材料科学基础课程教学大纲
一、课程说明
（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分
课程名称：材料科学基础
所属专业：材料化学
课程性质：专业基础课
学分：4学分（72学时）
（二）课程简介、目标与任务、先修课与后续相关课程
课程简介：
本课程是材料专业的一门重要的专业理论基础课。

本课程围绕材料化学成分、组织结构、加工工艺与使用性能之间的关系及其变化规律，系统介绍材料的晶体结构、晶体缺陷、弹塑性变形及回复和再结晶、材料中的扩散、结晶与凝固、材料中的相变、相结构与相图等内容及其相互联系。

目标与任务：
学习本课程的目的是为了使学生认识材料的本质，了解金属、无机非金属材料的化学成分、热加工工艺、组织结构与性能之间的关系及其变化规律，为以后学习和工作中如何控制材料的化学成分和生产工艺以提高材料的性能、改进和发展各种热加工工艺以及合理地选材打下系统而坚实的理论基础。

先修课与后续相关课程：
先修课：数学、物理、化学、物理化学等。

后续相关课程：其他相关专业课程。

（三）教材与主要参考书。

教材：
(1) 石德柯，材料科学基础，机械工业出版社，第二版。

(2) 胡赓祥，蔡珣，材料科学基础，上海交通大学出版社，第二版。

主要参考书：
(1) 赵品，材料科学基础教程，哈尔滨工业大学出版社，年第二版。

(2) 刘智恩，材料科学基础，西北工业大学出版社，年第二版。

二、课程内容与安排
绪论1学时
第一章材料结构的基本知识
第一节原子结构
第二节原子结合建
第三节原子排列方式
第四节晶体材料的组织
第五节材料的稳态与亚稳态结构
（一）教学方法与学时分配
讲授，1学时。

（二）内容及基本要求
主要内容：
【掌握】：熟悉金属键、离子键、共价键、范德华力和氢键的定义、特点。

【了解】：了解原子结构及键合类型；掌握物质的组成、原子的结构、电子结构和元素周期表；
【一般了解】：对什么是材料科学、材料的结构与内部性能之间的关系等知识进行概论。

第二章晶体结构
第一节晶体学基础
第二节纯金属的晶体结构
第三节离子晶体的结构
第四节共价晶体的结构
（一）教学方法与学时分配
讲授，10学时。

（二）内容及基本要求
主要内容：
【重点掌握】：熟悉晶体的特点、空间点阵、晶胞、晶系和布拉菲点阵，晶向和晶面的表示方法，晶体的对称性。

【掌握】：掌握材料的结合方式、晶体学基础、三种典型的金属晶体结构，致密度和配位数，点阵常数和原子半径，晶体的原子堆垛方式和间隙，多晶型性。

第三章晶体缺陷
第一节点缺陷
第二节位错的基本概念
第三节位错的能量与交互作用
第四节晶体中的界面
（一）教学方法与学时分配
讲授，9.5学时，观看0.5学时“位错”视频资料。

（二）内容及基本要求
主要内容：
【重点掌握】：掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷的模型和特点。

【掌握】：熟悉点缺陷、位错的运动。

了解位错的弹性性质，实际晶体结构中的位错及位错反应。

【了解】：了解外表面和表面能，晶界、亚晶界、相界的定义、种类和特点。

第四章固体中的扩散
第一节扩散定律及其应用
第二节扩散机制
第三节影响扩散的因素与扩散驱动力
第四节几个特殊的有关扩散的实际问题
第五节固态扩散中的形核与晶体生长
（一）教学方法与学时分配
讲授，10学时。

（二）内容及基本要求
主要内容：
【重点掌握】：熟悉扩散的热力学分析；扩散的原子理论，扩散机制，原子跳跃和扩散系数。

菲克第一定律，菲克第二定律，扩散方程的解，置换型固溶体中的扩散（柯肯达尔效应），扩散系数D与浓度相关时的求解。

【掌握】：掌握扩散激活能，无规则行走与扩散距离，影响扩散的因素，反应扩散。

掌握固态相变的基本理论。

第五章材料的弹性、塑形和再结晶
第一节弹性变形
第二节塑性变形
第三节冷变形金属的回复与再结晶
第四节热变形与动态回复
第四节金属的超塑性和陶瓷晶体的变形
（一）教学方法与学时分配
讲授，10学时。

（二）内容及基本要求
主要内容：
【重点掌握】：掌握弹性变形的本质、特征和弹性模量，弹性的不完整性。

单晶体的塑变、多晶体的塑变的规律，掌握塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合金强化的位错解释。

【掌握】：掌握金属及合金在退火过程中的变化，掌握回复、再结晶、晶粒长大及金属热变形的规律。

【了解】：热变形与动态回复
第六章材料的相结构与相图
第一节相图的热力学基础及材料的相结构
第二节二元相图、类型及应用
第三节 Fe-C、氧化铝-氧化硅相图
第三节复杂相图及其分析
第四节三元系相图及其类型
（一）教学方法与学时分配
讲授，12学时。

（二）内容及基本要求
主要内容：
【重点掌握】：掌握相图的基本知识，二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用方法。

【掌握】：熟练掌握铁碳相图及应用。

掌握三元相图的成分表示法、三元系平衡转变的定量法则、三元匀晶相图、三元共晶相图、三元相图的四相平衡转变、具有化合物
的三元相图的分析方法。

第七章材料的凝固与气相沉积
第一节材料凝固时晶核的形成
第二节材料凝固时晶体的生长
第三节固溶体合金的凝固
第四节共晶合金的凝固
第五节凝固法制备材料的技术
第六节材料的非晶态与气相沉积法制备材料的技术
（一）教学方法与学时分配
讲授，6学时。

（二）内容及基本要求
主要内容：
【掌握】：掌握纯金属的结晶过程、结晶的热力学条件、形核规律、长大规律【了解】：了解结晶理论的实际应用。

了解非晶态与气相沉积技术。

第八章材料的亚稳态
第一节纳米材料
第二节非晶态材料
第三节亚稳相与无扩散相变
（一）教学方法与学时分配
讲授，8学时。

（二）内容及基本要求
主要内容：
【重点掌握】：掌握亚稳相的基本概念及应用，马氏体及马氏体相变规律。

【掌握】：掌握非晶态及纳米材料的基本概念、制备方法及应用。

【了解】：了解形状记忆效应及形状记忆材料。

第九章固体材料的电子结构与物理性能
第一节固体的能带理论
第二节半导体
第三节材料的磁性
第四节材料的光学性能
第五节材料的热学性能
第六节功能材料举例
（二）教学方法与学时分配
讲授，2学时。

（二）内容及基本要求
主要内容：
【了解】：固体的能带理论
【一般了解】：各种功能材料的分类与特点。

第十章材料概论
第一节金属材料
第二节高分子材料
第三节结构陶瓷材料
第四节复合材料
（一）教学方法与学时分配
讲授，2学时。

（二）内容及基本要求
主要内容：
【了解】：了解金属、高分子、结构陶瓷及复合材料的分类及应用。

制定人：张水合
审定人：
批准人：
日期：。