山东轻工业学院
教师授课教案
课程名称：材料化学
课程代码：0731504
课程学分：
课程类别：必修课
授课班级：材料化学04－1,2
授课教师：刘素文，刘金华
<<材料化学>>教案
（理论教学48学时，实验教学8学时）
一、课程介绍
课程名称：材料化学(Materials chemistry)
课程性质：专业基础课
先修课程：无机化学，物理化学
总学时：56 （理论教学48 ，实验 8 ）
教材：《材料化学》，潘伟主编，武汉工业出版社，2004年出版
参考资料：《材料化学导论》，唐小真等，高等教育出版社，2004年第三次印刷课程内容：材料化学的基本理论（晶态与非晶态、缺陷化学、相图化学、表面与界面化学等）；材料制备化学（合成方法及原理）；材料化学工程（扩
散、相变、固相反应、烧结等动力学）；新型结构材料；新型功能材
料；功能转换材料等。
二、主要内容
第一章绪论 2学时
§1-1材料科学及其发展
§1-2 材料分类
§1-3 材料化学的任务
第二章材料化学的理论基础14学时
§2-1 晶体与非晶体
一、结构特征
二、性能区别
三、晶体结构基本类型
§2-2 缺陷化学
一、缺陷的分类
二、缺陷化学基础（缺陷符号，缺陷方程）
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三、固溶体
四、非整比化合物
五、位错与晶界
六、缺陷在材料中的应用
§2-3 相图与相图化学（刘光华P171-199）
一、固体材料中的基本晶体相（固溶体和化合物）
二、相平衡与相律
三、相图分析
四、相图与新材料（唐小真P102-104）
§2-4 材料表面与界面
一、表面现象及其在材料科学中的应用
二、超细粉体的分散性
三、纳米材料简介
第三章材料制备化学 10学时
§3-1 各类材料制备方法比较
§3-2 晶体材料的制备
一、陶瓷法（固相反应法）
二、化学法（沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法）
§3-3 非晶态材料的制备
§3-4 晶体生长
§3-5 高分子材料的制备
第四章材料化学反应工程 6学时
§4-1 固态相变（唐小真P104）
一、相变类型
二、固体中的扩散
三、相变动力学
四、相变增韧
§4-2 固相反应（刘光华P226）
一、固相反应的特点和分类
二、固相反应热力学和动力学
三、影响固相反应的因素
§4-3材料烧结（刘光华P231）
一、烧结过程的驱动力
二、传质机理
三、影响烧结的因素
第五章新型结构材料6学时
§5-1 高温结构材料
§5-2 轻型结构材料
§5-3 超低温材料
§5-4 超硬材料
§5-5 超塑性合金
第六章新型功能材料6学时
§6-1 形状记忆合金
§6-2 减震材料
§6-3 液晶材料
§6-4 超导材料
§6-5 光导纤维
第七章功能转换材料简介2学时
课堂讨论与小结2学时
实验：8学时
（实验一）溶胶-凝胶法制备纳米粉体7-8周
（实验二）固相反应动力学4学时11-12周
三、基本要求
1 课堂、实验、作业各教学环节严格要求，都有一定的考核方式，例课堂提问等。
2 记好笔记，某些内容作补充或较大调整。
3 辅导答疑：时间（暂定）；地点—教学楼材料化学实验室
4 课代表
第一章绪论（2学时）
§1-1材料科学及其发展
一、材料科学(Materials Science)的形成
1 原因
在各个不同的系里，且这些专业都是以物理和化学为基础的：如
除以上三类材料外，又出现了
至属于有机物。
复合材料：金属基，陶瓷基等。
从科学的角度看，它们之间有不少共同之处（如表面与界面、结构与缺陷、扩散与相变等），“材料科学”统一体系的形成势在必行。
2 背景
1957年苏联第一颗人造卫星上天，美国为之震惊，认为材料落后是重要原因之一。
于是美国政府制定了一个“国家材料规划”；全国范围内相继建立了十几个“材料研究中心”；不少大学建立了“材料科学”系，从此材料科学这个名词便广泛使用。
应用——工程（四面体的顶）
2）理论与实践相结合，区别于固体物理、固体化学；
3）研究范围宽，从微观电子到达的器件。
二、材料科学的发展
1 发展过程（P6）
第一代（天然材料）：自然界的矿物、植物以及动物
第二代（烧炼材料）：烧结：砖瓦、陶瓷、玻璃、水泥；冶炼：铜铁
第三代（合成材料）：20世纪初开始出现化工产品，塑料、橡胶、纤维等
已广泛用于生活。
第四代（可设计材料）：前三代为单一产品，于是根据需要设计特殊性能的
材料。
例20世纪40年代的复合材料
第五代智能材料：近三、四十年研制的新型功能材料，例记忆合金等。
以上五代材料的发展过程见P6。
2 推动力
1）固体物理，无机化学，物理化学等学科的发展以及对材料结构的深入研究，推动了对材料本质的了解；
2）不同类型材料的研究理论和方法相互借鉴，促进了本学科的发展。
例马氏体相变本来是金属学家提出来的，但现在也用来作为陶瓷增韧的一种有效手段。
§1-2 材料分类
一、按组成和结构分—金属材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料
1金属材料：以金属元素为基础的材料。
历史悠久，20世纪30年代钢铁材料达到最鼎盛时期。
纯金属——直接应用很少
合金——在纯金属中加入一种或多种其它元素。
例铝合金（质量轻，耐大气腐蚀）、钛合金（高温强度大）特点：优良的力学性能（高强度和高塑性），可加工性，优异的物理性能等
2 高分子材料：基本成分是有机高分子化合物。
天然——蛋白质、纤维素、天然橡胶、天然树脂等
合成——塑料、橡胶、纤维、粘结剂等
特点：密度小（钢铁1/8），比强度大，电绝缘性好，耐腐蚀，易加工
3 无机非金属材料：包括除金属材料、高分子材料以外的所有材料，是最
大的一类材料。
陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料——以硅酸盐为主要成分；
新型无机材料——以氧化物、碳化物、氮化物等为主要成分。
特点：耐高温，高硬度，抗腐蚀，优良的介电、压电、光学、电磁学及
其功能转换特性。
4 复合材料：通过两种以上材料，由特殊方法合成的材料。
第一代复合材料（20世纪40年代）：玻璃纤维增强树脂—玻璃钢；
第二代复合材料（20世纪70年代）：碳纤维增强聚合物；
80年代以后：陶瓷基复合材料—韧性好、不易断裂、可在极高温度使用；
金属基复合材料—航空、航天
二、按性能、特征分—结构材料（力学性能为基础）
功能材料（特殊的物理、化学性能为基础）
§1-3 材料化学
一、特征：化学、物理学、材料学交叉。
二、课程性质：
三、研究内容：
1）结构理论、化学热力学与动力学、缺陷化学等基本原理在材料研究中的应用；
2）现代材料的制备原理和合成方法；
3）材料性能及其应用
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笨小孩字路上。