1东南大学材料科学基础大纲
《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》教学大纲
《材料科学基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称：材料科学基础课程类别：专业基础课学分：＿____总学时：＿____适用专业：＿____先修课程：＿____后续课程：＿____二、课程性质与目标（一）课程性质《材料科学基础》是材料类专业的一门重要的学科基础课程，它是连接基础科学与工程应用的桥梁。
通过本课程的学习，学生将掌握材料科学的基本概念、基本理论和基本方法，为后续专业课程的学习和从事材料科学与工程领域的研究、开发和应用工作奠定坚实的基础。
（二）课程目标1、知识目标（1）掌握材料的晶体结构、晶体缺陷、相图、扩散、相变等基本概念和基本理论。
（2）熟悉材料的力学性能、物理性能、化学性能等与材料结构和组织的关系。
（3）了解材料科学领域的最新研究成果和发展动态。
2、能力目标（1）具备运用材料科学的基本理论分析和解决材料工程实际问题的能力。
（2）能够进行材料的成分设计、工艺设计和性能预测。
（3）具有查阅相关文献和资料，获取新知识和新信息的能力。
3、素质目标（1）培养学生的科学思维方法和创新意识。
（2）增强学生的工程意识和实践能力。
（3）提高学生的综合素质和社会责任感。
三、课程内容与要求（一）晶体结构1、晶体学基础（1）掌握晶体的基本概念，如空间点阵、晶胞、晶格常数等。
（2）熟悉晶体的对称性和晶体的分类。
2、金属的晶体结构（1）掌握常见金属的晶体结构类型，如体心立方、面心立方和密排六方结构。
（2）了解金属晶体中的原子堆垛方式和间隙类型。
3、离子晶体结构（1）掌握离子晶体的结构规则和典型离子晶体的结构。
（2）了解离子晶体的配位数和半径比规则。
4、共价晶体结构（1）掌握共价晶体的结构特点和典型共价晶体的结构。
（2）了解共价键的特性和共价晶体的性能。
（二）晶体缺陷1、点缺陷（1）掌握点缺陷的类型，如空位、间隙原子和杂质原子。
（2）熟悉点缺陷的形成能和平衡浓度的计算。
2、线缺陷（1）掌握位错的基本概念，如刃型位错、螺型位错和混合位错。
材料科学基础教学大纲
材料科学基础教学大纲一、课程概述《材料科学基础》是材料类专业的一门重要的学科基础课程，它是研究材料的成分、结构、性能与制备之间相互关系的学科。
通过本课程的学习，使学生掌握材料科学的基本概念、基本理论和基本方法，为后续的专业课程学习以及从事材料科学与工程领域的研究、开发和生产工作奠定坚实的基础。
二、课程目标1、知识目标掌握材料的晶体结构、晶体缺陷、相图、扩散、相变等基本概念和理论。
了解材料的力学性能、物理性能、化学性能等与材料结构和成分的关系。
熟悉材料的制备方法和加工工艺对材料性能的影响。
2、能力目标能够运用所学的理论知识分析和解决材料科学中的实际问题。
具备一定的实验设计和数据分析能力。
培养学生的创新思维和独立思考能力。
3、素质目标培养学生严谨的科学态度和实事求是的工作作风。
增强学生的团队合作意识和沟通能力。
激发学生对材料科学的兴趣和探索精神。
三、课程内容1、晶体结构晶体学基础：空间点阵、晶胞、晶系、布拉菲点阵等。
金属晶体结构：体心立方、面心立方、密排六方等结构的特点和原子堆积方式。
离子晶体结构：NaCl 型、CsCl 型、闪锌矿型、纤锌矿型等结构的特点。
共价晶体结构：金刚石型、石墨型等结构的特点。
2、晶体缺陷点缺陷：空位、间隙原子、置换原子等的形成和平衡浓度。
线缺陷：位错的基本类型（刃型位错、螺型位错）、柏氏矢量、位错的运动和交割。
面缺陷：晶界、相界、表面的结构和性质。
3、固体中的扩散扩散的基本概念和菲克定律。
扩散的微观机制：空位机制、间隙机制等。
影响扩散的因素：温度、晶体结构、溶质浓度等。
4、相图相图的基本概念：相、组元、相平衡等。
二元相图：匀晶相图、共晶相图、包晶相图等的分析和应用。
三元相图：成分三角形、等温截面图、垂直截面图等的分析和应用。
5、材料的形变和再结晶金属的弹性变形和塑性变形：弹性变形的本质、塑性变形的方式（滑移、孪生）。
强化机制：固溶强化、细晶强化、加工硬化、时效强化等。
回复和再结晶：回复的机制、再结晶的动力学和晶粒长大。
材料科学基础大纲
※<学习目的和要求>课程名称：材料科学基础(金属学)/Fundamentals of Materials Science 课堂学时：96 适用专业：材料科学与工程类专业一、课程的性质、地位、任务《材料科学基础》(金属学)是材料类和冶金类专业的一门主干课，也是该类专业的主要技术基础课。
通过讲课、实验、课堂讨论和课外实践等各个教学环节，将金属学、陶瓷学和高分子物理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。
二、课程的教学内容和基本要求1. 目标和任务：本课程的目标和任务是打下金属材料工程领域的基本理论基础，为学习其他专业知识作准备；培养运用基础理论分析和解决实际问题的能力；也为将来工作过程自学材料领域的其他知识、学习新材料和新工艺打下良好的基础。
2. 课程的特点以及教学指导思想：(1) 本课程是从基础课到专业课的过渡课程，它着重于基础理论，但它阐述基础理论的载体是材料的物理和化学过程。
所以它一方面需要基础理论的严密思路，另一方面因实际情况的复杂性，一般只有根据实际情况找出主要矛盾，通过适当的物理和数学模型作出近似处理。
这种处理方法在学习基础理论时比较缺乏的，但却是解决实际问题常用的的。
所以，通过学习本课程，学会应用基础理论解决实际问题的思路的方法。
(2) 本课程是学生全面接触专业领域的课程，它具有概念多、知识面宽、应用基础理论广的特点，有一定的难度。
所以，首先应着重建立正确概念，再铺开知识面，最后深入到理论的概括。
(3) 本课程是实验性很强的课程，它的理论都是从实验事实提出的，最终还要经得住实验的验证。
所以，课程应遵循从实际(实验)的现象为出发点，归纳出本质的问题，再演绎提高到理论的高度。
(4) 本课程包括面广，每一章都可以独立为一门课程，所以必须把握基本要求与因才施教的关系。
【东南大学】第1章 晶体学基础——【材料科学基础】
几种晶体结构及其空间点阵与结构基元：
金刚石
几种晶体结构及其空间点阵与结构基元： NaCl
几种晶体结构及其空间点阵与结构基元： CaF2
几种晶体结构及其空间点阵与结构基元： ZnS
1.2 布拉菲点阵 一、单胞(Unit cell)
单胞：在空间点阵中选取的一个具有代表性的基本小单元，这 个基本小单元是一个平行六面体，整个点阵可以看作是由这样一 个平行六面体在三维空间周期重复排列堆砌而成。
二、空间点阵 结构基元、排列规则、周期性实际晶体结构繁多 空间点阵：将晶体中的原子抽象为一些几何点，每个点
代表原子的中心或是原子的振动中心，这些几何点的空间简 称为点阵。
构成空间点阵的每个点称为阵点或结点。 阵点是构成空间点阵的基本要素，它的排列具有严格的 周期性，因此每个阵点都具有完全相同的周围环境。
1、以晶胞的某一阵点O为原点，三基矢为坐标轴，并以点阵基 矢的长度作为三个坐标的单位长度；
2、过原点作一直线OP，使其平行于待标定的晶向AB，这一直 线必定会通过某些阵点；
3、在直线OP上选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点的坐标 值；
4、将此值简化成三个互质整数u、v、w，加上方括号，[uvw] 即为AB晶向的晶向指数。
微晶和液晶等。那么什么是晶体？ 晶体有何特点？
晶体是由结构基原（原子、分子、离子、原子团 等）在三维空间按长程有有序排列的物质。
金刚石
NaCl
水晶
CaF2 (萤石）
MoS2 (辉钼矿 )
ZnS (闪锌矿)
高分辨率电镜－High Resolution Electron Microscopy (HREM)
第一章 晶体学基础
➢ 为什么要学习晶体结构？ ➢ 什么是晶体？ 晶体有何特点？ ➢ 什么是晶体学？ ➢ 什么是晶体结构与空间点阵？ ➢ 什么是布拉菲点阵？ ➢ 描述晶体点阵结构的晶面指数和晶向指数是如何建立的？ ➢ 什么是晶带定理？
材料科学基础复习大纲
材料科学基础复习大纲第二章晶体结构2.1 结晶学基础1、概念：晶体晶胞晶胞参数七大晶系晶面指数晶面族晶向指数晶向族2、晶面指数和晶向指数的计算2.2 结合力与结合能按照结合力性质不同分为物理键和化学键化学键包括离子键共价键金属键物理键包括范德华键氢键晶体中离子键共价键比例估算（公式2.16）离子晶体晶格能2.3 堆积（记忆常识）1、最紧密堆积原理及其使用范围：原理略适用范围：典型的离子晶体和金属晶体原因：该原理是建立在质点在电子云分布呈球形对称以及无方向性的基础上的2、两种最紧密堆积方式：面心立方最紧密堆积ABCABC 密排六方最紧密堆积ABABAB系统中：每个球周围有6个八面体空隙 8个四面体空隙N个等径球体做最紧密堆积时系统有2N个四面体空隙N个八面体空隙八面体空隙体积大于四面体空隙3、空间利用率：晶胞中原子体积与晶胞体积的比值（要学会计算）两种最紧密堆积方式的空间利用率为74.05﹪（等径球堆积时）4、影响晶体结构的因素内因：质点相对大小（决定性因素）配位数（概念及计算）极化（概念，极化对晶体结构产生的影响）外因（了解）：同质多晶类质多晶同质多晶转变2.4 单质晶体结构（了解）2.5 无机化合物结构（重点每年必考）分析结构从以下几个方面入手：晶胞分子数，何种离子做何种堆积，何种离子添隙，添隙百分比，正负离子配位数，正负离子电价是否饱和，配位多面体，添隙半径的计算（刚好相切时），隙结构与性质的关系。
1、NaCl型：4个NaCl分子 Cl离子做面心立方密堆积，Na离子填充八面体空隙，填充率100﹪，正负离子配位数均为6，电价饱和。
【NaCl6】或【ClNa6】八面体结构与性能：此结构在三维方向上键力均匀，因此无明显解理，破碎后呈颗粒状，粒为多面体形状。
离子键结合，因此有较高的熔点和硬度2、立方ZnS结构：4个ZnS分子S离子做面心立方密堆积，Zn离子填充四面体空隙填充率50﹪，离子配位数均为4，电价饱和，【ZnS4】四面体会画投影图（图2.26）注意：一定要画虚线，一定要标高，一定要有图例（白球黑球代表什么离子）3、萤石（CaF2）结构：（唯一正离子做堆积的结构）4个CaF2分子 Ca离子做面心立方密堆积，F离子填充四面体空隙，填充率100﹪。
材料科学基础考试大纲
一章材料的结构12%重点：空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构，固溶体及中间相的概念及其分类方法难点：六方晶系布拉菲指数标定，原子的堆垛方式，中间相的结构及其区别第二章晶体缺陷16%重点：位错等有关基本概念，点缺陷的平衡性质，位错的运动与晶体滑移的关系，位错的性质，柏氏矢量的性质与应用，位错反应难点：位错的应力场，实际晶体的位错第三章纯金属的凝固8%重点：有关过冷的概念、金属凝固和形核的条件难点：与临界晶核有关参数的推导第四章二元相图22%重点：相律与杠杆定律，匀晶转变与偏析，共晶转变及其不平衡组织，包晶转变，相图中的几何规律，铁碳相图中典型合金的凝固过程及其相与组织的相对量计算，利用相图判断材料的性能。
难点：杠杆定律的应用第五章三元相图10%重点：直线法则与重心定律；投影图及其应用；材料的凝固过程分析；三元系反应类型的判断；难点：利用投影图分析特定成分材料的凝固过程第六章固体材料的变形与断裂12%重点：塑性变形的位错机制；典型的滑移系；滑移的分类及滑移的痕迹；临界分切应力；多晶体变形的特点；塑性变形对材料组织和性能的影响难点：等效滑移系的确定第七章回复与再结晶10%重点：回复、再结晶等概念；回复与再结晶的驱动力和机制；正常长大与异常长大；热加工过程中组织与性能变化。
难点：回复、再结晶与晶粒长大过程驱动力的识别第八章扩散8%重点：扩散的概念、本质与分类；扩散的驱动力；扩散定律及其应用难点：反应扩散及其溶质浓度分布第十四章功能材料2%这门课概念性的内容很多，概念一定要记住。
重点看：1.2.2 空间点阵这一小节的概念，晶向指数的标定，晶面指数的标定，1.3.1 典型金属的晶体结构，1.3.4 固溶体和中间相2.1.2 点缺陷的运动及平衡浓度，2.2.1 位错基本概念部份的位错的基本类型，柏氏矢量，2.2.2 位错的运动，图2.14,2.17,2.18,2.19要理解，全位错和不全位错的概念区别，位错反应及汤普逊四面体，扩展位错，小角度晶界和大角度晶界和孪晶界的概念区别，3.2.1 结晶的过冷现象，3.2.2 凝固的热力学条件，3.3 形核规律杠杆定理，相律，二元相图的几何规律，，4.2 二元相图的基本类型（很重要），表4.1，4.4.1 铁碳相图（很重要）直线定律和重心定律，5.3 三元匀晶相图，图5.10，投影图，5.4.2 组元在固态下有限溶解，具有共晶转变的三元相图，特别是图5.15,5.16,5.17要理解，5.5 三元合金相图的四相平衡转变滑移系，滑移的临界分切应力，多滑移和交滑移，多晶体塑性变形过程，6.4 塑性变形对金属组织与性能的影响，，6.5.2 位错交割和带割阶位错的运动，6.6 断裂7.2.1 回复机理，7.2.2 回复动力学，7.3.1 再结晶的形核，7.3.2 再结晶动力学，7.4.1 晶粒的正常长大，7.4.2 晶粒的异常长大，7.5 金属的热变形，扩散的定义，8.1.1 菲克第一定律，8.1.2 菲克第二定律，扩散方程在渗碳中的应用，8.4.1 扩散的驱动力，扩散机制（间隙扩散和置换扩散），可能的计算题：扩散系数的计算（公式8.9），公式8.4和8.5，公式6.3和6.4，杠杆定律，直线定律和重心定律的应用，形核规律章节中临界晶核半径的计算，2.2.3 位错的弹性性质这部分只记公式，不记推导，晶面间距的计算，原子密度。
1东南大学材料科学基础大纲
1、晶体学基础：熟练掌握晶体的周期性和空间点阵、布拉菲点阵、晶向指数和晶面指数、晶面间距、晶面夹角和晶带定理；掌握晶体的对称性、极射投影。
2、固体材料的结构：掌握元素的晶体结构、典型金属的晶体结构、合金相的晶体结构；掌握陶瓷材料的典型结构，了解硅酸盐的结构、玻璃的结构；了解高分子的链结构及聚集态结构、准晶和纳米晶。
3、固体中的扩散：掌握扩散第一及第二定律及其应用、扩散微观理论与机制、柯肯达尔效应、达肯方程；了解扩散的热力学分析、及影响扩散的因素；了解反应扩散。
4、凝固：了解液体（含高分子溶液）的性能与结构；掌握金属的凝固与结晶。
5、相图：掌握相图的表示和测定方法；掌握二元匀晶相图、二元共晶相图、二元包晶相图、二元相图的分析与使用；了解部分实际二元相图；掌握两相平衡的三元相图、三相平衡的三元相图、四相平衡的三元相图、形成稳定化合物的三元相图；了解部分实际三元相图。
6、相变的基本原理：了解相变热力学、固态相变的分类与特征、扩散型相变、非扩散型相变。
7、晶体中的缺陷：掌握点缺陷形成、点缺陷的平衡浓度、点缺陷的移动；了解过饱和点缺陷、点缺陷对材料性能的影响；掌握位错概念、位错类型和柏氏矢量、位错的滑移和攀移；掌握位错的弹性应力场、位错的应变能、位错的线张力、作用在位错上的力、位错间的相互作用、位错的塞积、位错的交割、位错与点缺陷的交互作用；了解位错的生成与增殖；掌握实际晶体结构中的位错、堆垛层错、不全位错、位错反应；了解FCC中位错反应的Thompson四面体表示方法。
8、表面与界面：掌握晶体中的界面类型与结构、界面能量；掌握晶体中界面的迁移驱动力，了解影响界面迁移的因素；了解界面与组织形貌。
9、材料的变形与再结晶：掌握单晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形、合金的变形与强化、变形后的组织与性能；掌握冷变形晶体的回复、冷变形金属的再结晶、再结晶后的晶粒长大；了解金属的热变形、蠕变与超塑性。
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1、晶体学基础：熟练掌握晶体的周期性和空间点阵、布拉菲点阵、晶向指数和晶面指数、晶面间距、晶面夹角和晶带定理；掌握晶体的对称性、极射投影。
2、固体材料的结构：掌握元素的晶体结构、典型金属的晶体结构、合金相的晶体结构；掌握陶瓷材料的典型结构，了解硅酸盐的结构、玻璃的结构；了解高分子的链结构及聚集态结构、准晶和纳米晶。
3、固体中的扩散：掌握扩散第一及第二定律及其应用、扩散微观理论与机制、柯肯达尔效应、达肯方程；了解扩散的热力学分析、及影响扩散的因素；了解反应扩散。
4、凝固：了解液体（含高分子溶液）的性能与结构；掌握金属的凝固与结晶。
5、相图：掌握相图的表示和测定方法；掌握二元匀晶相图、二元共晶相图、二元包晶相图、二元相图的分析与使用；了解部分实际二元相图；掌握两相平衡的三元相图、三相平衡的三元相图、四相平衡的三元相图、形成稳定化合物的三元相图；了解部分实际三元相图。
6、相变的基本原理：了解相变热力学、固态相变的分类与特征、扩散型相变、非扩散型相变。
7、晶体中的缺陷：掌握点缺陷形成、点缺陷的平衡浓度、点缺陷的移动；了解过饱和点缺陷、点缺陷对材料性能的影响；掌握位错概念、位错类型和柏氏矢量、位错的滑移和攀移；掌握位错的弹性应力场、位错的应变能、位错的线张力、作用在位错上的力、位错间的相互作用、位错的塞积、位错的交割、位错与点缺陷的交互作用；了解位错的生成与增殖；掌握实际晶体结构中的位错、堆垛层错、不全位错、位错反应；了解FCC中位错反应的Thompson四面体表示方法。
8、表面与界面：掌握晶体中的界面类型与结构、界面能量；掌握晶体中界面的迁移驱动力，了解影响界面迁移的因素；了解界面与组织形貌。
9、材料的变形与再结晶：掌握单晶体的塑性变形、多晶体的塑性变形、合金的变形与强化、变形后的组织与性能；掌握冷变形晶体的回复、冷变形金属的再结晶、再结晶后的晶粒长大；了解金属的热变形、蠕变与超塑性。