《材料学概论》课程大纲2015年3月第1讲材料的支柱和先导作用1.1材料的定义和分类，选择材料的标准1.1.1 材料的定义——材料、原料、物质之间的关系1.1.2 判断物质是否为材料的依据1.1.3 材料的分类1.1.4 材料生命周期的循环1.2材料的重要性1.2.1 材料是人类社会进步的标志1.2.2 材料是当代文明的根基1.2.3 材料是各类产业的基础1.2.4 先进材料是高新技术的核心1.2.5 新材料是国家核心竞争力的体现1.2.6 材料可以“点石成金，化腐朽为神奇”1.2.7 “制造材料者制造技术”，材料可以“以不变应万变”1.2.8 复合材料和功能材料大大扩展了材料的应用领域1.3材料科学与工程四面体1.3.1 材料科学与工程的定义和学科特点1.3.2 材料科学与工程四要素1.3.3 重视材料的加工和制造1.3.4 提高材料的性能永无止境1.4材料与创新1.4.1 关注材料的最新应用——强调发展，注重创新1.4.2 “9.11事件”世贸大厦垮塌和“3.11大地震”福岛核事故都涉及材料1.4.3 新材料如何适应技术创新和产业创新第2讲材料就在元素周期表中（一）2.1元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布2.1.1 门捷列夫元素周期表——最伟大的材料事件2.1.2 元素周期表中120种元素综合分析2.1.3 原子的核外电子排布（1）——量子数和电子轨道2.1.4 原子的核外电子排布（2）——电子排布的三个准则2.2过渡族元素、稀土元素和镧系元素2.2.1 过渡族元素——d或f亚层电子未填满的元素2.2.2 过渡族元素的一般特征2.2.3 稀土元素——4f亚层电子未填满的元素2.2.4 稀土元素的特征2.3元素周期表反映元素的规律性2.3.1 碳的sp3、sp2、sp杂化2.3.2 电子授受及元素氧化数变化2.3.3 过渡族元素和难熔金属2.3.4 原子半径、离子半径和元素的电负性2.3.5 原子的电离能和可能的价态表现第3讲材料就在元素周期表中（二）3.1材料性能与组织结构的关系3.1.1 材料性能与化学键类型的关系3.1.2 材料性能与微观结构的关系3.1.3 铁的晶体结构3.1.4 材料性能与组织的关系3.2从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体3.2.1 固体能带的形状3.2.2 金属的能带结构与导电性3.2.3 绝缘体、导体和半导体的能带图3.2.4 半导体的能带结构与导电性3.2.5 化合物半导体和荧光体材料第4讲金属及合金材料（一）4.1高炉炼铁和转炉炼钢4.1.1 钢材的传统生产流程4.1.2 高炉炼铁中的化学反应4.1.3 高炉的构造4.1.4 高炉炼铁运行过程4.1.5 炼钢的目的4.1.6 氧气转炉炼钢的原料4.1.7 氧气转炉炼钢的主要化学反应4.1.8 沸腾钢和镇静钢4.2金属材料的组织结构4.2.1 晶态和非晶态,单晶体和多晶体4.2.2 固溶体和金属间化合物4.2.3 相、相图、组织和结构4.2.4 利用Fe-C相图分析钢的平衡组织4.2.5 凝固中的形核与长大4.3铸锭及其组织4.3.1 铸锭典型的三区组织4.3.2 枝晶的形成和铸锭组织的控制4.3.3 定向凝固和连铸连轧4.3.4 单晶制造第5讲金属及合金材料（二）5.1金属材料的加工5.1.1 金属的热变形5.1.2 金属的冷变形5.1.3 由铜锭到铜箔的压延加工5.2钢的强化机制5.2.1 碳钢中的各种组织5.2.2 钢的强化机制5.2.3 合金钢及合金元素的作用5.2.4 铁的磁性5.2.5 表面处理（1）——表面淬火及渗碳淬火5.2.6 表面处理（2）——表面渗碳、氮化及喷丸处理5.2.7 合金钢（1）——强韧钢、可焊高强度钢和工具钢5.2.8 合金钢（2）——高速钢、不锈钢、弹簧钢和轴承钢5.3钢材的热处理5.3.1 热处理的目的和热处理温度的确定5.3.2 钢的退火（annealing）5.3.3 钢的正火（normalizing）5.3.4 钢的淬火（quenching）(1)——加热和急冷的选择5.3.5 钢的淬火（quenching）(2)——增加淬透性和防止淬火开裂5.3.6 钢的回火（tempering）第6讲粉体及纳米材料6.1粉体材料的性能6.1.1 粉体及其特殊性能（1）——小粒径和高比表面积6.1.2 粉体及其特殊性能（2）——易流动性和高分散性6.1.3 粉体及其特殊性能（3）——低熔点和高化学活性6.2粉体的加工与处理6.2.1 破碎和粉碎6.2.2 分级和集尘6.2.3 混料及造粒6.2.4 输送及供给6.2.5 非机械式粉体制作方式6.3粉体的应用6.3.1 日常生活中的粉体6.3.2 工业应用的粉体材料6.3.3 粉体精细化技术——粒度精细化及粒子形状的改善6.4纳米材料6.4.1 纳米材料与纳米技术的概念6.4.2 包罗万象的纳米领域6.4.3 “纳米”就在我们身旁6.4.4 纳米材料制备和纳米加工6.4.5 纳米技术与纳米材料的发展前景第7讲陶瓷及陶瓷材料7.1陶瓷材料的定义和分类7.1.1 陶瓷发展史——人类文明进步的标志7.1.2 陶瓷及陶瓷材料（1）——按致密度和原料分类7.1.3 陶瓷及陶瓷材料（2）——按性能和用途分类7.1.4 陶瓷及陶瓷材料（3）——结构陶瓷和功能陶瓷7.2坯体成型7.2.1 普通黏土陶瓷的主要原料7.2.2 陶瓷成型工艺（1）——旋转制坯成型和注浆成型7.2.3 陶瓷成型工艺（2）——干压成型、热压成型和等静压成型7.2.4 陶瓷成型工艺（3）——挤压成型、注射成型和流延成型7.3陶瓷烧结7.3.1 普通陶瓷的烧结过程7.3.2 陶瓷的烧成和烧结工艺7.4陶瓷材料的结构7.4.1 普通陶瓷的组织和结构7.4.2 精细陶瓷的组成、组织结构和性能7.5结构陶瓷7.5.1 结构陶瓷及应用（1）——Al2O3和ZrO27.5.2 结构陶瓷及应用（2）——TiO2、BeO和AlN7.5.3 结构陶瓷及应用（3）——SiC和Si3N47.5.4 低温共烧陶瓷（LTCC）基板7.6功能陶瓷7.6.1 功能陶瓷及应用实例（1）——陶瓷电子元器件7.6.2 功能陶瓷及应用实例（2）——生物陶瓷和换能器件7.6.3 功能陶瓷及应用实例（3）——微波器件、传感器和超声波马达第8讲玻璃材料及玻璃的应用8.1玻璃的发展简史8.1.1 玻璃的发现至少有5000年8.1.2 古代玻璃与现代玻璃的组成惊人地相似8.2玻璃的定义和特征8.2.1 玻璃的传统定义和现代定义8.2.2 现代生活中不可缺少的玻璃8.3玻璃的加工8.3.1 玻璃熔融和成形加工8.3.2 非传统方法制造玻璃8.4建筑及高铁用玻璃8.4.1 免擦洗玻璃8.4.2 保证冬暖夏凉的中空玻璃8.4.3 夏天冷室用节能玻璃8.4.4 防盗玻璃8.4.5 子弹难以穿透的防弹玻璃8.4.6 防止火势蔓延的防火玻璃8.4.7 电致变色（加电压时着色）玻璃8.4.8 防水雾（防朦胧）镜子的秘密8.4.9 高铁车厢用窗玻璃8.4.10 汽车前窗用钢化玻璃8.4.11 下雨天不用雨刷的疏水性玻璃8.4.12 防紫外线玻璃8.4.13 隐蔽玻璃8.4.14 反光玻璃微珠8.4.15 天线玻璃8.4.16 汽车用防水雾玻璃8.5高技术玻璃8.5.1 生物医学用玻璃材料8.5.2 特殊性能玻璃材料8.5.3 图像显示、光通信用玻璃材料8.5.4 高新技术前沿用玻璃材料第9讲高分子及聚合物材料（一）9.1何谓高分子和聚合物9.1.1 树脂、高分子聚合物、塑料等术语的内涵及相互关系9.1.2 乙烯分子中的共价键9.1.3 高分子的特征9.1.4 乙烯在引发剂H2O2的作用下发生聚合反应9.1.5 常见聚合物的结构和用途（1）——按结构和反应分类9.1.6 常见聚合物的结构和用途（2）——按性能和用途分类9.2聚合物的合成9.2.1 加聚反应和聚合物实例（1）——均加聚9.2.1 加聚反应和聚合物实例（2）——共加聚9.2.1 缩聚反应和聚合物实例——共缩聚9.3从结构层次看聚合物9.3.1 聚丙烯中的不对称碳原子引起的立体异构9.3.2 高分子链的结构层次9.3.3 高分子链间的相互作用9.3.4 高分子的聚集态结构第10讲高分子及聚合物材料（二）10.1高分子材料性能与加工10.1.1 天然橡胶和合成橡胶10.1.2 热固性塑料10.1.3 聚合物的结构模型及力学特性10.1.4 聚合物的形变机理及变形特性10.1.5 聚合物的成形加工及设备（1）——压缩模塑和传递模塑10.1.6 聚合物的成形加工及设备（2）——挤出成形和射出成形10.1.7 聚合物的成形加工及设备（3）——塑料薄膜和纤维丝制造10.2人造纤维10.2.1 干法纺丝10.2.2 湿法纺丝和熔体纺丝10.3胶粘剂和涂料10.3.1 胶粘剂的构成和粘接原理10.3.2 胶粘剂的制造和用途10.3.3 涂料的分类及构成10.3.4 涂料中各种成分的选择10.3.5 涂料的成膜和固化第11讲复合材料和生物材料11.1复合材料的定义和分类11.1.1 复合材料的定义和分类11.1.2 复合材料的界面11.1.3 复合材料的特长及优势11.2增强材料和基体材料11.2.1 复合材料中增强材料与基体材料的匹配11.2.2 增强纤维的制造11.2.3 碳纤维及C/C复合材料11.2.4 增强纤维的编织和铺展11.2.5 复合材料的成形制造11.3复合材料的应用11.3.1 复合材料在航空航天领域的应用11.4天然复合材料11.4.1 天然复合材料——木材的断面组织11.4.1 天然复合材料——木材的微观结构11.5生物材料11.5.1 生物材料的定义和范畴11.5.2 骨骼、筋和韧带组织11.5.3 骨骼固定和关节修复11.5.4 各种植入人体的材料11.5.5 植入人体材料的损伤及防止第12讲磁性及磁性材料12.1磁性的来源12.1.1 磁性起源于电流12.1.2 磁矩、导磁率和磁化率12.1.3 过渡金属元素3d壳层的电子结构与其磁性的关系12.2磁性材料的分类12.2.1 高导磁率材料、高矫顽力材料及半硬质磁性材料12.2.2 亚铁磁性和软磁铁氧体磁性材料12.2.3 铁氧体永磁体的制作12.2.4 从铁系合金到铁氧体材料12.3磁畴和磁滞回线12.3.1 磁畴及磁畴的运动12.3.2 决定铁磁畴结构的能量类型12.3.3 滞回线及其决定因素12.4软磁材料与硬磁材料12.4.1 非晶态高导磁率材料12.4.2 永磁材料及其进展12.4.3 钕铁硼稀土永磁材料及其制备工艺12.4.4 钕铁硼永磁材料性能的提高和改进12.4.5 粘结磁体12.4.6 永磁材料的应用和退磁曲线第13讲薄膜技术及薄膜制备技术13.1薄膜的定义和薄膜形成的必要条件13.1.1 薄膜的定义和薄膜材料的特殊性能13.1.2 获得薄膜的三个必要条件13.1.3 真空获得13.1.4 薄膜是如何沉积的13.1.5 气体放电13.1.6 等离子体与薄膜沉积13.2薄膜制备——PVD法13.2.1 真空蒸镀13.2.2 离子镀和激光熔射13.2.3 溅射镀膜13.2.4 磁控溅镀靶13.2.5 溅射镀膜的应用13.3薄膜制备——CVD法13.3.1 CVD法原理及设备13.3.2 各类CVD的应用13.4薄膜的加工13.4.1 薄膜的图形化——湿法刻蚀和干法刻蚀13.4.2 反应离子刻蚀（RIE）和反应离子束刻蚀（RIBE）13.4.3 平坦化技术和大马士革工艺13.5薄膜材料的应用13.5.1 超硬涂层13.5.2 金刚石及类金刚石涂层13.5.3 镀Cu膜用于集成电路芯片制作。