2020版《材料科学与工程基础》
《材料科学与工程基础》课后习题答案
材料科学与工程基础课后习题答案习题1题目：什么是材料的物理性质？举例说明。
解答：材料的物理性质是指材料在没有发生化学变化的情况下所表现出的性质。
这些性质可以通过物理测试来测量和确定。
举例来说，导电性和热导性就是材料的物理性质之一。
例如，金属材料具有良好的导电性和热导性，能够传递电流和热量。
而绝缘材料则具有较低的导电性和热导性，不易传递电流和热量。
习题2题目：简述晶体结构和晶体缺陷的区别。
解答：晶体结构是指材料中原子或离子的排列方式和规律。
晶体结构可以分为晶格、晶胞和晶体点阵等几个层次。
晶格是指晶体内部原子或离子排列的周期性重复性。
晶胞是晶格的一个最小重复单元，由晶体中少数几个原子或离子构成。
晶体点阵是指晶格的三维空间排列方式。
晶体缺陷是指晶体结构中存在的瑕疵或缺陷。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷是指晶体结构中原子或离子的位置发生了失序或替代，造成了空位、间隙原子、杂质原子等。
线缺陷是指晶体结构中存在了位错或脆性裂纹等缺陷。
面缺陷是指晶体结构中存在了晶界或孪晶等缺陷。
习题3题目：为什么变形会引起材料性能的改变？解答：变形是指材料在外力作用下发生的形状和大小的改变。
变形可以导致材料性能的改变主要有以下几个原因：1.晶体结构改变：变形会导致晶体结构中原子或离子的位置发生移动和重排，从而改变了晶体的结构和性质。
2.结晶颗粒的尺寸和形状改变：变形会导致晶体中晶界的移动和晶体颗粒的形状改变，这会影响材料的力学性能和导电性能等。
3.动态再结晶：变形过程中，材料中原来存在的缺陷和结构不完善的区域可能会发生动态再结晶，从而改善了材料的性能。
4.内应力的释放：变形会导致材料内部产生应力，这些应力可能会引起材料的开裂、断裂和强度变化等。
综上所述，变形会引起材料性能的改变是由于晶体结构、结晶颗粒、动态再结晶和内应力等因素的综合作用所导致的。
习题4题目：什么是材料的力学性能？举例说明。
解答：材料的力学性能是指材料在力学加载下所表现出的性能。
《材料科学与工程基础》题集
《材料科学与工程基础》题集大题一：选择题1.下列哪一项是材料的基本属性？A. 密度B. 颜色C. 形状D. 体积2.材料的力学性能主要包括哪一项？A. 导电性B. 耐腐蚀性C. 强度D. 透明度3.下列哪一项不是金属材料的常见类型？A. 钢铁B. 铝合金C. 陶瓷D. 铜合金4.材料的硬度是指其抵抗什么的能力？A. 拉伸B. 压缩C. 弯曲D. 刻划5.下列哪一项是热塑性材料的特性？A. 在加热后不能变形B. 在加热后可以永久变形C. 在冷却后可以恢复原形D. 在任何温度下都不易变形6.材料的韧性是指其在受力时什么的能力？A. 易碎B. 易弯曲C. 吸收能量而不破裂D. 迅速恢复原形7.下列哪一项是陶瓷材料的主要成分？A. 金属B. 塑料C. 无机非金属D. 有机物8.复合材料是由哪两种或多种材料组合而成的？A. 同一种材料的不同形态B. 不同性质的材料C. 相同性质的材料D. 任意两种材料9.下列哪一项不是高分子材料的特性？A. 高强度B. 高韧性C. 低密度D. 低耐温性10.材料的疲劳是指其在什么条件下性能逐渐降低的现象？A. 持续受力B. 持续加热C. 持续冷却D. 持续暴露在潮湿环境中大题二：填空题1.材料的密度是指单位体积内材料的______。
2.材料的导电性是指材料传导______的能力。
3.金属材料的晶体结构常见的有______、体心立方和面心立方。
4.陶瓷材料因其______、高硬度和高耐温性而被广泛应用于高温和腐蚀环境。
5.复合材料的优点包括高强度、高刚性和良好的______。
6.高分子材料的分子结构特点是具有长链状的______结构。
7.材料的疲劳强度是指材料在______作用下抵抗破坏的能力。
大题三：判断题1.材料的力学性能只包括强度和硬度。
（）2.金属材料都是良好的导体。
（）3.陶瓷材料的主要成分是金属。
（）4.复合材料的性能总是优于其单一组分的性能。
（）5.高分子材料的耐温性一般较低。
《材料科学与工程基础》-第二章-课后习题答案.pdf
材料科学与工程基础 - 第二章 - 课后习题答案2.1 选择题1.D2.B3.C4.A5.D2.2 填空题1.结构、性质、性能、制备、应用2.金属、陶瓷、聚合物3.晶体4.金属材料、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料5.原子、分子2.3 简答题1.材料科学与工程的基础概念和特点有：–材料科学：研究材料的结构、性质、制备和性能等方面的科学。
–材料工程：研究通过控制材料的结构和制备方法，得到具有特定性能和使用寿命的材料并应用于工程中。
材料科学与工程的特点包括：–综合性：材料科学与工程是一门综合性的学科，涉及物理、化学、力学、热学等各个学科。
–实用性：材料科学与工程以实际应用为目的，研究如何通过控制材料的结构和性能，满足工程和产品的需求。
–发展性：随着科技的进步和社会的发展，材料科学与工程也在不断发展，涌现出各种新材料和新技术。
2.不同材料的结构特点及其对材料性能的影响–金属材料：金属材料具有密排列的晶体结构，其晶粒间有较好的连续性，导致金属材料具有良好的导电性、导热性和机械性能。
–陶瓷材料：陶瓷材料以离子键或共价键为主要结合方式，具有非常硬、脆和耐高温的特点，但导电性差。
–聚合物材料：聚合物材料由长链状分子构成，具有良好的绝缘性、柔韧性和可塑性，但强度和硬度较低。
–复合材料：复合材料由不同的两种或更多种材料组成，通过它们的相互作用产生优异的整体性能。
同时，复合材料的结构也决定其性能。
3.材料的制备方法包括：–金属材料的制备方法有铸造、锻造、挤压、焊接等。
–陶瓷材料的制备方法有干法制备和湿法制备等。
–聚合物材料的制备方法有合成聚合法、溶液聚合法、熔融聚合法等。
–复合材料的制备方法有增强相法、混合相法、层压法等。
4.材料性能的测试方法包括：–机械性能的测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
–热性能的测试方法有热膨胀试验、热导率测试等。
–电学性能的测试方法有导电性测试、介电常数测试等。
–光学性能的测试方法有透光率测试、折射率测试等。
本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲 (1)
四川大学本科课程《材料科学与工程基础》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》（FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING）课程号（代码）：30014530课程类别：专业基础课学时/学分：48 /3先修课程：大学化学、大学物理、物理化学适用专业：高分子材料与工程等二级学科材料类专业开课时间：大学二年级下期二、课程的目的及任务材料科学与工程是二十世纪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等二级学科材料类专业的学生必须同时具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。
本课程是材料类专业的学科基础课程，是联系基础课与专业课的桥梁。
本课程从材料科学与工程的“四要素”出发，采用“集成化”的模式，详细讲授金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等各种材料的共性规律及个性特征。
使学生建立材料制备/加工——组成/结构——性能---应用关系的“大材料”整体概念，从原理上认识高分子材料等各种材料的基本属性，及其在材料领域中的地位和作用。
为以后二级学科“中材料”专业课程的学习、材料设计、以及材料的应用等奠定良好基础。
本课程采用中文教材与英文原版教材相结合，实施“双语”教学。
使学生通过本课程的学习，熟悉材料科学与工程领域的主要英文专业词汇，提高对英文教材的阅读理解能力。
三、课程的教学内容、要点及学时分配（以红字方式注明重点难点）第一章绪论（1学时）本章概要：简要介绍材料的定义及分类，材料科学与工程的基本内容。
使学生了解本课程的学习内容和学习方法。
讲授要点：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、要求第二章材料结构基础（15学时）本章概要：按照从微观到宏观、从内部到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序，阐述原子电子结构、原子间相互作用和结合方式，固体内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构的有序性、无序性和转变规律及相互关系。
第四章第一讲材料科学与工程基础（顾宜
第四章第⼀讲材料科学与⼯程基础（顾宜幻灯⽚1第四章材料的性能materials property性能决定⽤途。
本章对材料的⼒学性能、热性能、电学、磁学、光学性能以及耐腐蚀性，复合材料及纳⽶材料的性能进⾏阐述。
幻灯⽚24－1 固体材料的⼒学性能Mechanical Properties of Solid Materials结构件：⼒学性能为主⾮结构件：⼒学性能为辅，但必不可少幻灯⽚3mechanical property of materialsstress and strainElastic deformationModulusViscoelasticitypermanent deformationStrengthFracture幻灯⽚44-1-1 材料的⼒学状态mechanical states of matrials1.⾦属的⼒学状态A 晶态结构，B 较⾼的弹性模量和强度，C 受⼒开始为弹性形变，接着⼀段塑性形变，然后断裂，总变形能很⼤，D 具有较⾼的熔点。
幻灯⽚5某些⾦属合⾦A 呈⾮晶态合⾦，B 具有很⾼的硬度和强度，C 延伸率很低⽽并不脆。
D 温度升⾼到玻璃化转变温度以上，粘度明显降低，发⽣晶化⽽失去⾮晶态结构。
幻灯⽚62. ⽆机⾮⾦属的⼒学状态A 玻璃相熔点低，热稳定性差，强度低。
B ⽓相（⽓孔）的存在导致陶瓷的弹性模量和机械强度降低。
C 陶瓷材料也存在玻璃化转变温度Tg。
D 绝⼤多数⽆机材料在弹性变形后⽴即发⽣脆性断裂，总弹性应变能很⼩。
陶瓷材料的⼒学特征⾼模量⾼硬度⾼强度低延伸率幻灯⽚73. 聚合物的⼒学状态（1）⾮晶态聚合物的三种⼒学状态①玻璃态②⾼弹态③粘流态幻灯⽚8（2）结晶聚合物的⼒学状态T m 、T fA 结晶聚合物常存在⼀定的⾮晶部分，也有玻璃化转变。
B 在T g 以上模量下降不⼤C 在T m 以上模量迅速下降D 聚合物分⼦量很⼤，T m < T f ，则在T m 与T f 之间将出现⾼弹态。
顾宜《材料科学与工程基础》课后题答案
顾宜《材料科学与工程基础》课后题答案第一章：引言1.1 材料科学与工程基础的重要性材料科学与工程基础是现代工程领域不可或缺的一门基础课程。
它包括了材料科学与工程学科的基本原理和方法，为后续学习和研究提供了必要的基础知识。
材料是任何工程的基础，它在各个领域中都扮演着重要角色，如机械工程、电子工程、航空航天工程等。
因此，熟悉材料的结构、性质和应用对于工程师来说至关重要。
1.2 材料科学与工程基础的学习目标材料科学与工程基础的学习目标如下： - 理解材料的基本概念和分类方法； - 掌握材料制备、表征和性能分析的基本技术； - 理解不同材料的特性和应用； - 开发解决材料工程问题的能力。
第二章：晶体结构与晶体缺陷2.1 晶体的结构晶体是由原子、离子或分子按照一定的排列方式组成的长程有序固体结构。
晶体的结构可以通过晶体的晶胞来描述，晶胞是最小的重复单元。
2.2 晶体的缺陷晶体的缺陷指的是在晶体结构中存在的不完整或不规则的区域。
晶体的缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。
点缺陷包括空位、插入原子和替代原子等。
线缺陷包括位错和脚位错。
面缺陷包括晶界和层错。
第三章：物理性能与力学性能3.1 物理性能物理性能是指材料的一些基本物理特性，如密度、热导率、电导率等。
物理性能的好坏对材料的应用和工程设计具有重要影响。
3.2 力学性能力学性能是指材料在力学作用下的表现。
常见的力学性能包括强度、硬度、韧性、可塑性等。
力学性能的好坏决定了材料在工程中的使用范围和耐久性。
第四章：金属材料4.1 金属的结构与特性金属是指电子云密度较大、以金属键连接的材料。
金属的结构特点是具有密堆结构和离域电子特性。
4.2 金属的物理性能与力学性能金属材料具有良好的导电性、导热性和延展性，对磨损和腐蚀有较好的抵抗能力。
金属材料的力学性能受材料的组织和处理方式的影响。
第五章：陶瓷材料与玻璃材料5.1 陶瓷材料的分类与特性陶瓷材料是以非金属元素为主要成分的材料，分为晶体陶瓷和非晶态陶瓷两大类。
陕西科技大学硕士研究生考试845《材料科学与工程基础》考试大纲
陕西科技大学2020年硕士研究生考试《材料科学与工程基础》考试大纲（总分150分，考试时间3小时）掌握材料科学与工程学科的内涵、范畴及研究内容，能将材料科学的基础理论与国内国际材料的发展实践相结合，揭示材料组成—材料结构－材料性质三者之间的联系。
第一章晶体结构缺陷1.掌握晶体结构中的点缺陷。
2.掌握几种典型的无机化合物晶体结构（钙钛矿、尖晶石、金红石等）。
3.掌握固溶体的分类及研究方法。
4.缺陷化学反应式的建立。
本章重点：晶体结构中点缺陷的分类。
本章难点：固溶体的分类及研究方法。
第二章熔体与玻璃体基本要求：1.熔体的结构。
2.熔体的性质。
3.玻璃的通性。
4.玻璃的形成。
5.玻璃的结构学说。
6.常见玻璃的结构。
7.玻璃的热历史。
本章重点：玻璃的形成条件。
本章难点：熔体和玻璃体的结构。
第三章相平衡基本要求：1.理解硅酸盐系统相平衡特点。
2.理解相图热力学的基本原理。
3.掌握单元系统相图及应用。
4.掌握二元系统相图及应用。
5.掌握三元系统相图及应用。
本章重点：二元和三元系统基本相图。
本章难点：专业相图的应用。
第四章扩散基本要求：1.扩散方程。
2.扩散过程的热力学理论。
3.扩散过程的微观理论。
4.固体材料中的扩散及影响扩散的诸因素。
本章重点：扩散过程的微观理论。
本章难点：扩散过程的热力学理论。
第五章固相反应基本要求：1.了解固相反应及动力学特征。
2.掌握固相反应的动力学方程。
3.熟识影响固相反应的因素。
本章重点：固相反应及动力学特征。
本章难点：固相反应的动力学方程。
第六章相变基本要求：1.了解相变的分类。
2.掌握液—固相变过程。
3.掌握相图的热力学推导。
4.掌握液—液相变过程。
本章重点：液—固相变过程。
第七章烧结基本要求：1.了解烧结的基本概念及推动力。
2.掌握固相烧结和液相烧结的四种传质方式。
3.掌握晶核生长与二次再结晶。
4.深刻理解影响烧结的因素及特种烧结原理。
本章重点：液—固相变过程。
材料科学与工程基础第十一章 复合材料
二、复合材料的分类
按基体材料分类 ： 无机非金属基复合材料 1） 如陶瓷基、水泥基复合材料等。 有机材料基复合材料， 2） 如塑料基、橡胶基复合材料。
金属基复合材料。 3） 如铝基、铜基、镍基、钛基复合材料等。
27
0.17
27
0.21
25
0.53
20
1.03
97
0.67
150
0.66
100
1.0
57
0.5
46
0.38
75
2.良好的抗疲劳性能
由于纤维增强复合材料特别是纤维.树脂复合材料对缺口应力集中敏感性小，而且纤维 和基体界面能够阻止疲劳裂纹扩展和改变裂纹扩展方向，因此复合材料有较高的疲劳 极限(图11-6)。实验表明，碳纤维增强复合材料疲劳极限可达抗拉强度的70%～80%， 而金属材料只有其抗拉强度的40%一50%。
1.比强度和比模量高 强度和弹性模量与密度的比值分别称为比强度和比模量。
表11-2金属与纤维增强复合材料性能比较
性能
钢 铝 钛 玻璃钢 高强碳纤维-环氧 高模碳纤维-环氧 硼纤维-环氧 有机纤维PRD-环氧 SiC纤维-环氧 硼纤维-铝
密度 (gcm-3)
7.8 2.8 4.5 2.0 1.45 1.6 2.1 1.4 2.2 2.65
2）纤维和基体之间有一定结合强度，这样才能保证基体所承受的载荷能通过界 面传递给纤维，并防止脆性断裂。
3）纤维的排列方向要和构件的受力方向一致，才能发挥增强作用。 4）纤维和基体之间不能发生使结合强度降低的化学反应。 5）纤维和基体的热膨胀系数应匹配，不能相差过大，否则在热胀冷缩过程中会 引起纤维和基体结合强度降低。
“材料科学与工程基础”第二章习题 答案题目整合版.
“材料科学与工程基础”第二章习题1. 铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。
ρ铁＝7.8g/cm3 1mol 铁＝6.022×1023 个=55.85g所以， 7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X /(0.287×10-7)3cm3X ＝1.99≈2（个）2.在立方晶系单胞中，请画出：（a ）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角； （b ）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。
（c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。
（a ）[2 1 1]和[1 0 0]之夹角θ＝arctg2=35.26。
或cos θ==， 35.26θ=（b ）cos θ==35.26θ= （c ） a=0.5 b=0.75 z = ∞倒数 2 4/3 0 取互质整数（3 2 0）3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。
室温下的原子半径R ＝1.444A 。
（见教材177页） 点阵常数a=4.086A最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0.598A4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。
在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01所以 （2.11×12.01）/(97.89×55.85)＝0.1002 即 碳占据八面体的10％。
5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。
请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。
见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得，单元内包含一个圆（纤维）的面积。
第四章第八讲材料科学与工程基础(顾宜
幻灯片14-5 耐腐蚀性Corrosion and Degradation of MaterialsTypes and mechanism of corrosion and degradation of materialsPhysical deterioration , chemical degradation and weathering of polymer materials Electrochemical corrosion and other corrosion of metallic materialswhy ceramic materials are, in general,very resistant to corrosion.幻灯片24-5 耐腐蚀性(anti-corrosion)腐蚀---材料在遭受化学介质、湿、气、光、氧、热等环境因素作用下发生恶化变质的现象腐蚀分类：(1) 腐蚀作用性质：物理、化学、电化学(2) 腐蚀环境和过程：高温、大气、前质腐蚀等(3) 腐蚀形态：全面、局部金属：电化学、化学（氧化）腐蚀无机：化学高分子：化学、物理腐蚀幻灯片34-5-1物理腐蚀 physical deterioration环境介质作用，以物理变化发生破坏的腐蚀高分子材料为主类型：溶胀和溶解应力开裂渗透破坏影响因素：介质浓度温度温度变化液体流动应力大小作用周期复合材料：界面引起腐蚀幻灯片41、高分子材料的耐溶剂性溶剂分子渗入材料内部破坏大分子间的次价键与大分子发生溶剂化作用（1）溶解性溶解度参数=（CED）1/2 内聚能密度Gm=Hm - T SmGm<0时，溶解过程才能进行幻灯片5(2)渗透性(permeability)与渗透破坏渗透----液体分子或气体分子可从聚合物膜高浓度侧扩散到较低浓度一侧的现象q = -D (dc/dx)·A·t稳态时，渗透率（液体）J = q / A·t = D / L（c1-c2）（c1>c2）A、t、D分别为面积、时间及扩散系数膜厚度为L，膜两侧浓度差为（c1-c2）对于气体，C=Sp，（p---蒸汽压）渗透系数P=DS 式中S为溶解度系数J = DS (p1-p2) / L = P (p1-p2) / L 聚合物的结构和物理状态对渗透性影响甚大幻灯片6(3)影响高分子材料耐溶剂性的因素Sm 放热量Gm 耐溶剂性大分子热运动扩散耐溶剂性温度柔性耐溶剂性结晶、取向、交联，M 耐溶剂性渗透性影响高分子材料耐溶剂性的因素2、环境应力开裂在应力（外加的或内部的残余应力）与某些介质（如活性物质）共同作用下，高分子材料出现银纹，并进一步生长成裂缝，直至发生脆性断裂介质的影响，只有溶解度参数差值在某一范围内时，才易引起局部溶胀，导致环境应力开裂。
材料科学与工程基础PPT学习教案
聚丙烯制品
战斗机机舱罩
防弹玻璃
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防火、防高温
F1 赛车服
第6页/共92页
1.1 材料的定义、分类及基本性质
1. 材料的定义
• Webster编“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、陶瓷 、塑料等）。
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光的波粒二象性
1905年爱因斯坦提出光子学说，指出光不 仅是电磁波而且是一种光子流。即光具有波粒
二象性。动量为p的光子，其波长为l，二者之
间通过普朗克常数h联系起来，即：
P＝h/l
普朗克常数 h=6.626×10-34J·s
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爱因斯坦关系式
作用
传播
E h
p h/l
传 统 的 CRT显 示 器
OLED显 示 器
柔性可折叠
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OLED广角显示
OLED数码显示超薄时钟
第29页/共92页
1.4本课程的主要内容
1.本课程的主要内容
材料科学与工程是研究材料的成分、组织结构、制备工 艺、材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。将各 种材料（包括金属、无机非金属、高分子材料）的微观结 构和宏观结构规律建立在共同的理论基础上，研究材料结 构对性能影响的共性规律，涵盖了材料科学和材料工程的 基础理论。
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2. 材料工程 材料工程：是工程的一个领域， 其目的在于经济地，而又为社会 所能接受地控制材料的结构、性 能和形状。
第22页/共92页
材料科学与工程基础第一章
(3) 用途
• 结构材料：电视机壳体、冰箱壳体、轴 承、机械零件
• 绝缘材料：漆包线、电缆、绝缘版、电 器零件
• 建筑材料：贴面板、地贴
• 包装材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料
• 涂装：涂料
• 粘合剂：粘合剂
• 日用：织物（衣服）胶鞋
•
运输：轮胎，传送带 材料科学与工程基础第一章
四、复合材料
由两种或两种以上组分组成，并 具有与其组成不同的新的性能的 材料称为复合材料。
往伴随化学变化。 • 材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到
产品的转变过程不发生化学变化。 • 3. 材料与物质 • 材料可由一种或多种物质组成。 • 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得
到用途各异、类型不同的材料。
材料科学与工程基础第一章
• 4．材料是人类文明的里程碑 迄今为止，人类使用材料的历史已
• • • 铸铁 • •
灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 特殊性能铸铁
材料科学与工程基础第一章
• (2) 有色金属
• 五大类
• 轻金属 （<4.5g/cm2）铝、镁、钠、钙
• 重金属 (>4.58/cm2) 铜、镍、铅、锌
• 贵金属
金、银、铂、铑
• 类金属（半）
硅、硒、绅、硼
• 稀有金属
钛、锂、钨、钼、镭
钛结构自行车：钛合金的应用场合非常特 殊，一般用于需要抗腐蚀、耐疲劳、高弹 性的场合。
新型轮胎
填补龋齿的新材 料——新型陶瓷
材料科学与工程基础第一章
形状记忆合金
原始形状
拉直
加热后恢复
材料科学与工程基础第一章
原始形状 折成球形装 太阳能加热后 入登月舱
材料科学与工程基础
材料科学与工程基础
材料科学与工程是一门研究材料的结构、性能、制备和应用的综合性学科。
在
现代工程领域中，材料科学与工程的基础知识至关重要，它涉及到材料的选择、设计、加工和性能评价等方面，对于提高产品质量、降低成本、延长使用寿命都起着至关重要的作用。
材料科学与工程的基础知识主要包括材料的结构与性能、材料的制备与加工、
材料的表征与测试等内容。
首先，材料的结构与性能是材料科学与工程的核心内容之一。
材料的结构包括原子结构、晶体结构和晶粒结构等，而材料的性能则包括力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。
通过对材料的结构与性能进行深入的研究，可以为材料的设计和应用提供重要的理论基础。
其次，材料的制备与加工是材料科学与工程的另一个重要内容。
材料的制备包
括熔炼、溶解、沉淀、成型等过程，而材料的加工则包括锻造、轧制、挤压、注塑等工艺。
通过对材料的制备与加工进行研究，可以实现材料的精密控制和优化，从而提高材料的性能和降低成本。
最后，材料的表征与测试也是材料科学与工程的重要组成部分。
材料的表征包
括显微结构观察、成分分析、物相分析等内容，而材料的测试则包括力学性能测试、热学性能测试、电学性能测试和光学性能测试等。
通过对材料的表征与测试，可以全面了解材料的性能特点，为材料的选用和应用提供科学依据。
综上所述，材料科学与工程基础知识对于现代工程领域具有重要意义。
掌握材
料的结构与性能、制备与加工、表征与测试等基础知识，可以为工程技术人员提供科学的指导，从而实现产品质量的提高和技术水平的提升。
希望本文所述内容能够对材料科学与工程的学习和研究有所帮助。
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案第二章2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。
2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。
2-3.试计算N壳层内的最大电子数。
若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算O壳层内的最大电子数。
并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。
2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。
2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：（1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合（3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合（5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？2-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。
《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中文课件-3-5-297
聚合物 聚乙烯醇 聚苯乙烯 PMMA 聚碳酸酯 环氧树脂 氯丁橡胶 硅橡胶
氧指数 22.5 18.1 17.3 26~22 19.3 26.3 26~39
聚乙烯 聚丙烯 氯化聚乙烯 PVC 聚四氟乙烯 聚酰胺 软质PVC
College of Materials Science & Engineering
材料的介电性(dielectric property)
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
1．介质极化、电容、介电常数
真空电容 Co=Qo/V ＝ε0 A/ l 介质中电容 C＝Q/V=εA/l ε。真空电容率(或真空介电常数)，8．85xl0-12 F／m Ε 介质的电容率（或介电常数） permittivity
燃烧过程：材料不断热分解，始终在表面空气中燃烧， 无残渣。
条件：温度、氧气（空气） College of Materials Science & Engineering
2、材料的燃烧特性 燃烧速度 燃烧反应放热值 3、临界氧指数 Limiting Oxygen Index 能够维持稳定燃烧的最小氧浓度 >0.27的聚合物是有自熄性 self-extinguish (1) 仅由C、H、O元素组成，临界氧指数为0.16~0.18 (LOI)
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NORTH UNIVERSITY OF CHINA
热膨胀性 （Thermal Expension)
热膨胀 材料的体积或长度随温度升高而增大的现象 原因：原子或分子的热运动 线膨胀 l =(1/ l )d l /dT 体膨胀 V =(1/ V )d V /dT 影响因素 ① 温度 T升高，增大 ② 结构 键能大，减小 无机材料 小，10-5~10-6 金属 中，1~3×10-5 高分子 大，2.5~25×10-5 NORTH UNIVERSITY OF CHINA
武汉工程大学复试-《材料科学与工程基础综合》2020年考研专业课大纲
武汉工程大学2020年硕士研究生复试《材料科学与工程基础》考试大纲参考教材：《材料科学与工程基础》蔡珣编著,上海交通大学出版社参考书：《材料科学基础》石德珂主编,机械工业出版社《材料科学基础》张联盟主编,武汉理工大学出版社《材料科学与工程导论》杨瑞成等主编哈尔滨工业大学出版社一内容(1)导论了解各种材料概况；掌握材料性能与内部结构的关系；理解材料的制备与加工工艺对性能的影响；（2）材料结构的基本知识掌握原子结构基本知识；掌握原子结合键构成及特点、与材料性能之间的基本关系；掌握原子排列方式及晶体材料的组织特点；了解材料的稳态结构与亚稳态结构；（3）晶体缺陷了解点缺陷定义及对材料性能影响；掌握位错的基本概念、位错的能量及交互作用；掌握晶体中的界面构成及对材料性能影响；（4）固体材料热力学状态——自由能、相图、相与组织；掌握材料系统中自由能与相平衡基础知识；熟悉材料系统多相平衡的自由能曲线与材料相图；掌握金属和陶瓷的一元相图与二元相图；理解单相与多相组织形貌及对材料性能的影响；（5）扩散与固态相变掌握扩散定律及其应用；理解扩散机制；掌握渗碳、渗硼等几个特殊的有关扩散的实际问题；掌握固态相变中的形核及晶体成长相关知识；了解扩散型相变、无扩散相变；（6）工程材料的制备了解材料凝固时晶核的形成；掌握材料凝固时晶体的生长过程及机理；了解几种典型固体材料凝固过程及特点；了解金属、陶瓷材料的制备方法；了解高聚物材料的制备合成；了解复合材料的制备；了解现代工程材料的特殊制备方法；了解金属材料、高分子材料、工程结构陶瓷材料、复合材料特点及应用；了解工程材料的力学性能、物理、化学性能以及不同种类材料的主要性能特点；（7）工程材料强化与韧化的主要途径掌握材料的变形与断裂基本理论知识；了解提高非金属材料强度及增韧的途径了解金属材料表面强化及表面改性处理技术二、有关实验内容无三、《材料科学基础》考试大纲说明1．基本的要求掌握材料结构特点及与性能之间的关系。
《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。
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中国海洋大学本科生课程大纲
课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修
一、课程介绍
1.课程描述（中英文）：
《材料科学与工程基础》是材料类专业学生的一门主干课程，也是高分子专业的学科基础课。
通过讲课、课堂讨论和课外实践等各个教学环节，将金属学、陶瓷学和高分子化学的基础理论融合为一体，以研究材料共性规律，即研究材料的成分、组织结构、制备工艺和性能之间的相互关系，指导材料的设计和应用，并为学习后继专业课程、从事材料科学研究和工程技术工作打下坚实的理论基础。
同时，讲授过程中通过穿插课程思政内容，培养学生的家国情怀和务实的科研精神。
《Fundamentals of materials science and Engineering》is a main course for students majoring in materials and a basic course for polymer specialty. Through lectures, classroom discussions and extracurricular practice, the basic theories of metallurogy, ceramics and polymer chemistry are integrated into one to study the common laws of materials, that is, to study the relationship between the composition, structure, preparation process and properties of materials, guide the design and application of materials, and engage in material science Research for learning subsequent professional courses and engineering technology work to
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lay a solid theoretical foundation.At the same time, the ideological and political contents of the course are interspersed in the teaching process to cultivate the students' national feelings and practical scientific research spirit.
2.设计思路：
《材料科学与工程基础》涉及到的理论非常多，概念性强、知识点纷杂、内容抽象，因此在教学中充分应用各种教学方法和手段，以提高学生的学习热情和效率，提高教学效果。
强调在有限的学时数内使学生建立材料科学与工程一级学科的整体概念，强调学习共性规律以及对基本概念的了解和初步理解，将深入的理解和知识点细化放入后续专业课程的学习中。
同时，结合英文版教材，让学生熟悉主要的英文专业词汇。
以四要素为主线，要求学生掌握材料科学的基本概念、基础理论及其应用，强调共性规律和教学内容的先进性、科学性、系统性和适应性。
课前要预习，课后要抽出一定时间分配对课堂所学内容进行复习，充分消化和理解已学知识，配合课后作业达到较熟练掌握的程度。
通过讲授献身材料研究的著名科学家例子，培养学生的材料学习热情和家国情怀，通过前人研究提升自己的自信心。
学生学完本课程后应达到以下要求：
1）、通过学习应着重掌握材料成分、组织、结构及加工过程与性能间的相互关系。
2）、掌握金属/无机/高分子材料的结合方式、晶体学基础、材料的晶体结构。
3）、掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷的模型和特点，熟悉材料的表面结构。
4）、掌握相图的基本知识，包括二元相图的表示法、基本类型及其分析方法，熟悉了解铁碳相图。
5）、初步了解各种材料的力学和物理特性。
3. 课程与其他课程的关系
先修课程：无机及分析化学
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二、课程目标
目标1：掌握材料中原子的电子状态，原子间的相互作用形式、原子间距和空间排列；掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷的模型和特点，熟悉材料的表面结构和扩散过程。
对应毕业要求1-3掌握工程基础及其相关领域的基础理论知识，并能够运用基本理论解决工程问题。
目标2：掌握金属/无机/高分子材料的结合方式、晶体学基础、材料的晶体结构；掌握相图的基本知识，包括二元相图的表示法、基本类型及其分析方法，熟悉了解铁碳相图；初步了解各种材料的力学和物理特性。
对应毕业要求1-4掌握无机和有机化合物的来源、制备、结构、性质、应用以及有关理论，并能够对化合物的结构信息进行分析。
三、学习要求
（1）按时上课,上课认真听讲，积极参与课堂讨论、作业典型案例分析；
（2）本课程将包含较多的课下作业、答疑指导、具体案例分析等课堂交流活动；（3）作为一门应用学科，基础理论和基本概念要掌握，注意重点，做好笔记；（4）掌握例题的解题方法，还要理论联系实践；要学以致用，善于归纳总结，实验加以验证；独立完成作业。
四、教学进度
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五、参考教材与主要参考书
1、选用教材（告知学生需要购买的教材）：
顾宜，赵长生主编《材料科学与工程基础》第二版化学工业出版社，2013.1
2、主要参考书
[1]. 胡赓祥、蔡珣主编.《材料科学基础》（第三版），上海交通大学出版社，2010
[2]. 石德珂主编.《材料学基础》（第二版），机械工业出版社，2005
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[3]. 陶杰，姚正军，薛烽主编. 《材料学基础》，化学工业出版社，2006
六、成绩评定
（一）考核方式 A ：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他
（二）成绩综合评分体系：
七、学术诚信
学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假行为。
他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。
本课程如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。
八、大纲审核
教学院长：院学术委员会签章：
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