材料科学基础实验Ⅰ---实验大纲
材料科学基础实验指导书(77份)
材料科学基础实验指导书适用专业：材料物理总学时：32学时目录实验一铁磁性材料居里温度的测定 (3)实验二材料导热系数的测定 (7)实验三润湿角（接触角）的测定 (10)实验四四探针法测量半导体电阻率 (14)实验五示波器法测定铁磁性材料的磁化曲线和磁滞曲线 (19)实验六拉伸实验 (26)实验七铸铁显微组织的观察 (32)实验八碳钢金相试样的制备、组织观察及力学性能的测定 (39)实验一铁磁性材料居里温度的测定铁磁性物质的磁性随温度的变化而变化，当温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由磁性状态转变为顺磁性状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称之为居里温度，以T C表示，测量T C不仅对磁性材料、磁性器件的研制、使用，而且对工程技术以及家用电器的设计都具有重要的意义。
[实验目的]1. 初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理；2. 学习用JLD-Ⅱ型居里点测试仪测量居里温度的原理和方法；3. 测定5个低温温敏磁环的居里温度。
[实验装置]JLD-Ⅱ型居里点测试仪一套（主机一台，加温炉一台，样品5只）。
[实验原理]1.基本原理在铁磁性物质中，相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的区域，这个区域的体积约为10-8m3，称之为磁畴。
在没有外磁场作用时，不同磁畴的取相各不相同，如图1所示。
因此，对整个铁磁物质来说，任何宏观的方向，任何宏观区域的平均磁矩不再为零，且随着外磁场的增大而增大。
当外磁场增大到一定值时，所有磁畴沿外磁场方向整齐排列，如图2所示，任何宏观区域的平均磁矩达到最大值，铁磁物质显示出很强的磁性，我们说铁磁物质被磁化了，铁磁物质的磁导率μ远远大于顺磁物质的磁导率。
外磁场方向图1 图2铁磁物质被磁化后具有很强的磁性，但这种磁性与温度有关，随着铁磁物质温度的升高，金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列，但在未达到一定温度时，热运动不足以破坏磁畴磁矩的平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零，物质仍具有磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。
“材料基础实验”课程教学大纲
“材料基础实验”课程教学大纲课程名称(中英文对照)：材料基础实验/ Basic Experiment of Materials课程编码：105338课程性质/类型：选修/学科专业基础课程学时/学分：34/1.5开课学期：第五学期授课单位：材料与矿资学院适应对象：材料科学与工程专业本科生先修课程：材料科学基础、材料工程基础、材料研究与测试方法课程负责人：罗永勤、高云琴、宋学锋实验指导书名称：材料基础实验指导书一、课程说明本专业实验主要是面向材料科学与工程专业的专业基础课开设的实验教学课程。
实验课程内容涵盖材料工程基础、材料科学基础、材料研究与测试方法等学科基础课程。
通过实验教学，巩固和加深学生所学的基础理论和专业知识；学习和掌握从事本专业工程、科学实验和研究的基本操作和实验技能；培养学生理论联系实际、严谨认真的工作作风；提高学生综合运用所学理论知识进行实验研究的能力，为今后从事本专业的工程与科学研究打下良好基础。
二、课程目标2.1课程对毕业生的能力支撑课程对应的毕业生的毕业要求为1、4、5和9，具体指标点为1-6、4-1、4-2、5-2和9-1，内容如下：毕业要求1：具有数学、自然科学、工程基础和材料科学与工程专业知识，并将其应用于解决复杂材料工程问题。
具体指标点1-6：掌握材料科学与工程的基础理论知识，能够分析材料的组成-结构-性质-应用的关系以及材料制备过程中动量、能量、质量的传递规律和影响传递效率的因素与原因，具备根据材料研发需要选择合理表征分析途径的专业素养。
毕业要求4：掌握材料结构与性能的分析方法和无机非金属材料的应用技术，能够对复杂工程问题进行研究；具备设计、实施本专业领域工程实验的能力，并在对实验数据进行分析与解释的基础上得到合理有效的结论。
具体指标点4-1：掌握材料主要分析测试技术的基本原理，具备根据材料研究需要选择合适的分析测试方法的能力。
具体指标点4-2：掌握无机非金属材料的应用技术，能够根据产品和工程需求设计合理的实验方案，并能够分析、阐明方案的合理性。
《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。
材料科学基础实验指导书1-2
材料科学基础实验指导书上海工程技术大学材料工程学院中心实验室2003.1目录实验一(1)金相显微镜的构造及使用———2(2)金相试样的制备———————10实验二铁碳合金平衡组织观察————-—17实验一（1）金相显微镜的构造及使用一、实验目的1.了解金相显微镜的光学原理和构造。
2.初步掌握金相显微镜的使用方法及利用显微镜进行显微组织分析二、概述利用金相显微镜来观察金属及合金的内部组织及缺陷，是材料研究方法中最基本的实验技术。
它在金相研究领域中占有很重要的地位，利用金相显微镜在专门制备的试样上放大 100～1000 倍来观察金属及合金的组织与缺陷的方法称为金属的显微分析法。
显微分析方法可以大致了解金属及合金的组织与化学成份的关系；可以确定各类金属经不同的加工与热处理后的显微组织的变化与性能的关系；可鉴别金属材料中存在的缺陷，如各种非金属夹杂物——氧化物，硫化物等在组织中的数量及分布情况，晶粒度大小、裂纹的走向、各种表面组织以及焊接组织的情况等。
在进行显微分析时，使用的主要仪器是金相显微镜。
金相显微镜主要是利用光线的反射将不透明物体（如金属，岩石，塑料等）放大后进行观察研究的。
在讨论金相显微镜的构造和应用之前，需要先简要地介绍一些有关显微镜的基本理论。
三、显微镜理论的基础知识图1—1放大镜的光学原理图众所周知，放大AB—物体A’B’物象f—焦距镜是最简单的一种光学仪器，它实际上就是一块凸透镜，利用它就可以将物体放大,其成像光学原理如图 1—1所示。
当物体 ( AB ) 放在透镜与其焦点 ( F ) 之间，则经过透镜的光线就会分散开来，从放大镜后面观察，可以看到一个放大了的正虚象 ( A’ B’)，此像的长度与物体长度的比值（即A’B’/AB）就是放大镜的放大率（放大倍数）。
显微镜不是像放大镜那样由单个透镜组成，而是由两个（实际上是两组）透镜所组成的。
对着所观察物体的透镜叫做物镜，而对着眼睛的透镜叫做目镜。
材料科学基础课程教学大纲
材料科学基础课程教学大纲课程名称：材料科学基础课程代码：MSE101学分：3学分开课对象：本科一年级材料科学与工程专业学生课程教师：XXX一、课程目标材料科学基础是一门介绍材料科学与工程领域基本概念、基本原理以及基本技能的课程。
通过本课程的学习，学生将掌握材料科学与工程的基本知识，包括材料分类、材料结构与性能的关系、材料制备和加工技术等方面的知识。
同时，本课程将培养学生的问题分析与解决能力，提高其实践操作能力和科学研究能力。
二、教学内容与教学安排1.材料科学与工程概述-介绍材料科学与工程的基本定义和发展历程-大纲各个章节的介绍2.结构与性能-原子结构与晶体结构的基本概念和分类-晶体缺陷和固溶体的形成-材料的力学性能、热性能、电性能等基本性能3.材料的制备与加工-金属材料的提取、精炼和制备-陶瓷材料的制备与加工-高分子材料的合成与制备-纳米材料的制备技术4.材料性能测试与分析-材料性能测试的基本原理和方法-金属材料、陶瓷材料和高分子材料的常用测试方法-材料性能测试数据的处理和分析5.材料应用与发展-不同材料在不同工程领域中的应用-材料科学与工程在可持续发展中的作用三、教学方法与学时安排本课程采用理论与实践相结合的教学方法。
理论部分通过讲课、课堂讨论和案例分析来讲解相关知识点。
实践部分设有课堂实验和实验报告，以及期末考核。
教学安排如下：-第1-4周：材料科学与工程概述-第5-8周：结构与性能-第9-12周：材料的制备与加工-第13-16周：材料性能测试与分析-第17-18周：材料应用与发展-第19周：期末考试四、考核方式与成绩评定1.平时表现（20%）-考勤情况（10%）-课堂讨论和参与度（10%）2.实验报告（30%）-实验报告的撰写质量和实验操作技能3.期末考试（50%）-考查学生对课程内容的理解和掌握程度五、参考教材1.材料科学与工程基础，陆谦、蔡生民，高等教育出版社2. 材料科学与工程导论，William D. Callister Jr.、David G. Rethwisch，机械工业出版社1. Materials Science and Engineering: An Introduction, William D. Callister Jr., David G. Rethwisch2. Introduction to Materials Science and Engineering, JamesF. Shackelford3. Fundamentals of Materials Science and Engineering, William D. Callister Jr., David G. Rethwisch以上即为《材料科学基础》课程的教学大纲。
《材料科学基础》教学大纲-朱德贵
材料科学基础教学大纲课程名称：材料科学基础英文名称：Fundamentals of Materials Science课程学科类别：工学材料科学与工程类学时与学分：102/7； 80/5先修课程：高等数学、普通化学、普通物理、物理化学、理论力学等课程教学目标：1．帮助学生获得必需的材料科学基础知识，掌握材料科学发展基本规律；2. 接受从事材料科学与工程研究的基本实验能力的培养，掌握材料光学组织分析与样品制备的基本技能；提高认识材料、了解材料、分析材料的能力；3. 牢固树立起材料的成分—工艺—结构—性能的相互关系。
适用学科专业：材料科学与工程教学手段与方法：面授与实验相结合基本教学内容与学时安排材料科学基础I的内容如下：第一章晶体结构1．晶体学基础（1）晶体与非晶体，晶体结构与空间点阵、晶胞、Bravais 点阵、晶系（2）晶面、晶向指数的表示方法，晶带、晶带轴2．金属和合金的晶体结构（1）典型金属的晶体结构（fcc、bcc、hcp）亚金属晶体结构特点（2）合金相的晶体结构：固溶体、中间相3．陶瓷材料的晶体结构：离子晶体陶瓷，共价晶体陶瓷，非晶型陶瓷第二章晶体材料中的缺陷1．点缺陷产生及类型、平衡浓度及对晶体性能的的影响2．线缺陷：位错（1）位错学说的产生、位错的基本类型（刃、螺及混合位错）、柏氏矢量的求法及意义、位错密度（2）位错运动及作用在位错线上的力（3）位错的应力场和应变能：螺位错的应力场，刃位错的应力场、位错的应变能及线张力（4）位错间的交互作用（5）实际晶体中的位错（全位错、不全位错）、位错反应和扩展位错3．面缺陷晶界结构模型，孪晶界、层错、相界面、表面、界面能及界面特性、陶瓷材料的界面第三章相图1．相图基本知识：相图意义，相平衡条件、相律、相图表示方法与制作（一元、二元、三元），相图中相的数量、成分及相对量的确定（一元、二元、三元）2．二元相图：（1）匀晶相图、共晶和共析相图、包晶和包析相图及二元相图中其它三相平衡反应，平衡凝固过程和非平衡凝固过程。
《材料科学基础》第一章 原子结构与结合健
《材料科学基础》教学大纲四年制本科材料科学与工程专业用80 学时 4 学分一、课程性质和任务《材料科学基础》是材料科学方法与工程专业一级学科公共主干课，是介于一般基础课与专业课之间的专业基础课。
本课程将系统全面介绍材料科学的基础理论知识，诸如固体材料的结合键，材料的结构与性能，材料中的扩散，材料的相变，材料的塑性变形与强化，以及材料科学研究方法等，将金属材料、无机非金属材料、聚合物材料紧密地结合在一起，使学生更好地把握材料的属性，熟悉材料的共性，为后继课程的学习、进一步深造和从事科技工作奠定基础。
二、课程学习的目标和基本要求：1．对能力培养的要求通过学习，要求学生掌握材料组织结构—成分—工艺—性能相互关系的基本规律和基本理论，深入理解材料组织结构—成分—工艺—性能相互关系，培养学生应用所学的知识，分析、解决材料研究、开发和使用中实际问题的能力。
初步掌握材料科学研究的思路和方法，为后续课程的学习和进一步深造奠定理论基础。
2 ．课程的重点和难点本课程重点是料组织结构—成分—工艺—性能相互关系的基本规律和基本理论，如材料结构与缺陷，材料凝固与相图，塑性变形与强韧化等，并能应用所学的理论分析和解决实际问题。
难点是材料结构，位错理论，合金凝固，二元相图，三元相图，材料强韧化，晶体塑性变形等，3 ．先修课程及基本要求无机化学、物理化学、材料力学三、课程内容及学时分配•教学基本内容第一章材料的结构（ 22 学时）1.1 晶体学基础1.2 常见的晶体结构1.3 固溶体的晶体结构1.4 金属间化合物的晶体结构1.5 硅酸盐结构1.6 非晶态固体结构1.7固体的电子能带结构理论1.8 团簇与纳米材料结构1.9 准晶结构本章重点：•结晶学基础知识 (晶体的概念与性质、晶体宏观对称要素、晶体定向、•单位平行六面体的划分、配位数与配位多面体的概念、鲍林规则 )。
•常见材料的结构理论与模型（常见无机化合物的晶体结构、硅酸盐晶体结构分类及特征、固溶体晶体结构类型及影响因素、缺陷化学反应表示法、金属间化合物的结构类型及影响因素，玻璃的结构）。
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实验教学大纲：
材料学基础实验Ⅰ教学大纲
课程名称：材料学基础实验Ⅰ课程编码：050242021
课程类别：专业基础课课程性质：必修
适用专业：金属材料工程
课程总学时：8
实验（上机）计划学时：8
开课单位：材料学院
一、大纲编写依据
本实验教学大纲依据：我校材料类本科生培养计划和培养目标，综合本专业的特点，制定本大纲，指导实践教学环节。
二、实验课程地位及相关课程的联系
本实验课程是金属材料工程专业本科生必修的一门独立实验课，让学生熟悉和掌握金属材料的有关常用实验技术和方法；在学习本课程前应先学完《材料工程基础》、《材料科学基础》，《物理化学》《普通物理》等课程，可以为后期的专业课程实验、课程设计、毕业论文（设计）以及毕业后从事相关工作打下坚实的理论及实践基础。
三、实验目的、性质和任务
实验目的：
1、了解金相显微镜的构造与掌握基本使用方法；掌握教学互动系统操作，会利用图像分析软件对某些参数进行测定。
学会最基本的晶粒度的测定（二选一）
2、掌握金相显微试样的一般制备方法，独立完成金相试样的基本操作，熟练操作抛光机。
3、结合理论教学，对典型的二元合金组织进行观察和分析；掌握铁碳合金的平衡组织观察和分析，了解含碳量对铁素体、珠光体和渗碳体对组织及相对量的影响。
实验性质：操作性、观察性、验证、综合性实验。
实验任务：完成实验项目中规定的各项实验要求。
通过验证、综合实验，培养学生观察问题、分析问题和运用综合知识独立解决问题的能力通过实验操作、观察、结果分析，培养正确处理实验数据和分析实验结果的能力，以及正确书写实验报告的能力。
四、实验基本要求
1、实验项目和实验内容的选定及其选定原则说明
材料学基础实验是材料研究的重要组成部分。
为了使学生能更好地把理论知识与实践知识结合起来，独立开设8学时实验。
通过实验让学生熟悉和掌握金属材料的有关常用实验技术和方法，为以后开展实验工作和研究打下基础。
2、每个实验项目应达到的教学要求和具体规定
第一个实验：了解金相显微镜的构造与掌握基本使用方法，学会光学显微镜的维护，初步认识并绘出组织示意图；掌握教学互动系统操作，会利用图像分析软件对某些参数进行测定。
第二实验：重点要求熟练掌握金相显微试样的制备方法，每人要制备合格的金相试样，绘出材料组织示意图。
第三个实验：观察分析典型的二元合金，认识亚共晶、共晶和过共晶及初晶的形态，正确绘出组织示意图。
第四个实验：结合Fe-——Fe3C相图，掌握铁碳合金的平衡组织观察和分析，析组织特征，了解含碳量对铁素体、珠光体和渗碳体对组织及相对量的影响，并正确将组织示意图绘制出来，；估算一种未知的亚共析钢的含碳量。
五、实验内容和学时分配（若为选作实验项目要在序号前加“*”，并说明选作要求）
六、教材（讲义、指导书）
《材料学基础实验Ⅰ》实验指导书，校内出版，2016.3
七、考核方法和评分标准
材料学基础实验Ⅰ的实验是通过实验出勤情况、实验操作和实验报告的撰写，培养和提高学生的自学能力，动手能力，分析和解决问题的能力，掌握科学实验报告的撰写方法。
学生经过课前预习达到了解实验目的，掌握实验原理和实验步骤。
学生必须独立完成实验和写出合格的实验报告。
本实验课成绩：根据平时成绩和实验报告成绩综合评定实验成绩，各占50%。
平时成绩包括实验出勤情况及操作表现。
八、使用说明：
1.本实验教学大纲一般随课程进度进行安排，也可集中安排；
2.完成实验教学内容，并提交相应实验报告。
参考文献
［1］吴兴文．金相分析技术实验教程．武汉：武汉理工大学出版社，2010．
［2］周小平．金属材料及热处理实验教程．武汉：华中科技大学出版社，2006．
［3］史美堂．金属材料及热处理习题与实验指导书．上海：上海科学技术出版社，1983．。