西安建筑科技大學材料科學與工程學院材料科學與工程概論教學大綱課程編號：課程名稱：材料科學與工程概論英文名稱： Generaltheoryofmaterialscienceandtechnology學時： 34 學時學分： 2 學分授課對象：材料科學與工程專業(yè)、材料物理等本科專業(yè)。課程性質：專業(yè)入門必修基礎課程。先修課程：無一、課程教學目標：考慮到材料類專業(yè)是非傳統(tǒng)專業(yè)，許多考生和家長對該類專業(yè)還不了解這一現(xiàn)狀，為了使學生盡早地對材料科學與工程的概況有一個大概的了解，有利于培養(yǎng)對材料類學科的興趣，從而調動學生學習積極性，熱愛本專業(yè)；在學生還沒有正式接觸專業(yè)課之前，對材料科學與工程的概況有一個大概的了解，同時又能掌握一定的專業(yè)基本知識，為盡早接觸專業(yè)文獻、學術報告奠定一定的基礎。二、教學內容及基本要求作為材料學科的一門主要課程，既要考慮“概論”的特點，盡可能拓寬知識面，又要考慮使學生從該門課程中能學到一定的知識，就需要該教材具有一定的廣度和適當?shù)纳疃取１菊n程主要介紹材料科學的誕生與發(fā)展、材料科學與工程的研究對象與方法、材料與人類社會的發(fā)展的關系。材料的相變、固體的一般性質和材料的檢測與分析。材料制備的一般知識和一些代表性材料的性質和應用。教材共分 13 章。前四章介紹材料的一般概念和基本知識，包括引論、固體的一般性質、材料的相變和材料的檢測與分析。58章介紹材料制備的一般知識。 913 章為常見材料簡介。教學要求分為三個層次，即了解、熟悉和掌握。了解為最低要求，掌握為最高要求。凡需要了解的內容一般都為基本常識，要求學生知道即可。最高要求則必須概念清楚、能熟練運用概念解釋有關現(xiàn)象，定量處理相關問題。具體教學內容及基本要求如下。第一篇材料的一般概念和基本知識第一章：引論（ 2 學時）本章主要介紹材料科學的誕生與發(fā)展、材料科學與工程的研究對象與方法、材料與人類社會的發(fā)展。1.1 材料科學的誕生與發(fā)展1.2 材料科學與工程的研究對象與方法1.3 材料與人類社會的發(fā)展1.4 材料與現(xiàn)代高新技術基本要求 :了解材料科學的誕生與發(fā)展、材料與人類社會的發(fā)展的關系；熟悉材料科學與工程的研究對象與方法。本章重點 ：材料科學與工程的研究對象與方法、材料與現(xiàn)代高新技術第二章：固體的一般性質（10 學時）本章主要包含晶體的描寫（晶面、晶棱、頂點、解理面）；晶體的宏觀特性、晶面角守恒定律；空間點陣、原胞、平移周期；固體物理學原胞、結晶學原胞、點陣常數(shù)；七個晶系、十四種類型；密堆積和配位數(shù)；結合力、化學鍵；正電性元素、負電性元素；四類化學健及其與材料性能的關系；結合力的普遍特征、結合能；晶體彈性的微觀解釋、晶體的范性形變和位錯。2.1 晶體的宏觀特性晶面角守恒定律2.2 空間點陣、原胞、平移周期2.3 固體物理學原胞、結晶學原胞、點陣常數(shù)2.4 晶系與類型2.5 密堆積和配位數(shù)2.6 結合力化學鍵2.7 晶體彈性的微觀解釋2.8 晶體中粒子的運動2.9 晶體的范性形變和位錯基本要求 :了解晶面、晶棱、頂點、解理面的概念；晶體的宏觀特性、晶面角守恒定律；熟悉密堆積和配位數(shù)；晶體彈性的微觀解釋、晶體的范性形變和位錯、結合能。掌握空間點陣、原胞、平移周期；固體物理學原胞、結晶學原胞、點陣常數(shù)；七個晶系、十四種類型；結合力的普遍特征。本章重點 ：晶體的宏觀特性、原胞、平移周期、七個晶系、十四種類型本章難點 ：七個晶系、十四種類型、密堆積和配位數(shù)第三章：材料的相變（ 6 學時）本章主要包含理想氣體的等溫壓縮曲線、范德瓦耳斯氣體及等溫線、過冷氣體和過熱液體、等面積法則、杠桿定律、臨界點的概念及其臨界點的確定、三相圖；相變的概念及其單元系一級相變的宏觀特征；同素異晶轉變；二元及三元系相圖的一般知識。3.1 氣液相變理想氣體等溫壓縮曲線3.2 范德瓦耳斯等溫線過冷現(xiàn)象和過熱現(xiàn)象3.3 等面積法則杠桿定律臨界點的確定3.4 固液相變固氣相變三相圖3.5 單元系一級相變的宏觀特征3.6 同素異晶轉變3.7 二元及三元系相圖基本要求 ：了解過冷現(xiàn)象、過冷氣體和過熱現(xiàn)象、過熱液體的概念，如何防止，如何應用；相變的概念及其單元系一級相變的宏觀特征；二元及三元系相圖的一般知識；臨界點的概念及其臨界點的確定。熟悉理想氣體的等溫壓縮曲線； 范德瓦耳斯氣體及等溫線； 等面積法則；同素異晶轉變。掌握杠桿定律；三相圖。本章重點 ：單元系一級相變的宏觀特征、過冷氣體和過熱液體的概念、臨界點的概念、杠桿定律本章難點 ：范德瓦耳斯氣體等溫線第四章：材料的檢測與分析（2 學時）本章主要包含結構分析和成分分析4.1 結構分析（ X 射線衍射、電子衍射、中子衍射和擴展x 射線吸收譜精細結構 EXAFS）4.2 成分分析（電子探針、電子能譜、離子束分析）基本要求 ：了解 X 射線衍射、電子衍射、中子衍射和擴展x 射線吸收譜精細結構（EXAFS）、電子探針、電子能譜（俄歇電子能譜、 光電子能譜 (PES)）離子束分析（二次離子質譜（SIMS ）、背散射和溝道技術）的優(yōu)缺點和適用范圍。本章重點 ：各種分析方法的優(yōu)缺點和適用范圍。第二篇材料制備的一般知識第五章：單晶制備與材料的攙雜（1 學時）本章主要包含熔體生長、溶液生長、氣相生長、熱擴散、離子注入、MOCVD 和 MBE5.1 熔體生長與單晶爐5.2 溶液生長與液相外延爐5.3 氣相生長與氣相外延爐5.4 攙雜基本要求 ：本章內容全部為了解內容。本章重點 ：各種制備方法的優(yōu)缺點和適用范圍。第六章：無機非金屬（陶瓷）材料的制備（1 學時）本章主要包含粉料的制備、混合、成型、干燥、燒結，非晶體材料的制備。6.1 粉料的制備與混合6.2 成型與干燥6.3 燒結6.4 非晶體材料的制備（急冷法、蒸發(fā)、濺射、電解、化學沉積等）基本要求 ：本章內容全部為了解內容。本章重點 ：各種制備方法的優(yōu)缺點和適用范圍。第七章：薄膜材料的制備（1 學時）本章主要包含物理氣相沉積(PVD) 和化學氣相沉積 (CVD).7.1 物理氣相沉積7.2 化學氣相沉積7.3 溶膠涂掛基本要求 ：了解真空蒸鍍的主要方法：包括電阻加熱法、電子束轟擊法、激光束加熱、反應蒸鍍和分子束外延(MBE) 、濺射和離子鍍熟悉各種方法的優(yōu)缺點和適用條件。本章重點 ：各種制備方法的優(yōu)缺點和適用范圍。第八章：納米材料的制備（1 學時）本章主要包含氣相冷凝法、非晶晶化法、高能球磨法和溶膠-凝膠法8.1 氣相冷凝法8.2 非晶晶化法8.3 高能球磨法8.4 溶膠 - 凝膠法基本要求 ：了解制備的各種方法熟悉各種方法的優(yōu)缺點和適用條件。本章重點 ：各種制備方法的優(yōu)缺點和適用范圍。第三篇常見材料簡介第九章：金屬材料（ 2 學時）本章主要包含鐵一碳合金的組元、相圖；鋼的分類；形狀記憶合金。9.1 鐵碳合金（組元、相圖；鋼的分類）9.2 形狀記憶合金基本要求 ：了解順磁體、鐵磁體和居里點的基本概念、 768 時為一相變點；形狀記憶合金。熟悉 Fe 和 Fe 均為同素異構體以及它們的區(qū)別；碳在鐵一碳合金中的作用；奧氏體、鐵索體、滲碳體；鋼的分類掌握鐵一碳合金的相圖和五種相、形狀記憶效應本章重點 ：相圖的應用。本章難點 ：馬氏體相變第十章：無機非金屬材料（陶瓷材料） （2 學時）本章主要包含無機非金屬材料的結構與組織以及主要性能和應用領域。10.1 分類10.2 結構與組織10.3 性能和應用基本要求 ：了解晶體相的主要存在形式及其特征、氧化物的主要存在形式及其特征、非氧化合物的主要存在形式及其特征；玻璃相的形成及作用；氣相的形成及作用。熟悉陶瓷的機械性能；塑性、韌性或脆性的概念；物理化學性能；本章重點 ：無機非金屬材料的性能和應用領域。本章難點 ：攙雜與晶界對材料性能的影響。第十一章：高分子材料（2 學時）本章主要包含高分子材料的一般知識，它們包括單體的概念、合成的方法；主要性能；高分子材料的常見類型。11.1 高分子材料的基本概念11.2 高分子材料的合成11.3 高分子材料的性能與分類基本要求 ：了解單體的概念、合成的方法；主要性能；高分子材料的常見類型。本章重點 ：高分子材料的性能第十二章：復合材料（ 2 學時）本章主要包含復合材料的一般概念和優(yōu)越性能；復合材料的分類及常見復合材料；復合材料的增強機制、纖維復合材料的復合原則；復合材料的性能特點。12.1 復合材料的基本概念12.2 一般復合方法12.3 復合材料性能與分類基本要求 ：本章內容全部為了解本章重點 ：復合材料性能第十三章：功能材料（ 4 學時）本章主要包含半導體材料、超導材料、磁性材料、納米材料、敏感材料等的基本概念、主要性質和用途。13.1 半導體材料13.2 超導材料13.3 磁性材料13.4 納米材料13.5 敏感材料13.6 新能源和節(jié)能材料13.7 生物植入材料基本要求 ：了解本征半導體與攙雜半導體；光電效應、光生伏特效應、發(fā)光效應；超導現(xiàn)象與完全抗磁性；超導微電子器件的優(yōu)越性；軟磁和硬磁材料的概念；磁性材料；納米材料的物理性質（包括小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應） ；碳納米管；新能源和節(jié)能材料；生物植入材料的基本概念和主要應用領域本章重點 ：各種材料的主要性質和優(yōu)越性。三、教學安排及方式授課方式：課堂講授與討論，采用多媒體教學手段課程內容講課學時實驗學時作業(yè)量引論21固體的一般性質1015材料的相變610材料的檢測與分析23單晶制備與材料的攙雜1無機非金屬（陶瓷）材料的制備11薄膜材料的制備1納米材料的制備11金屬材料22無機非金屬材料 （陶瓷材料）22高分子材料22復合材料22功能材料473646作業(yè)批改量：全收半改。四、考核方式課堂提問、討論、作業(yè)與期末筆試相結合五、參考教材本課程由于沒有先期課程，講授內容涉及廣泛，目前沒有一本能全部含蓋所有內容的參考書，對相應章節(jié)可查閱有關參考教材。如百科全書中材料科學與工程卷以及熱學 、材料物理基礎、材料工程基礎等教科書。