全部课程 >材料科学基础(无机非金属材料工程)    Fundamentals of Materials Science

课程基本信息

课程编码:02B20041

课程类别:未设置

先修课程:物理化学、无机化学、大学物理等

适用专业:无机非金属材料工程

开课院部:材料科学与工程学院

课程负责人:黄志良
课程教学团队:
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课程展示


课程简介

本课程是无机非金属材料工程专业的一门学科基础课,着重研究材料的成分、结构、加工方法与性能之间的关系。研究领域除传统硅酸盐材料外,还涉及高温材料、高强材料、电子材料、光学材料、铁电和压电等材料。这门课程把基础的科学理论(如物理化学、结构化学、结晶化学、固体物理)具体应用到无机非金属材料的制备和性能的研究上,是一门介于基础科学和专业技术之间的极为重要的专业基础课。学习这门课主要使学生初步掌握应用材料学知识解决无机材料工程中的实践问题的方法,培养学生分析问题和解决问题的能力。

This course is a basic course of inorganic nonmetal material engineering, focusing on the study of the relationship between composition, structure, processing methods and properties of the materials. Besides the traditional silicate materials, the research field included high temperature materials, high strength materials, electronic materials, optical materials, ferroelectric materials, piezoelectric materials,and so on. In this course, the foundation of scientific theories, such as physical chemistry, chemical structure, crystallization chemistry and solid state physics, are applied to researches of preparation and properties on inorganic nonmetal material, which is a very important professional basic course between basic science and technology. Through learning this course, students preliminarily master the method for solving practical problems in inorganic material engineering, used knowledge of materials science, and cultivate students' ability of analyzing and solving problem

课程教学要求

序号

专业毕业要求

课程教学要求

关联程度

1

工程知识

能够运用材料科学的专业知识用于解决复杂的工程问题。如能够为水泥、玻璃、陶瓷等无机非金属材料生产过程中出现的产品缺陷问题提出解决方案。

M

2

问题分析

能够应用材料科学的基本原理,分析复杂工程问题,并获得有效结论。如制备氧化锆陶瓷烧结过程的开裂现象分析等诸如无机非金属材料制备过程中出现的缺陷原因分析。

H

3

设计/开发解决方案

针对实际的工程问题和要求,设计满足要求的工艺流程。如根据熔体的性质,制定玻璃生产的各个工序温度制度。

H

4

研究

通过学习材料的组成、结构、性能之间的关系,能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究,通过设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。如通过学习固溶体对于材料物理性能的影响规律,开展陶瓷增韧技术研究。

H

5

使用现代工具

 

 

6

工程与社会

 

 

7

环境和可持续发展

 

 

8

职业规范

 

 

9

个人和团队

 

 

10

沟通

运用所学的材料科学基本理论和术语,能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流,并具备一定的国际视野。

L

11

项目管理

 

 

12

终身学习

培养学生运用材料学知识分析问题和解决问题的能力,使学生具有自主学习和终身学习的意识和能力,有不断学习和适应发展的能力。

M

 

课程教学内容

章节

名称

主要内容

重难点关键词

学时

类型

材料引言

1. 材料的类型及特点

2. 本课程的主要内容及特点

3. 课程学习方法和基本要求

1. 学科背景

2. 发展历程

3. 学习目的及要求

2

理论讲授

晶体结构

1. 结晶学基础

2. 晶体中质点的堆积

3. 无机化合物结构

4. 硅酸盐晶体结构

1. 结晶学指数

2. 最紧密堆积

3. 鲍林规则

4. 离子化合物晶体结构

5. 硅酸盐晶体结构和分类

16

理论讲授

晶体结构缺陷

1. 晶体结构缺陷的类型

2. 点缺陷

3. 固溶体

4. 非化学计量化合物

1. 点缺陷及缺陷反应方程式

2. 热缺陷浓度

3. 固溶体类型及性质

4. 非化学计量化合物类型及性质

6

理论讲授

非晶态结构与性质

1.熔体的结构与性质

2.玻璃的结构与类型

1. 熔体的粘度

2. 熔体的表面张力

3. 玻璃的通性

4. 硅酸盐玻璃的结构参数

4

理论讲授

表面结构与性质

1. 固体的表面及其结构

2. 润湿与粘附

3. 胶体

1. 弯曲表面效应

2. 接触角

3. 胶体的带电特性

4. 粘土的离子吸附

4

理论讲授

相平衡与相图

1. 相平衡及其研究方法

2. 单元系统相图

3. 二元系统相图

4. 三元系统相图

1. 相律

2. 杠杆规则

3. 具有可逆转变和不可逆转变多晶转变相图

4. 具有一致熔融化合物的相图

5. 具有不一致熔融化合物的相图

6. 固相中有化合物生成和分解的相图

7.具有液相分层的相图

8. 形成固溶体的相图

9. 专业相图

22

理论讲授

扩散动力学

1. 菲克定律

2. 菲克定律的应用

3. 扩散机构与扩散系数

1. 菲克第一和第二定律

2. 稳态扩散

3. 非稳态扩散

4. 扩散的微观机制

5.扩散系数

6

理论讲授

材料中的相变

1. 相变概述

2. 液相-固相的转变

3. 液相-液相的转变

1. 相变的分类与条件

2. 成核-生长相变

3. 调幅分解

4

理论讲授

材料制备中的固态反应

1. 固体反应概述

2. 固态反应动力学

3. 影响固态反应的因素

1. 杨德尔方程

2. 金斯特林格方程

4

理论讲授

烧结

1. 烧结概述

2. 烧结过程及机理

3. 固相烧结和液相烧结

3. 影响烧结的因素

1. 传质机理

2. 烧结推动力

3. 烧结动力学

4

理论讲授

考核要求及成绩评定

序号

成绩类别

考核方式

考核要求

权重(%)

备注

1

期末成绩

期末考试

闭卷

60

百分制,60分为及格

2

平时成绩

平时表现

出勤情况

20

3次无故不参加课程学习为不合格

3

课后作业

10次

20

根据作业完成正确率进行评价,其中课后作业占10%,线上作业占10%。

注:此表中内容为该课程的全部考核方式及其相关信息。由于本课程教学改革正在进行中,在线上作业未开通时,其成绩10%加权到期末考试中,即期末成绩为70%。 

学生学习建议

(一)学习方法建议

1. 课前进行相关知识的预习。

2. 课中通过老师的讲解,理解相关知识的科学原理,掌握并记忆重要的结论。

3. 课后加强复习,巩固所学知识;通过相关习题的练习,培养运用所学知识解决实际问题的能力。

(二)学生课外阅读参考资料

《无机材料科学基础》,张其土主编,2007年,华东理工大学出版社;非自编,非教育部规划教材。

课程改革与建设

该课程为湖北省精品课程,目前已经申报了武汉工程大学校级课程综合改革,改革形式为“平时+期末”和“线上+线下”,相关的视频、网站、线上资源等都在筹备和建设过程中。

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