材料科学导论双语教学大纲Word格式.docx
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FundamentalsofMaterialsScienceandEngineering,William
thD.CallisterJr.,5Edition,JohnWiley&
Sons,Inc.,2001
[1]Thecomingofmaterialsscience,R.W.Cahn,Pergamon参考书:
Press2001
[2]《材料科学导论》，冯端，师昌绪，刘治国等编，化学工
业出版社，2002年5月第1版
[3]《材料科学与工程基础》，顾宜主编，化学工业出版社，
2002年4月第1版
二、课程教育目标
本课程的教育目标是培养创新性、研究型、国际化的一流人才。
引导学生学习自我获取科学知识的手段，培养学生的研究型学习模式和创新能力;
加强学生的专业兴趣，为后续专业课程的学习打下良好基础;
采用英语为主要的授课语言，一方面让学生学会专业术语的英文表述，另一方面锻炼和提高学生的英语水平，培养学生利用外语学习学科先进知识和跨文化交流的能力，提高本科生的培养质量，力求与国际高等教育接轨。
通过教学使学生:
1.从原版专业教材的学习中，理解并能掌握与工程材料技术相关的基本概
1
念和基础知识，具体包括:
工程材料技术、材料环境协调性评价、绿色制造、材料选择、材料的本性、材料家族、固体材料结构及其测试方法和原理、材料的力学性质及其测试方法、材料的热学性质、材料破坏分析。
2.从原版专业教材的学习中，理解并能掌握金属材料、无机非金属材料、聚合物和复合材料相关的基本概念和基础知识，掌握各类材料组成、结构、加工与性能和应用之间的关系，并熟悉各材料的分类，主要内容包括:
铁基金属材料、有色金属、水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料、塑料、弹性体、粘合剂、涂料、智能聚合物、导电聚合物、聚合物基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料等。
3.从原版专业教材的学习中，了解并能掌握材料学科知识相关的英文专业术语和英文表达、英语学术演讲和英语科技论文写作基础知识等英语语言知识，主要内容包括:
重要专业英语词汇及其发音，基本数学公式的读法，重要专业英语词汇的前缀、后缀和复合词;
熟悉并能部分运用专业英语典型表达方式;
能就材料学科知识相关命题，做5-6分钟英文演讲。
三、理论教学内容与要求
第一章材料概述（2学时）
本章基本要求
1掌握有关工程材料技术、材料循环、环境协调性评价，绿色制造的基本概念;
2了解材料发展的历史;
3了解材料选择的基本方法、材料选择标准;
4熟悉与上述专业知识相关的基础专业英语词汇和典型的专业英语表达，并掌握其中的重要词汇和表达。
教学内容
1.Introduction（2hours）
LearningObjectives
1.1HistoricalPerspective
1.2MaterialsScienceandEngineering1.3WhyStudyMaterialsScienceandEngineering?
1.4ClassificationofMaterials1.5AdvancedMaterials
1.6ModernMaterials’Needs
第二章原子结构与化学键（4学时）
1了解物质是由原子组成，而组成材料的各元素原子结构和原子间的键合是决定材料性能的重要因素;
2掌握有关物质的四种基本物态和两种固态形式、材料内部结构，即:
原子结构、
2
分子结构、价键理论，以及元素周期表的基本概念;
3掌握材料家族的组成和各组成的分类及其特点;
4熟悉与上述专业知识相关的基础专业英语词汇和典型的专业英语表达，并掌握其中的重要词汇和表达;
5了解一些智能材料的基本概念及其基本专业英语词汇。
知识点:
四种基本物态，两种固态形式，原子结构、分子结构、价键理论、元素周期表的基本概念，材料家族的组成、材料家族中金属、聚合物、陶瓷、复合材料的定义和分类，智能材料的基本概念，相关的基础专业英语词汇和专业英语表达。
2.AtomicStructureandInteratomicBonding（4hours）
2.1Introduction
2.2FundamentalConcepts
2.3ElectronsinAtoms
2.4ThePeriodicTable
2.5BondingForcesandEnergies2.6PrimaryInteratomicBonds2.7SecondaryBondingorVanderWaalsBonding
2.8Molecules
Summary
ImportantTermsandConceptsReferences
QuestionsandProblems
第三章金属与陶瓷材料的结构（4学时）
1了解有关金属和陶瓷材料结构表征及其测试原理的基本概念和方法;
2掌握晶胞、晶格、晶系、配位数、堆积密度的基本概念;
3学会计算结晶平面和结晶方向的米勒指数;
材料结构表征的基本概念;
光谱法、X光衍射分析、光学显微法、电子显微分析法、差热分析的基本原理;
晶胞、晶格、晶系、配位数、同素异形和多形态现象、堆积密度的基本概念;
结晶平面和结晶方向的米勒指数计算方法;
相关的基础专业英语词汇和专业英语表达。
3
3.StructuresofMetalsandCeramics（4hours）
3.1Introduction
3.2FundamentalConcepts
3.3UnitCells
3.4MetallicCrystalStructures3.5DensityComputations-Metals3.6CeramicCrystalStructures3.7DensityComputations-Ceramics3.8SilicateCeramics
3.9Carbon
3.10PolymorphismandAllotropy3.11CrystalSystems
3.12CrystallographicDirections3.13CrystallographicPlanes3.14LinearandPlanarAtomicDensities3.15Close-PackedCrystalStructures3.16SingleCrystals
3.17PolycrystallineMaterials3.18Anisotropy
3.19X-RayDiffraction:
DeterminationofCrystalStructures
3.20NoncrystallineSolids
第四章高分子材料的结构（4学时）
1掌握有关聚合物本性、聚合反应、聚合物结构的基本概念;
2掌握聚合物的分子组成、分类、性质、加工和选择;
4熟悉常见通用塑料、工程塑料、弹性体英文名称和缩写的英文名称;
5熟悉并掌握与上述专业知识相关的重要专业英语词汇和典型的专业英语表达。
知识点
聚合物本性、聚合反应、聚合物结构;
聚合物的组成、分类和性质;
塑
4
料的分类、性质、选择和加工;
塑料再生利用;
聚合物晶体结构;
4.PolymerStructures（4hours）LearningObjectives
4.1Introduction
4.2HydrocarbonMolecules
4.3PolymerMolecules
4.4TheChemistryofPolymerMolecules4.5MolecularWeight
4.6MolecularShape
4.7MolecularStructure
4.8MolecularConfigurations4.9ThermoplasticandThermosettingPolymers
4.10Copolymers
4.11PolymerCrystallinity
4.12PolymerCrystals
第五章固体材料的缺陷（4学时）
1掌握晶胞、晶格、晶系、配位数、堆积密度、不完善结晶、固溶体、结晶缺陷、位错的基本概念;
2掌握晶体缺陷分布的几何特征可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类;
2明确刃型位错、螺形位错的形成机制及二者之间的区别。
知识点
不完善结晶、空位与间隙原子、取代固溶体、间隙固溶体、结晶缺陷、点缺陷、刃型位错、螺形位错、面缺陷、晶界、孪晶界、相界、外表面的基本概念;
点缺陷的运动、点缺陷的平衡浓度、位错的基本结构、位错的运动;
位错的弹性性质;
实际晶体中的位错。
5.ImperfectionsinSolids（4hours）LearningObjectives
5
5.1Introduction
5.2PointDefectsinMetals5.3PointDefectsinCeramics5.4ImpuritiesinSolids5.5PointDefectsinPolymers5.6SpecificationofCompositionCompositionConversions5.7Dislocations-LinearDefects5.8InterfacialDefects5.9BulkorVolumeDefects5.10AtomicVibrations
5.11General
5.12MicroscopicTechniques5.13GrainSizeDeterminationSummary
第六章扩散（4学时）
1掌握固体中原子扩散的表象理论:
扩散第一和第二定律;
2掌握固体扩散过程中原子的迁移机制;
3了解影响扩散速率的因素;
4理解金属和离子晶体中扩散差异的原因以及高分子（聚合物）分子运动对力学行为的影响。
扩散问题的热力学分析;
扩散激活能;
影响扩散的因素;
反应扩散;
离子晶体中的扩散;
高分子的分子运动。
教学内容
6.Diffusion（4hours）
6.1Introduction
6.2DiffusionMechanisms6.3Steady-StateDiffusion6.4Nonsteady-StateDiffusion6.5FactorsThatInfluenceDiffusion
6
6.6OtherDiffusionPaths
6.7DiffusioninIonicandPolymericMaterials
第七章材料力学性质（4学时）
1掌握有关材料力学性质和热学性质的基本概念;
2熟悉测定力学性质的主要试验方法;
3理解破坏分析和安全系数的基本概念及重要性;
4熟悉并掌握与上述专业知识相关的重要专业英语词汇和典型的专业英语表达。
知识点:
应力和应变的定义;
应力-应变图;
虎克定律;
极限强度、拉伸强度、挠曲或弯曲强度、疲劳强度、扭转强度、弹性模量、回弹模量、剪切模量、延展性、韧性、蠕变、硬度、热容、热膨胀、热导率、阻热性的基本概念;
弹性变形与粘弹性;
拉伸、冲击、硬度试验;
安全系数和破坏分析的基本概念;
相关的专业英语词汇和专业英语表达。
7.MechanicalProperties（4hours）LearningObjectives
7.1Introduction
7.2ConceptsofStressandStrain7.3Stress-StrainBehavior
7.4Anelasticity
7.5ElasticPropertiesofMaterials7.6TensileProperties
7.7TrueStressandStrain
7.8ElasticRecoveryDuringPlasticDeformation
7.9Compressive,Shear,andTorsionalDeformation
7.10FlexuralStrength
7.11ElasticBehavior
7.12InfluenceofPorosityontheMechanicalPropertiesofCeramics
7.13Stress–StrainBehavior
7.14MacroscopicDeformation7.15Viscoelasticity
7.16Hardness
7
7.17HardnessofCeramicMaterials7.18TearStrengthandHardnessofPolymers7.19VariabilityofMaterialPropertiesComputationofAverageandStandardDeviationValues
7.20Design/SafetyFactors
ImportantTermsandConcepts
References
第八章材料的变形与增强机制（6学时）
1掌握不同种类材料受力情况下的力学行为的分析方法;
2能够分析材料在外力作用下的塑性变形过程、机理、组织结构与性能的影响规律以及变形材料在加热过程中产生回复再结晶现象;
3.掌握材料的增强机制
滑移系;
单晶体的塑性变形;
多晶体的塑性变形;
变形后的组织与性能;
合金的塑性变形;
变形晶体加热时的变化;
回复;
再结晶;
再结晶后晶粒的长大;
动态回复与动态再结晶;
高聚物的塑性变形;
超塑性;
增强机制。
8.DeformationandStrengtheningMechanisms（6hours）
8.1Introduction
8.2Historical
8.3BasicConceptsofDislocations8.4CharacteristicsofDislocations8.5SlipSystems
8.6SlipinSingleCrystals
8.7PlasticDeformationofPolycrystallineMetals
8.8DeformationbyTwinning
8.9StrengtheningbyGrainSizeReduction8.10Solid-SolutionStrengthening8.11StrainHardening
8.12Recovery
8.13Recrystallization
8.14GrainGrowth
8
8.15CrystallineCeramics
8.16NoncrystallineCeramics8.17DeformationofSemicrystallinePolymers
8.18aFactorsThatInfluencetheMechanicalPropertiesofSemicrystallinePolymers
8.18bFactorsThatInfluencetheMechanicalPropertiesofSemicrystallinePolymers
8.19DeformationofElastomersSummary
第九章材料的失效（6学时）
1掌握材料及机械构件断裂失效的断裂类型、断裂过程及断裂失效技术等，认清材料断裂失断口的宏观和微观形貌及其特征;
2掌握分析材料研发、生产和使用过程中断裂失效原因的方法，能够提出预防和改进材料断裂的措施;
3掌握材料失效分析研究基本方法和技能以及常用的材料失效分析手段。
失效、脆性断裂、韧性断裂、蠕变的概念;
裂源及裂纹扩展方向;
疲劳断口形貌及其特征;
疲劳断裂失效类型及鉴别;
疲劳断裂失效原因与预防金属材料、无机非金属、聚合物材料失效机理。
9.Failure（6hours）
9.1Introduction
9.2FundamentalsofFracture9.3DuctileFracture
9.4BrittleFracture
9.5aPrinciplesofFractureMechanics9.5bPrinciplesofFractureMechanics9.6BrittleFractureofCeramics9.7FractureofPolymers
9.8ImpactFractureTesting
9.9CyclicStresses
9.10TheS-NCurve
9.11FatigueinPolymericMaterials
9
9.12aCrackInitiationandPropagation9.12bCrackInitiationandPropagation9.13CrackPropagationRate
9.14FactorsThatAffectFatigueLife9.15EnvironmentalEffects
9.16GeneralizedCreepBehavior9.17aStressandTemperatureEffects9.17bStressandTemperatureEffects9.18DataExtrapolationMethods9.19AlloysforHigh-TemperatureUse9.20CreepinCeramicandPolymericMaterials
第十章相图（4学时）
1掌握相图、相平衡条件和纯晶体材料的凝固理论，了解多种生长机制和凝固理论的应用;
2掌握二元相图及合金凝固，掌握相图的热力学基础知识;
3掌握匀晶、共晶、包晶和溶混间隙三种基本相图和其凝固特点以及成分过冷对组织形态的影响;
4了解平衡凝固和非平衡凝固的组织变化。
相图的表示和实验测定方法;
相图的热力学基础;
二元系合金凝固中的组织分析;
其他类型的二元相图;
二元相图的分析方法与应用;
固溶体合金的凝固理论;
共晶合金的凝固理论;
铸锭（件）的组织与缺陷。
10.PhaseDiagrams（4hours）
10PhaseDiagrams
10.1Introduction
10.2SolubilityLimit
10.3Phases
10.4Microstructure
10.5PhaseEquilibria
10
10.6BinaryIsomorphousSystems
10.7InterpretationofPhaseDiagrams10.8DevelopmentofMicrostructureinIsomorphousAlloys
10.9MechanicalPropertiesofIsomorphousAlloys10.10BinaryEutecticSystems
10.11DevelopmentofMicrostructureinEutecticAlloys
10.12EquilibriumDiagramsHavingIntermediatePhasesorC
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