证实位错的存在二、晶体中位错模型及位错易动性1．刃型位错2．螺型位错3．混合型位错 4．位错的易动性图4-12三、柏氏矢量 1．确定方法 2．柏氏矢量的意义原子畸变程度已滑移区与未滑移区的边界滑移矢量位错线的性质 3．柏氏矢量的表示方法练习四、位错的运动 1．位错的滑移外加切应力方向、晶体滑移方向、位错线运动方向与柏氏矢量之间关系图4-18、4-19、4-20，表4-1 2．位错的攀移通过扩散实现割阶的产生正应力影响 3．作用在位错上的力 Fd=τb Fd=σb五、位错密度ρ=S/V ρ=n/A六、位错的观察图4-24，4-25§3-3 位错的能量及交互作用一、位错的应变能 U=αGb2二、位错的线张力图4-30 τ=Gb/(2R)三、位错的应力场及与其它缺陷的交互作用 1．位错的应力场螺位错：纯剪切刃位错：正应力为主 2．位错与点缺陷的交互作用溶质原子形成的应力场与位错应力场可发生交互作用。
《材料科学基础教案》PPT课件
1学时 1学时 2学时 3学时 2学时 1学时
教材及教学参考书
1.,《材料科学基础教程》 赵品 XX工业大学出版社 2.《材料科学基础教程习题与解答》 赵品 XX工业大学出版社 3.《材料科学基础》 赵品 XX工业大学出版社 1999年 4.《金属学原理》 刘国勋主编 工业冶金出版社 1980年 5.《金属学》 胡庚祥主编 上海科技出版社 1980年 6.《金属学教程》卢光熙主编 机械工业出版社 1985年 7.《金属学原理》 李 超主编 哈工大出版社 1996年 8.《材料科学基础》 马泗春主编 XX科学技术出版社 1998年 9.《材料科学基础》石德珂主编 XX交大出版社 1995年
第二部分 总纲
• 一、课程性质及教学目的 • 二、课程内容 • 三、与其它课程的关系 • 四、教学对象 • 五、教学时间 • 六、教学地点 • 七、教学指导思想 • 八、教学重点 • 九、教学难点 • 十、教学方法 • 十一、学时分配 • 十二、教学过程 • 十三、实验内容 • 十四、教材及教学参考书
编 XX科学技术出版社 1998年
7《材料科学基础》石德珂主编 XX交大出版社
1995年
讲授内容
1、材料在国民经济中的重要地位与作用 2、材料的分类 3、材料的发展历史 4、材料科学的发展方向 5、本课程的任务与内容
材料在国民经济中的重要地位与作用
材料是用来制造各种有用物件的物质. 它是人类生存与发展、征服和改造自然的物质基础,也是 人类社会现代文明的重要支柱.因此史学家将人类发展分为石 器时代、青铜器时代、铁器时代、水泥时代、钢时代、硅时 代和新材料时代.材料科学的发展及进步成为衡量一个国家科 学技术发展的重要标准.材料科学的发展在国民经济中占有极 其重要的地位,因此,材料、能源、信息被誉为现代经济发展 的三大支柱.
《材料科学基础教案》课件
《材料科学基础教案》PPT课件第一章：材料科学导论1.1 材料科学的定义和发展历程1.2 材料的分类和特性1.3 材料科学的研究内容和方法1.4 材料科学在工程中的应用第二章：材料的力学性能2.1 弹性、塑性和脆性2.2 材料的强度、硬度和韧性2.3 材料的热膨胀和导热性2.4 材料的疲劳和腐蚀性能第三章：材料的结构3.1 原子结构与元素的电子配置3.2 金属晶体结构3.3 非金属晶体结构3.4 材料的微观结构与宏观性能的关系第四章：材料的热处理和加工4.1 材料的热处理工艺和性能4.2 金属的铸造、焊接和热轧4.3 非金属材料的加工方法4.4 新型材料的加工技术和应用第五章：材料的选择与应用5.1 材料的选用原则和标准5.2 工程常用金属材料的选择与应用5.3 常用非金属材料的选择与应用5.4 新型材料在工程中的应用案例分析第六章：金属的腐蚀与防护6.1 金属腐蚀的基本类型和机理6.2 金属腐蚀的影响因素6.3 金属的腐蚀防护方法6.4 实例分析：金属腐蚀与防护的应用第七章：陶瓷材料7.1 陶瓷材料的定义和特性7.2 陶瓷材料的制备方法7.3 陶瓷材料的分类与应用7.4 先进陶瓷材料的最新发展第八章：高分子材料8.1 高分子材料的定义和结构8.2 高分子材料的制备方法8.3 高分子材料的性能与应用8.4 生物基高分子材料和可持续发展的关系第九章：复合材料9.1 复合材料的定义和特点9.2 复合材料的制备方法9.3 常见复合材料的类型与应用9.4 复合材料在航空航天和汽车工业中的应用第十章：纳米材料10.1 纳米材料的定义和特性10.2 纳米材料的制备方法10.3 纳米材料的应用领域10.4 纳米材料的发展趋势和挑战重点和难点解析重点一：材料科学的定义和发展历程解析：理解材料科学的定义是掌握整个学科的基础，对材料科学的发展历程有一个全面的了解，能够帮助我们更好地理解其在不同历史阶段的重要性。
重点二：材料的分类和特性解析：材料的分类是理解不同材料性质的基础，而特性则是材料应用的关键。
材料科学基础
材料科学基础一、教学内容本节课的教学内容来自于教材《材料科学基础》的第四章，主要内容包括：材料的力学性能、材料的物理性能、材料的化学性能等方面的知识。
通过本节课的学习，让学生了解和掌握不同材料的性能特点，以及这些性能对于材料在实际应用中的重要性。
二、教学目标1. 让学生了解和掌握材料的力学性能、物理性能和化学性能的基本概念和特点。
2. 培养学生对于材料性能在实际应用中的认识和理解。
3. 通过对不同材料性能的学习，提高学生的科学素养和思维能力。
三、教学难点与重点重点：材料的力学性能、物理性能和化学性能的基本概念和特点。
难点：不同材料性能在实际应用中的理解。
四、教具与学具准备教具：PPT、黑板、粉笔。
学具：教材《材料科学基础》、笔记本、文具。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示一些日常生活中的材料制品，如铁锅、塑料桶、玻璃杯等，引导学生思考这些材料的性能特点。
2. 概念讲解：在黑板上写出材料的力学性能、物理性能和化学性能的概念，并解释这些性能的定义和特点。
3. 例题讲解：通过PPT展示一些关于材料性能的例题，如金属的弹性、塑性、导电性等，引导学生理解和掌握这些性能。
4. 随堂练习：让学生结合教材中的练习题，自行解答，巩固所学知识。
5. 应用讨论：引导学生讨论不同材料的性能在实际应用中的重要性，如铁锅的导热性、塑料桶的耐腐蚀性等。
六、板书设计板书内容主要包括：1. 材料的力学性能、物理性能和化学性能的概念。
2. 不同材料的性能特点和应用实例。
七、作业设计2. 请举例说明不同材料的性能在实际应用中的重要性。
八、课后反思及拓展延伸本节课通过展示日常生活中的材料制品，引导学生思考材料的性能特点，通过例题讲解和随堂练习，让学生掌握材料的力学性能、物理性能和化学性能的基本概念和特点。
在教学过程中，要注意引导学生理解不同材料性能在实际应用中的重要性，提高学生的科学素养和思维能力。
在课后，可以引导学生进行拓展延伸，如查阅相关资料，了解更多的材料性能知识。
第一讲材料科学基础知识
晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是 代表着一组相互平行的晶面。
例如：求下列晶面的晶面指数(a=b=c)
1）建立坐标系，如图。（原点不能在待定晶面上）
Z c
（100）
2）求待定晶面在三个 坐标轴上的截距。 1、∞、 ∞ 3）取三个截距的倒数 1、0、0
Y
a X
b
4）化为最小整数， 加圆括号，（100）
材料的力学性能是指材料抵抗外力的能力， 指标包括：强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。
常见的工程载荷
材料的受力行为: 变形 + 断裂
基本过程:
弹性变形 → 塑性变形 → 断裂
变形类型:
• 弹性变形: 外力去除后,变形消失,材料恢复原来形状的变形 • 塑性变形: 外力去除后,材料不能恢复原来形状的永久变形
试验力来度量。
维氏硬度压痕
适用范围: 测量薄板类
二、动载下的力学性能指标
冲击韧性 断裂韧度 疲劳强度
1、冲击韧性
• 材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。 • 指标为冲击韧性值ak
试样冲断时所消耗的能量: 冲击功： A k = m g H – m g h (J)
冲击韧性值a k：
试样缺口处单位截面积所消耗的冲击功。
材料表面的显微结构（原子力显微镜）
金的(111)晶面结构Fra bibliotek硅表面原子排列
材料的显微结构对材料的性能具有相当大的影响。
晶体微观结构与性能
（碳的同素异构转变）
为什么化学组成相同（C）的石墨与金刚石有 完全不同的性质？
金刚石
石墨
富勒烯 (C60)
晶体微观结构与性能
（碳的同素异构转变）
材料中原子和离子的排列显著影响材料的性质
材料科学基础说课课件
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3.材料科学的形成是科学技术发展的结果
① 固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等学科的发展，对物质结构和 物性的深入研究，推动了对材料本质的研究和了解； 同时，冶金学、 金属学、陶瓷学等对材料本身的研究也大大加强，从而 对材料的制备、结构和性能，以及它们之间的相互关系的研究也愈来愈深 入，这为材料科学的形成打下了比较坚实的基础。
• 材料科学是多学科交叉与结合的结晶，是一门与工程技术密不可分的应用科 学。
• 材料科学对生产、使用和发展新材料具有指导意义。
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材料及材料科学的发展史
《材料科学导论-融贯的论述》，冯端、师昌绪、刘治国，化学工业出版社，2002
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1.材料是人类赖以生存和发展的物质基础
相反，习惯于用高分子材料的，也不想用金属材料或陶 瓷材料。
因此，科学技术发展对材料提出的新的要求，促进了材
料科学的形成。
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⑤ 复合材料的发展，将各种材料有机地联成了一体。
复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合，通过材料科学的研究， 可以对各种类型材料有一个更深入的了解，为复合材料的发展提供必要的 基础。
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② 在材料科学这个名词出现以前，金属材料、高分子材料与陶瓷材料科学都 已自成体系，它们之间存在着颇多相似之处，可以相互借鉴，促进本学科 的发展。
如马氏体相变本来是金属学家提出来的，而且广泛地用来作为钢热处理 的理论基础。但在氧化锆陶瓷材料中也发现了马氏体相变现象，并用来作 陶瓷增韧的一种有效手段。
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材料科学基础
《材料科学基础》备课教案第1讲绪论讲解5个方面内容：一.《材料科学基础》的基本概念二.材料科学的重要地位三.学习《材料科学基础》的必要性四.《材料科学基础》涵盖的主要内容五.如何学好《材料科学基础》？一.《材料科学基础》基本概念●什么是材料？○世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。
（板书）补充材料无处不在，无处不有（工农业生产、国防、科技、人民生活）○具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质谓之材料。
○材料是指人类社会能接受的，可以用来制造有用物品的物质。
●什么是材料科学？材料科学是研究材料成分、组织结构、制备工艺、材料性能及应用之间关系的学科。
●什么是材料科学基础？材料科学基础是将各种材料（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。
二.材料科学的重要地位材料是人类进步的里程碑材料是社会进步的基础，是人类进步程度的主要标志，所以人类社会的进步是以材料为里程碑。
每当出现一种新材料，社会生产就获得一次大发展，整个人类社会也就随着产生一次新的飞跃。
因此，历史学家往往把制造工具的原材料作为社会发展的标志。
从原始社会以来，人类经历了石器时代（旧、新）、青铜器时代、铁器时代。
如今，我们跨进电子材料的新时代。
●人类社会发展的历史阶段常常根据当时使用的主要材料来划分。
从古代到现在人类使用材料的历史共经历了6个时代：1. 石器时代公元前100万年它的作用和影响并不亚于现代科学技术中原子能的发现和利用。
2. 青铜时代公元前3000年3. 铁器时代公元前1000年4. 钢时代1800年（1854、1864年先后发明转炉、平炉炼钢；1887年高锰钢、1900年W18Cr4V高速钢、1903年硅钢、1910年奥氏体Cr18Ni8钢。
）5. 半导体时代1950年（1906年发明了电子管，1947年发明第1只晶体管，1958发明集成电路）6. 新材料时代1990年【新材料时代特征】不象以前的各个材料时代，它是一个由多种材料决定社会和经济发展的时代；新材料以人造为特征；新材料科学根据我们对材料的物理和化学性能的了解，为了特定的需要设计和加工而成的。
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。
材料科学基础教案
我们将研究材料的化学性质，例如反应性、腐 蚀性和酸碱性。
材料的加工和制备
1
材料加工方法
我们将介绍材料处理的各种方法，如锻造、注塑和挤压等。
2
常见的制备技术
我们将研究制备材料的方法，例如溶胶凝胶法、物理气相沉积法和化学气相沉积 法等。
3
材料分析技术
我们将介绍现代材料分析技术，例如电子显微镜、X射线衍射和原子力显微镜。
常见材料的应用
材料在工业中的应用
我们将看到在各种工业应用中使 用的材料，例如钢和混凝土。
材料在日常生活中的应用
我们将探索材料在我们的日常生 活中的应用，例如塑料袋和玻璃 制品。
高级材料的应用
我们将讨论高级材料的应用，例 如碳纤维复合材料和液晶聚合物。
材料科学的未来
1 先进加工技术
材料加工技术正在不断改进和创新，为未来开发新材料提供了更多的可能性。
材料科学基础教案
欢迎来到材料科学的世界！在本课程中，我们将探索各种各样的材料和它们 的应用，从日常生活中的塑料袋到高科技飞行器，材料科学在我们的生活中 扮演着至关重要的角色。
了解材料
材料的分类和特性
常见的材料分类
我们将介绍材料的分类及其特性， 例如金属、陶瓷、高分子材料和 复合材料。
我们将讨论常见的材料分类以及 它们的特点，例如热塑性聚合物 和热固性聚合物。
最常见的材料特性
我们将深入研究材料的特性，例 如密度、强度、硬度和电导率。
基础材料科学知识
原子结构和晶体结构
我们将深入了解材料的基本结构，包括晶体结 构和晶体缺陷。
材料的物理性质
我们将探讨材料的物理特性，例如电磁性、热 力学性质和光学性质。
材料的力学性质
材料科学基础教案模板范文
课程名称：材料科学基础授课对象：本科一年级课时安排：2课时教学目标：1. 理解材料科学的基本概念和研究对象。
2. 掌握材料的基本分类和特点。
3. 了解材料的性能及其影响因素。
4. 培养学生运用材料科学知识分析和解决实际问题的能力。
教学重点：1. 材料科学的基本概念和研究对象。
2. 材料的基本分类和特点。
3. 材料的性能及其影响因素。
教学难点：1. 材料科学的基本概念和研究对象的理解。
2. 材料分类和性能的掌握。
教学过程：一、导入1. 引导学生回顾高中所学的物理、化学等知识，使学生认识到材料科学在各个领域的应用。
2. 提出问题：什么是材料？材料科学的研究对象是什么？二、新课讲解1. 材料科学的基本概念和研究对象- 材料是构成物质世界的基础，具有使用价值。
- 材料科学是研究材料的组成、结构、性能和加工工艺的科学。
2. 材料的基本分类和特点- 金属材料：具有良好的导电性、导热性、延展性等。
- 非金属材料：包括陶瓷、塑料、橡胶等，具有绝缘性、耐腐蚀性等特点。
- 复合材料：由两种或两种以上不同材料复合而成，具有优异的综合性能。
3. 材料的性能及其影响因素- 强度、硬度、韧性、塑性、导电性、导热性等。
- 影响因素：材料的组成、结构、加工工艺等。
三、案例分析1. 举例说明材料科学在实际生活中的应用，如建筑材料、交通工具、电子产品等。
2. 分析案例中材料的选择依据，使学生理解材料性能与实际应用的关系。
四、课堂练习1. 学生根据所学知识，对以下材料进行分类：- 钢铁、铝、塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、复合材料等。
2. 分析以下材料的性能特点：- 钢铁：强度高、韧性好、耐腐蚀等。
- 塑料：绝缘性、耐腐蚀、轻便等。
五、总结与拓展1. 总结本节课所学内容，强调材料科学在各个领域的应用。
2. 引导学生关注材料科学的发展动态，拓展知识面。
教学反思：1. 通过本节课的学习，学生能够掌握材料科学的基本概念、分类和性能。
2. 注重案例分析，使学生将理论知识与实际应用相结合。
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3. 材料科学的形成是科学技术发展的结果
① 固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等学科的发 展，对物质结构和物性的深入研究，推动了对材料本质 的研究和了解； 同时，冶金学、 金属学、陶瓷学等对材料本身的研究也 大大加强，从而对材料的制备、结构和性能，以及它们 之间的相互关系的研究也愈来愈深入，这为材料科学的 形成打下了比较坚实的基础。
? 材料广泛地应用于机械、交通运输、建筑、能源等各行 各业等。
? 材料按化学状态分为：金属材料、陶瓷材料、无机非金 属材料、高分子材料、复合材料。
? 20世纪70年代，人们把信息、材料和能源作为社会文明 的支柱。
? 80年代，随着高技术群的兴起，又把新材料与信息技术、 生物技术并列作为新技术革命的重要标志。
? 在19世纪，热力学与经典统计力学相继问世，对于这两个 学科都有杰出贡献的科学家J W Gibbs于1878年发 表 了著名的长篇论文“论复相物质的平衡”(On the Equilibrium of Heterogeneous Substances)，从而对 物理化学产生深远的影响，同时也为理解材料的相平衡的 规律(包括相律)，乃至相变动力学等重要问题，提供了必 要的科学依 据。
材料要素
? 材料科学与工程所探讨的是材料的制备、结构、性能与功
效之间的相互关系。
Composition成分/结构
表征
合成/ Synthesis/ 加工
图3材料四要素（英国科学家）
性能 效能
图4 材料要素（中国）
材料科学的形成历史
? 与人类使用材料的漫长历史相比，科学家研究材料科学的 历史比较短暂。由于实用的金属与陶瓷材料多半是多组元 的复相物质，使得习惯于研究简单物质的科学家望之而却 步。因而长期以来，材料的发展依靠匠师们穷年累月里汇 聚起来的手艺、诀窍和经验。
? 现代社会，材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生 活的重要组成部分。
2.人类的文明史就是材料的发展史
材料是人类进化的里程碑，人类经历了： ? 石器时代 ? 青铜器时代（公元前5000 年） ? 铁器时代（公元前1200 年） ? 19世纪中叶，钢铁时代 ? 20世纪中叶，高分子材料 ? 电子材料时代（20世纪初）
? 高温高强度材料的出现，促进了宇航工业的发展； ? 隐形材料的研制成功，使现代战争扑朔迷离。
材料科学的作用
1. 研发新材料，需要材料科学理论指导； 2. 发展材料科学理论，必须融合其他学科，如物理、化学、
力学、生物医学、工程学的理论，进行交叉与渗透。如： ? 材料与物理—材料物理 ? 材料与化学－材料化学 ? 材料与力学－材料力学 ? 材料与生物医学－生物材料 ? 材料与工程学－材料工程
相反，习惯于用高分子材料的，也不想用金属材料或陶 瓷材料。
因此，科学技术发展对材料提出的新的要求，促进了材 料科学的形成。
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⑤ 复合材料的发展，将各种材料有机地联成了一体。 复合材料在多数情况下是不同类型材料的组合，通过材
料科学的研究，可以对各种类型材料有一个更深入的了 解，为复合材料的发展提供必要的基础。
? 材料科学是多学科交叉与结合的结晶，是一门与工程技术 密不可分的应用科学。
? 材料科学对生产、使用和发展新材料具有指导意义。
材料Байду номын сангаас材料科学的发展史
《材料科学导论 -融贯的论述》，冯端、师昌绪、刘治国，化学工业出版社， 2002
1. 材料是人类赖以生存和发展的物质基础
? 材料是人类用来制造机器、构件、器件和其他产品的物 质。
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② 在材料科学这个名词出现以前，金属材料、高分子材料 与陶瓷材料科学都已自成体系，它们之间存在着颇多相 似之处，可以相互借鉴，促进本学科的发展。 如马氏体相变本来是金属学家提出来的，而且广泛地用 来作为钢热处理的理论基础。但在氧化锆陶瓷材料中也 发现了马氏体相变现象，并用来作陶瓷增韧的一种有效 手段。
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③ 各类材料的研究设备与生产手段也有很多相似之处。 虽然不同类型的材料各有专用测试设备与生产装置，但
更多的是相同或相近的，如显微镜、电子显微镜、表面 测试及物理性能和力学性能测试设备等。
在材料生产中，许多加工装置也是通用的。研究设备与 生产装备的通用不但节约了资金，更重要的是相互得到 启发和借鉴，加速了材料的发展。
材料科学基础
说课 曾荣昌教授
? 材料及材料科学的发展史 ? 《材料科学基础》课程简介 ? 《材料科学基础》教材和参考书 ? 《材料科学基础》内容和重点 ? 《材料科学基础》学习方法
什么是材料科学（ materials science ） ？
? 材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺与材料 性质和使用效能，以及它们之间相互关系的科学。
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材料科学是现代科学技术发展的基础、工业生产的支柱
? 在近代科学技术的推动下，材料品种日益增多，不同效能 的新材料不断涌现，原有材料的性能也更为改善与提高。
? 硅半导体材料的工业化生产，使计算机技术进入了超大规 模集成电路时代；
? 到19世纪中叶以后，转炉与平炉炼钢相继问世，钢铁生产 开始成为大规模的企业。而钢铁热处理过程是影响钢铁质 量的关键问题，亟需科学研究。
? 科学家首先应用光学显微镜来观察抛光金属表面的显微组 织的变化，确定了一 些重要的物相，开辟了金相学这一 学科。
? 材料科学导论 ,冯端、师昌绪、刘治国 主编,化学工业出版社 ,2006.01
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④ 科学技术的发展，要求不同类型的材料之间能相互代替， 充分发挥各类材料的优越性，以达到物尽其用的目的。
长期以来，金属、高分子及无机非金属材料学科相互 分 割，自成体系。由于互不了解，习惯于使用金属材料的想 不到采用高分子材料，即使想用，又对其不太了解，不敢 问津。