材料科学与工程基础

中国海洋大学本科生课程大纲

课程属性：学科基础，课程性质：必修

一、课程介绍

1.课程描述：

《材料科学与工程基础》是材料类专业学生的一门主干课程，也是该专业的学科基础课。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。

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

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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。

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：物理化学

二、课程目标

本课程的目标是培养学生的材料制备、性能分析及其和工程设计和应用能力，达

到华盛顿公约规定的国际工程师认证的标准，培养符合国家经济发展需要的材料工程

技术人才。

（1）通过了解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，使学生对材料组成与物质结构的内在联系有系统深刻的理解，正确掌握多原子

体系中能级及电子排布规律的原子杂化轨道、分子轨道、费米能级、能带理论等概念。

（2）从材料组分入手，详细阐述高分子材料、金属材料和无机非金属材料的聚集

态结构和组织结构，理解复合材料的微观表界面结构，包括各类材料所表现的宏观性质、破坏形式及其内在结构的变化规律，使学生较系统掌握不同类型材料从微观到宏

观的结构变化特点，学会建立原子结构变化和性能变化之间的内在联系。

（3）讲述各类材料宏观物理性质的定义及测试和评价方法，使学生掌握材料的结

构和性能特点，建立材料制备-加工-结构-性能的关系整体概念。培养学生分析问题和

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解决问题的能力。

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。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活动。

（2）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；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、教学内容

知识单元1：绪论加原子间相互作用与结合：4学时

知识点：（1）原子中的电子结构及其核外电子排布；（2）原子间的键合；（3）原子杂化轨道；（4）分子轨道；（5）费米能级；（6）能带理论；

学习目标：

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；了解描述多原子体系中能级及电子排布规律的原子杂化轨道、分子轨道、费米能级、能带理论等概念。

知识单元2：晶格结构及组成结构：9学时

知识点：（1）点阵、晶系、晶胞；（2）晶向、晶面；（3）晶面间距；（4）体心立方、面心立方和密排六方；（5）配位数；（6）间隙；（8）金属材料组成结构；（9）无机非金属材料组成结构；（10）高分子材料组成结构；

学习目标：

通过对晶体结构的学习，了解晶体的主要类型，掌握晶胞、晶向指数、晶面指数、晶面间距、配位数、间隙等概念，了解晶体材料的缺陷，了解固体材料的有序结构与无

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序结构的差异。了解金属材料的晶体结构和合金的组织结构的特点；了解金属氧化物, 硅酸盐和炭化合物等无机非金属材料的晶体结构或组织结构特点；能计算晶体材料的密度和有关参量；了解有机高分子的组成、链结构、构象和结晶结构特点。

知识单元3：材料的缺陷：6学时

知识点：（1）点缺陷（形成、平衡浓度、运动）；（2）位错（基本类型和特征、柏氏矢量、位错的运动、实际晶体中的位错）；（3）表面及界面（外表面、晶界和亚晶界、孪晶界、相界）；

学习目标：

通过对缺陷的学习，重点掌握各种缺陷的基本概念和特征，学会利用缺陷的知识分析讨论材料性能的变化。

知识单元4：相图和相转变：6学时

知识点：（1）相图中点、线、区域的意义；（2）二元相图；（2）杠杆法则及计算（3）固体材料相转变的主要类型；（4）铁碳相图；

学习目标：

掌握二元匀晶、共晶和共析相图中点、线、区域的意义，能够运用杠杆法则计算材料中各相及各组分的含量；了解固体材料相转变的四种类型；了解铁碳相图。

知识单元5：材料的表面结构：2学时

知识点：（1）表面张力；（2）表面能；（3）接触角；（4）粘附；

学习目标：

通过对材料表面结构的学习，掌握表面张力和表面能的概念，了解接触角与材料亲疏水性的关系，了解粘附的概念。

知识单元6：材料力学性能：2学时

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