《材料性能学》课程教学大纲.docx
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《材料性能学》课程教学大纲
《材料性能学》课程教学大纲
一、《材料性能学》课程说明
（一）课程代码：
（二）课程英文名称：
IntroductionsofMaterialsProperties
（三）开课对象：
材料物理专业
（四）课程性质：
《材料性能学》属于材料科学与工程一级学科主干专业课
（五）教学目的：
使学生掌握材料各种主要性能的基本概念物理本质化学变化律以及性能指标的工程意义，了解影响材料性能的主要因素及材料性能与其化学成分，组织结构之间的关系，基本掌握提高材料性能的主要途径。
（六）教学内容：
本课程包括金属材料力学性能，金属物理性能分析，无机材料无论性能，高分子材料力学材料性能、材料的腐蚀与老化、性能指标的工程意义、指标的测试与评价及应用为主线贯穿始终，让学生对材料性能知识有一个完整的了解，以便达到举一反三、触类旁通的效果。
（七）教学时数:
学时数：
72学时
分数：
4学分
学时数具体分配：
教学内容
讲授
实验/实践
合计
《材料性能学》绪论
2
2
第一章材料单向静拉伸的力学性能
6
6
第二章材料在其他静载下的力学性能
4
4
第三章材料的冲击任性及低温脆性
4
4
第四章材料的断裂任性
4
4
第五章材料的疲劳性能
6
6
第六章材料的摩损性能
4
4
第七章材料的高温力学性能
4
4
第八章材料的热学性能
6
6
第九章材料的磁学性能
8
8
第十章材料的电学性能
8
8
第十一章材料的光学性能
8
8
第十二章材料的压电性能与铁电性能
8
8
合计
72
72
（八）教学方式:
以粉笔、黑板为主要形式的课堂教学
（九）考核方式和成绩记载说明
考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40％，期末成绩占60％。
.
二、讲授大纲与各章的基本要求
第一章材料的单向静拉伸的力学性能
教学要点：
让学生了解材料在静载作用下的应力应变关系及常见的三种失败形式的特点和基本规律，这些性能指标的物理概念和工程意义，探讨提高材料性能指标的途径和方向
1、使学生了解力—拉伸曲线和应力——应变曲线。
2、使学生了解材料的弹性变形以及性能指标
3、非理想弹性与内耗的概念
4、非理想弹性的几种类型及工程应用
5、掌握塑性变形的实质以及指标测方法
6、了解断裂的机理
教学时数：
8学时
教学内容：
第一节力——伸长曲线和应力——应变曲线
一、力——伸长曲线（低碳钢曲线，决定因素）
二、应力——应变曲线中有实力与工程应力的关系式、曲线
第二节弹性形变及其性能指标
一、弹性形变本质
二、弹性模数
三、影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）
四、比例极限与弹性极限
五、弹性比功
第三节非理想弹性与内耗
一、滞弹性
二、粘弹性
三、伪弹性
四、包申格效应
五、内耗
第四节塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理
（金属材料的塑性变形、陶瓷材料的塑性变形、高分子的塑性变形）
二、屈服观象与屈服强度
三、影响金属材料屈服强度的因素
（晶体结构、晶界与亚结构、溶质元素、第二相、温度应变速率与应力状态）
四、应变硬化（机理、指数、意义）
五、抗拉强度与缩颈条件
六、塑性与塑性指标
七、超塑性
第五节断裂
一、断裂的类型及断口特征
（韧性断裂与脆性断裂、穿晶断裂与沿晶断裂、洁切断裂与解理断裂、高分子材料的断裂、断口分析）
二、裂纹形裂的位错模型
（佤纳——斯特罗理论、断裂强度的裂纹理论）
三、断裂强度
四、真实断裂强度与静力韧度
考核要求：
1、力—伸长曲线和应力——应变曲线
1.1力—伸长曲线（低碳钢曲线、决定因素）（识记）
1.2应力—应变曲线中有实力与工程应力的关系式（识记）
2、弹性形变及其性能指标
2.1弹性形变本质（领会）
2.2弹性模数（识记）
2.3影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）（领会）
2.4比例极限与弹性极限（领会）
2.5弹性比功（领会）
3、非理想弹性与内耗
3.1滞弹性（领会）
3.2粘弹性（领会）
3.3伪弹性（领会）
3.4包申格效应（识记）
3.5内耗（识记）
4、塑性变形及其性能指标
4.1塑性变形机理（识记）
4.2屈服观象与屈服强度（领会）
4.3影响金属材料屈服强度的因素（识记）
4.4应变硬化（领会）
4.5抗拉强度与缩颈条件（识记）
4.6塑性与塑性指标（识记）
4.7超塑性（识记）
第五节断裂
5.1断裂的类型及断口特征（识记）
5.2裂纹形裂的位错模型（领会）
5.3断裂强度（领会）
5.4真实断裂强度与静力韧度（领会）
第二章材料在其他静载下的力学性能
教学要点：
让学生了解扭转、弯曲、压缩与带缺口试样的静拉伸以及材料硬度实验的方法、应用范围、力学性能指标。
1、应力状态软性系数。
2、扭转、弯曲、压缩硬度指标的物理意义以及测量方法
3、了解缺口对材料力学性能的影响
教学时数：
4学时
教学内容：
第一节应力状态软性系数
第二节扭转、弯曲与压缩的力学性能
一、扭转及其性能指标（力学性能指标、特点及应用）
二、弯曲及其性能指标（力学性能指标、特点及应用）
三、压缩及其性能指标
第三节缺口试样静载力学性能
一、缺口处的应力分布特点及缺口效应
二、缺口试样的静拉伸及静弯曲性能（静拉伸和偏斜拉伸、静弯曲）
三、材料缺口敏感度及其影响因素
第四节硬度
一、硬度实验的意义
二、硬度试验方法（布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度与显微硬度）
三、硬度与其他力学性能的关系
考核要求：
1应力状态软性系数（理解）
2性能指标（识记）
3缺口试样静载力学性质（识记）
4硬度
4.1意义（识记）
4.2其他与力学性能的关系（理解）
第三章材料的冲击韧性及低温脆性
教学要点：
本章主要介绍材料在冲击载荷下的力学行为和性能特点以及金属材料的低温脆性。
1、冲击韧性及其工程意义
2、低温脆性的物理性质
3、影响因素
教学时数：
4学时
教学内容：
第一节冲击弯曲试验与冲击韧性
一、冲击弯曲试验
二、冲击韧性及其工程意义
三、冲击脆化效应
第二节低温脆性
一、系列冲击实验与低温脆性
二、韧脆转化温度及其评价方法
三、影响材料低温脆性的因素
考核要求：
1、冲击弯曲试验与冲击韧性
1.1冲击弯曲试验（识记）
1.2冲击韧性及其工程意义（识记）
2、低温脆性
2.1系列冲击实验与低温脆性（领会）
2.2韧脆转化温度及其评价方法（领会）
2.3影响材料低温脆性的因素（领会）
第四章材料的断裂韧性
教学要点：
本章主要断裂力学的基本原理为基础，简要介绍材料断裂韧性度的意义、影响因素及应用。
1、掌握低应力脆性
2、使学生掌握影响断裂韧度的因素
3、塑性区修正的意义、方法和条件
教学时数：
4学时
教学内容：
第一节线弹性条件下的断裂韧性
一、裂纹扩展的基本方式
二、裂纹尖端的应力场及应力场强度因子KI
三、断裂韧度KIC和断裂K数据
四、裂纹尖端塑性区及KI的修正
五、裂纹扩展能量释放怒GI
六、断裂韧度和断裂判据
第二节弹塑性条件下的断裂韧性
一、J积分的概念
二、J积分的能量录表达式
三、断裂韧度几断裂判据
四、裂纹尖端张开位移（COD）的概念
五、弹塑性条件下的（COD）表达式
第三节影响材料断裂韧度的因素
一、化学成分。
组织结构对断裂韧度的影响
二、特殊改性处理对断裂韧度的影响
三、外界因素对断裂韧度的影响
四、断裂韧度与强度。
塑性和冲击韧度的关系
第四节断裂韧度在工程中的应用
一、材料选择
二、安全校核
三、失效分析
四、评价材料脆性
五、材料开发
考核要求：
1、线弹性条件下的断裂韧性
1.1裂纹扩展的基本方式（识记）
1.2裂纹尖端的应力场及应力场强度因子KI（识记）
1.3断裂韧度KIC和断裂K数据（识记）
1.4裂纹尖端塑性区及KI的修正（领会）
1.5裂纹扩展能量释放怒GI（领会）
1.6断裂韧度和断裂判据（领会）
2、弹塑性条件下的断裂韧性
2.1J积分的概念（识记）
2.2J积分的能量录表达式（识记）
2.3断裂韧度几断裂判据（领会）
2.4裂纹尖端张开位移（COD）的概念（领会）
2.5弹塑性条件下的（COD）表达式（领会）
3、影响材料断裂韧度的因素
3.1化学成分、组织结构对断裂韧度的影响（领会）
3.2特殊改性处理对断裂韧度的影响（领会）
3.3外界因素对断裂韧度的影响（领会）
3.4断裂韧度与强度、塑性和冲击韧度的关系（领会）
第五章材料的疲劳性能
教学要点：
通过本章的学习使学生了解材料科学中研究工程材料疲劳的一般规律、疲劳破坏过程及机理、疲劳力学性能及影响因素。
1、疲劳破坏的一般规律
2、疲劳疲劳破坏的机理
3、影响疲劳强度的因素
教学时数：
6学时
教学内容：
第一节疲劳破坏的一般规律
一、疲劳破坏的变动应力
二、疲劳破坏的概念和特点
三、疲劳断口的宏观特征
第二节疲劳破坏的机理
一、金属材料疲劳破坏机理
二、非金属材料疲劳破坏机理
第三节疲劳抗力指标
一、疲劳试验方法
二、疲劳强度
三、疲劳缺口敏感度
四、疲劳裂纹扩展速率及扩展门槛值
第四节影响材料几机件疲劳强度的因素
一、工作条件的影响
二、表面状态及尺寸因素的影响
三、表面强化及残余应力的影响
四、材料成分及组织的影响
第五节热疲劳
一、热疲劳的概念
二、热疲劳损伤
三、影响材料热疲劳性能的因素
考核要求：
1、疲劳破坏的一般规律
1.1疲劳破坏的变动应力（领会）
1.2疲劳破坏的概念和特点（识记）
1.3疲劳断口的宏观特征（识记）
2、疲劳破坏的机理
2.1金属材料疲劳破坏机理（领会）
2.2非金属材料疲劳破坏机理（领会）
3、疲劳抗力指标
3.1疲劳试验方法（识记）
3.2疲劳强度（识记）
3.3疲劳缺口敏感度（领会）
3.4疲劳裂纹扩展速率及扩展门槛值（领会）
4、影响材料几机件疲劳强度的因素
4.1工作条件的影响（识记）
4.2表面状态及尺寸因素的影响（识记）
4.3表面强化及残余应力的影响（识记）
4.4材料成分及组织的影响（领会）
第六章材料的磨损性能
教学要点：
通过本章的学习使学生掌握磨损方式及其机理的讨论。
了解材料磨损本质及其影响因素，探索控制磨损的方法和提高材料耐磨性的途径。
1、磨损的概念
2、耐磨性的测量方法
3、提高材料耐磨性的途径
教学时数：
4学时
教学内容：
第一节磨损的基本概念及类型
一、磨损与磨损的概念
二、磨损的基本类型
第二节磨损过程
一、粘着磨损
二、磨粒磨损
三、接触疲劳
第三节耐磨性及其测量方法
一、材料的耐磨性
二、磨损试验方法
第四节提高材料乃磨性的途径
一、减轻粘着磨损的主要措施
二、减轻磨粒磨损的主要措施
三、提高接触疲劳抗力的措施
四、非金属材料的磨损特性
考核要求：
1、磨损的基本概念及类型
1.1磨损与磨损的概念（识记）
1.2磨损的基本类型（识记）
2、磨损过程
2.1粘着磨损（领会）
2.2磨粒磨损（领会）
2.3接触疲劳（领会）
3、耐磨性及其测量方法（应用）
3.1材料的耐磨性（领会）
3.2磨损试验方法（领会）
4、提高材料乃磨性的途径
4.1减轻粘着磨损的主要措施（识记）
4.2减轻磨粒磨损的主要措施（识记）
4.3提高接触疲劳抗力的措施（识记）
4.4非金属材料的磨损特性（识记）
第七章材料的高温力学性能
教学要点：
通过本章的学习使学生了解材料的高温变形行为、变形和断裂接机制、力学性能指标、影响因素等问题。
1、蠕变的一般规律
2、影响蠕变性能的主要因素
3、高温疲劳性能
教学时数：
4学时
教学内容：
第一节高温乳变性能
一、蠕变的一般规律
二、蠕变变形几断裂机理
三、蠕变性能指标
四、影响蠕变性能的主要因素
第二节其他高温力学性能
一、高温短时拉伸性能
一．高温下材料的粘性流动性能
二．高温硬度
三．高温疲劳性能
考核要求：
1、蠕变的一般规律（识记）
2、主要因素（识记）
3、高温疲劳性能（领会）
4、分析蠕变断裂与常温断裂机理的差异（应用）
第八章材料的热学性能
教学要点：
通过本章的学习使学生掌握热学性能的物理基础、物理本质、影响因素、测量方法及在材料研究中的应用。
1、热学性能的物理基础
2、使学生掌握物理本质
3、学会测量方法及其应用
教学时数：
6学时
教学内容：
第一节热学性能的物理基础
第二节热容
一、热容的基本概念
二、固体热容的量子理论
三、影响材料热容的因素
四、热容的测量
五、热分析方法的应用
第三节热膨胀
一、热膨胀的概念及热膨胀系数
二、热膨胀的机理
三、热膨胀与其他性能的因素
四、影响材料热膨胀系数的因素
五、热膨胀系数的测定及因素
第四节热传导
一、材料的热导路
二、热传导的微观机理
三、影响材料热传导性能的因素
四、热导率的测量及应用
考核要点：
1、热容的概念（识记）
2、影响材料热容的因素（应用）
3、热膨胀的机理（领会）
4、影响材料热传导性能的因素
4.1热传导的微观机理（领会）
4.2影响材料热传导性能的因素（识记）
4.3热导率的测量及应用（应用）
第九章材料的磁学性能
教学要点：
通过本章的学习使学生掌握磁性材料的本质，抗磁性、顺磁性及铁磁性特点及其影响因素和磁性参数的测量与应用进行简要介绍。
1、磁学性能
2、磁性的分类
3、铁磁性的基本特点及如何判定
教学时数：
8学时
教学内容：
第一节基本磁学性能
一、材料的磁性
二、材料的磁化
第二节抗磁性与顺磁性
一、材料抗磁性与顺磁性的物理本质
二、影响材料抗磁性与顺磁性的因素
三、抗磁与顺磁化路的测量及应用
第三节铁磁性与反磁性
一、铁磁材料的原子组态和原子磁矩
二、自发磁化
三、磁各向异性与磁致伸缩
四、磁畴结构
五、磁化曲线与磁滞回线
六、反铁磁性
七、铁磁材料的技术磁化
八、影响铁磁性参数的因素
九、铁磁性的测量与应用
考核要点：
1、基本磁学性能
1.1材料的磁性（领会）
1.2材料的磁化（领会）
2、抗磁性与顺磁性
2.1材料抗磁性与顺磁性的物理本质（识记）
2.2影响材料抗磁性与顺磁性的因素（识记）
2.3抗磁与顺磁化路的测量及应用（应用）
3、铁磁性与反磁性
3.1铁磁材料的原子组态和原子磁矩（识记）
3.2自发磁化（识记）
3.3磁各向异性与磁致伸缩（领会）
3.4磁畴结构（领会）
3.5磁化曲线与磁滞回线（领会）
3.6反铁磁性（识记）
3.7铁磁材料的技术磁化（领会）
3.8影响铁磁性参数的因素（识记）
3.9铁磁性的测量与应用（应用）
第十章材料的电学性能
教学要点：
通过本章的学习使学生掌握材料的导电、介电机理，影响材料导电、介电性能的因素以及导电、介电性能参数的测量和应用。
1、导电性能
2、影响热电势的因素
3、影响介电常数的因素
4、抗电强度的测量与应用
教学时数：
8学时
教学内容：
第一节导电性能
一、电阻与导电的基本概念
二、导电机理
三、超导电性
四、影响材料导电因素
五、导电性测量及应用
第二节热电性能
一、热电效应
二、影响热电势的因素
三、热电势的测量与应用
第三节半导体导电性的敏感效应
一、热敏效应
二、光敏效应
三、压敏效应
四、磁敏效应
五、其他敏感效应
第四节介质极化与介电性能
一、极化的基本概念
二、极化的基本形式
三、影响介电常数的因素
第五节电介质的介质损耗
一、电介质损耗的基本概念
二、介质的损耗形式
三、影响材料介电损耗的因素
第六节绝缘材料的抗电强度
一、强电场作用下绝缘材料的破坏
二、击穿形式
三、影响抗电强度的因素
四、抗电强度的测量与应用
考核要点：
1、导电性能
1.1电阻与导电的基本概念（识记）
1.2导电机理（识记）
1.3超导电性（领会）
1.4影响材料导电因素（领会）
1.5导电性测量及应用（领会）
2、热电性能
2.1热电效应（领会）
2.2影响热电势的因素（识记）
2.3热电势的测量与应用（应用）
3、半导体导电性的敏感效应
3.1热敏效应（领会）
3.2光敏效应（领会）
3.3压敏效应（领会）
3.4磁敏效应（领会）
3.5其他敏感效应（领会）
4、介质极化与介电性能
4.1极化的基本概念（识记）
4.2极化的基本形式（识记）
4.3影响介电常数的因素（识记）
5、电介质的介质损耗
5.1电介质损耗的基本概念（识记）
5.2介质的损耗形式（识记）
5.3影响材料介电损耗的因素（识记）
6、绝缘材料的抗电强度
6.1强电场作用下绝缘材料的破坏（识记）
6.2击穿形式（识记）
6.3影响抗电强度的因素（识记）
6.4抗电强度的测量与应用（应用）
第十一章材料的光学性能
教学要点：
通过本章的学习使学生掌握光学的基本概念、线形光学性能在材料中的应用及其影响因素，以及非线形光学性能产生的条件、结构与性能之间的关系，对于寻找新的非线形光学材料具有一定的指导意义。
1、线性光学性能的应用及其影响因素
2、非线性光学性能的应用
3、非线性光学极化系数的测量
教学时数：
8学时
教学内容：
第一节线性光学性能
一、线性光学性能的基本参量
二、线性光学性能的应用及其影响因素
第二节非线性光学性能
一、非线性光学性能的概念
二、产生非线性光学性能的条件
三、非线性光学晶体的结构与性能的相互关系
四、非线性光学性能的应用
五非线性光学极化系数的测量
考核要点：
1、线性光学性能
1.1线性光学性能的基本参量（识记）
1.2线性光学性能的应用及其影响因素（识记）
2、非线性光学性能
2.1非线性光学性能的概念（识记）
2.2产生非线性光学性能的条件（识记）
2.3非线性光学晶体的结构与性能的相互关系（识记）
2.4非线性光学性能的应用（应用）
2.5非线性光学极化系数的测量（应用）
第十二章材料的压电性能与铁电性能
教学要点：
本章主要介绍压电、铁电材料的基本概念、性能参数及其影响因素、测试方法和应用等。
1、压电效用的基本原理
2、PLZT陶瓷的各种电光性能及应用
3、铁电和热释放点参数的测量
教学时数：
8学时
教学内容：
第一节压电性能
一、压电效应的基本原理
二、压电振子与压电方程
三、压电性能的主要参数
四、压电材料的应用
第二节热释电与铁电性能
一、自发极化及其微观机制
二、晶体的热释电效应
三、晶体的铁电性
第三节铁电材料了的电光效应及其应用
一、电控双折射效应
二、电控光散效应
三、PLZT陶瓷的各种电光性能及应用
第四节影响材料压电性及铁电性的因素
一、化学成分的影响
二、晶粒间界的影响
三、预极化条件
四、薄膜材料的择优取向
第五节压电与铁电性能的测量
一、铁电和热释放点参数的测量
二、压电振子参数的测量
三、压电常数d33的测量
考核要点：
1、压电性能
1.1压电效应的基本原理（识记）
1.2压电振子与压电方程（识记）
1.3压电性能的主要参数（识记）
1.4压电材料的应用
2、热释电与铁电性能
2.1自发极化及其微观机制（识记）
2.2晶体的热释电效应（识记）
2.3晶体的铁电性（领会）
3、铁电材料了的电光效应及其应用
3.1电控双折射效应（领会）
3.2电控光散效应（领会）
3.3PLZT陶瓷的各种电光性能及应用（应用）
4、影响材料压电性及铁电性的因素
4.1化学成分的影响（识记）
4.2晶粒间界的影响（识记）
4.3预极化条件（领会）
4.4薄膜材料的择优取向（领会）
5、压电与铁电性能的测量
5.1铁电和热释放点参数的测量（领会）
5.2压电振子参数的测量（领会）
5.3压电常数d33的测量（领会）
三、推荐教材和参考书目
1、《材料性能学》，王从曾主编，北京工业出版社，2001.
2、《材料物理性能》田莳编著，北京航空航天大学出版社，2001年
3、《工程材料力学性能》刘瑞堂等编，哈尔滨工业大学出版社，2001年
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