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清华大学材料科学基础教学大纲

第一篇：清华大学材料科学基础教学大纲材料科学基础(1)课程编号:30350064课程名称：材料科学基础（1）英文名称：FundamentalsofMaterialsScience学分：4先修课程：普通物理、物理化学、工程力学教材：材料科学基础，潘金生、仝健民、田民波，清华大学出版社，1998一、课程简介：“材料科学基础”是在原来“金属学”、“物理冶金”、“材料科学”、“金属物化”、“陶瓷物化”、“固体材料结构基础”等课程的基础上，为强化基础，突出共性，拓宽专业而向我系本科生开设的专业基础课。本课程以材料科学与工程的基础理论，如晶体学、合金相理论、固体缺陷理论、热力学和动力学等为纲，讲授材料科学的基本概念和基础理论，是学生学习其他专业课的基础，也是今后从事材料研究工作的基础。《材料科学基础1》重点讲授晶体学、固体材料的结构、晶体缺陷和范性形变、固体中的扩散等材料科学基础理论。二、基本要求：本课程是材料系最重要的专业基础课之一，内容多，覆盖面广，理论和概念比较集中，要求学生掌握材料科学的基本概念、基础理论及其应用。三、内容提要：第一章晶体学基础12学时1.1引言1.2空间点阵、晶胞和原胞、点阵常数1.3晶面指数和晶向指数1.4常见的晶体结构及其几何特征、配位数、紧密系数和间隙1.5晶体的堆垛方式、FCC、HCP和菱方晶体的比较1.6晶体的投影*1.7倒易点阵*1.8菱方晶系的两种描述：菱方轴和六方轴1.9晶体的宏观对称性--点群*1.10晶体的微观对称性--空间群：意义、表示、应用*第二章金属材料14学时2.1引言2.2原子结构2.3结合键2.4分子的结构2.5晶体的电子结构2.6元素的晶体结构和性质2.7合金相结构概念2.8影响合金相结构的主要因素：原子/离子半径、电负性、电子价态2.9固溶体：意义、分类、特点、规律、性质等2.10离子化合物：特点、类型、应用2.11硅酸盐结构：基本特点及分类2.12金属间化合物（Ⅰ）：正常价化合物2.13金属间化合物（Ⅱ）：电子化合物2.14金属间化合物（Ⅲ）：尺寸化合物（1）、拓扑密排相（2）、间隙相2.15金属间化合物（Ⅳ）：σ相和其他复杂化合物2.16合金相结构符号*第三章晶体的范性形变12学时3.1引言3.2滑移系统和Schmid定律3.3滑移时参考方向和参考面的变化3.4滑移过程中晶体的转动3.5滑移过程的次生现象3.6单晶体的硬化曲线3.7孪生系统与原子运动3.8孪生要素和长度变化规律3.9孪晶和基体的位相关系3.10孪生系统的实验测定*3.11滑移和孪生的比较3.12多晶体范性形变的一般特点3.13冷加工金属的储能和内应力3.14应变硬化3.15多晶材料的择优取向（织构)3.16纤维组织和流线3.17晶体的断裂（Ⅰ）：微观方面*3.18晶体的断裂（Ⅱ）：断裂力学简介*3.19晶体的断裂（Ⅲ）：断口分析简介*3.20应变软化和超塑性*第四章晶体缺陷14学时4.1引言4.2点缺陷的基本特征4.3点缺陷的实验研究4.4位错理论的提出4.5什么是位错4.6位错的普遍定义和博格斯矢量4.7位错的运动4.8位错密度和晶体的变形速率4.9位错的基本性质4.10固体弹性理论简介4.11位错应力4.12位错的弹性能和线张力4.13作用于位错的力4.14位错与位错间的交互作用4.15位错与点缺陷间的交互作用4.16位错的启动力：P-N力4.17镜像力4.18位错的起源与增殖4.19位错的塞积4.20位错的交割4.21面心立方晶体中的位错4.22位错反应4.23密排六方和体心立方晶体中的位错*4.24其他晶体中的位错*4.25小角度晶粒边界4.26大角度晶粒边界*4.27位错的实验观测*4.28位错理论的应用*第五章固体中的扩散8学时5.1引言：意义、特点、分类5.2Fick定律5.3稳态扩散及其应用5.4非稳态扩散、各种边界条件下扩散方程的解*5.5D-C关系、悮野方法*5.6Kirkendall效应：现象与规律、实际意义5.7分扩散系统、Darken公式5.8扩散的微观理论和机制Fick定律的微观形式扩散机制：激活能、激活熵与激活自由能、频率因子扩散系数计算简介5.9扩散的经验规律：成分、晶体结构、晶粒度、第三组元、温度应力等的影响5.10反应扩散：中间相形成规律和动力学5.11扩散动力学：Fick定律的普遍形式、原子迁移率、热力学因子、分扩散系数与自扩散系数的关系*5.12离子晶体中的扩散D-α关系，杂质对具有Frenkel缺陷对和Schottky缺陷对的晶体的导电性的影响*5.13实际应用：烧结和材料的相容性*四、实验1.Laves相结构的计算机模拟2.滑移系统的计算机分析3.Cu-Zn系反应扩散的相分析五、参考书：包永千等,金属学基础,冶金工业出版社,1986