无机材料性能教.docx

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无机材料性能教

无机材料性能教案及课件

太原工业学院教案

课程章节

绪论

第1次课

授课时间2015年3月3日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解材料和材料性能的定义、无机非金属材料的特点；

2.掌握研究材料性能的五个方面；

3.理解研究材料性能的方法。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

绪论

一、材料性能的基本概述

二、无机非金属材料的特点和应用

三、材料性能研究的五方面【重点】

四、材料性能的研究方法【重点】

五、基本要求

六、考核方式

七、参考文献

1.幻灯演示，启发

2.幻灯演示，讨论、启发

3.先提问、举例，再讨论、讲解

思考、作业

总结：

材料使用性能划分、材料行为描述及性能表征类型、材料性能的微观本质。

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第2章无机材料的受力形变

2.1应力和应变

2.2弹性形变

2.3滞弹性

第2次课

授课时间2015年3月6日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解滞弹性的理想流变模型和滞弹性的概念、弹性模量的影响因素。

2.掌握应力和应变的概念、各向同性和各向异性广义虎克定律。

3.理解弹性形变的机理。

4.学会分析材料中某一点的应力和应变状态，学会使用应力-应变曲线分析实际问题。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

2.1应力和应变【重点】

应力和应变的基本概念、

材料中某点的应力、应变分析、

应力-应变曲线

2.2弹性形变

广义虎克定律【重点】

弹性形变的机理【难点】

弹性模量的影响因素。

2.3滞弹性

流变模型

滞弹性【难点】

1.总结、复习上次课程重点

2.幻灯演示，公式推导

3.幻灯演示，讨论、启发

4.先提问、举例，再讨论、讲解

思考、作业

作业：

P72第4题

思考题：

应力-应变曲线的测试方法

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

4.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第2章无机材料的受力形变

2.3滞弹性

2.4无机材料的塑性形变

2.5无机材料的高温蠕变

第3次课

授课时间2015年3月10日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解滞弹性的概念、松弛时间。

2.掌握无机材料塑性形变的机理和影响因素、高温蠕变的机理和影响因素。

3.理解材料在蠕变各阶段的特点。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

2.3滞弹性【难点】

2.4无机材料的塑性形变【重点】

晶格滑移

塑性形变的机理

2.5无机材料的高温蠕变【重点】

典型的蠕变曲线

蠕变机理

影响蠕变的因素

1.总结、复习上次课程重点内容

2.幻灯演示，提问探讨

3.幻灯演示，讨论、启发

3.幻灯演示，讨论、启发

4.先提问、举例，再讨论、讲解

思考、作业

作业：

P73第6、8、20题

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第3章无机材料的脆性断裂与强度

3.1理论断裂强度

3.2格里菲斯微裂纹理论

3.3应力强度因子和平面应变断裂韧性

第4次课

授课时间2015年3月17日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解裂纹扩展的方式、裂纹尖端应力场分布、裂纹扩展的动力和阻力。

2.掌握理论断裂强度、格里菲斯微裂纹理论、及其公式推导。

3.理解应力场强度因子与几何形状因子、临界应力场强度因子及断裂韧性的概念及其相互关系。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

3.1理论断裂强度

3.2格里菲斯微裂纹理论【重点】

英格里斯（Inglis）理论

格里菲斯微裂纹理论

3.3应力强度因子和平面应变断裂韧性

裂纹扩展方式

裂纹尖端应力场分析【难点】

应力场强度因子及几何形状因子

【重点】

临界应力场强度因子及断裂韧性

【重点】

裂纹扩展的动力与阻力

1.总结、复习上次课程重点内容，提问

2.幻灯演示，推导公式

3.幻灯演示，讨论、启发

4.举例，再讨论、讲解

5.幻灯演示，讨论、启发

思考、作业

P107第4、6题

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第3章无机材料的脆性断裂与强度

3.4断裂韧性常规测试方法

3.5裂纹的起源与扩展

3.6静态疲劳

第5次课

授课时间2015年3月20日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解测定亚临界裂纹生长速率与应力场强度因子关系的实验方法、根据亚临界裂纹扩展预测材料寿命。

2.掌握断裂韧性的常规测试方法、影响裂纹扩展的因素、亚临界裂纹生长速率与应力场强度因子的关系、静态疲劳的机理。

3.理解裂纹的起源的原因和裂纹扩展的条件。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

3.4断裂韧性常规测试方法【重点】

单边切口梁技术

山形切口技术

其他形状切口试样

Knoop压痕三点弯曲梁法

3.5裂纹的起源与扩展

裂纹的起源

裂纹的快速扩展

影响裂纹扩展的因素

3.6静态疲劳【难点】

静态疲劳

1.复习上次课程重点内容，提问

2.由学生讲解，提问、点评、总结

3.举例，再讨论、讲解

4.幻灯演示，讨论、启发

思考、作业

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第3章无机材料的脆性断裂与强度

3.5裂纹的起源与扩展

3.6静态疲劳

3.7蠕变断裂

3.8显微结构对材料脆性断裂的影响

第6次课

授课时间2015年3月24日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解测定亚临界裂纹生长速率与应力场强度因子关系的实验方法、根据亚临界裂纹扩展预测材料寿命、蠕变断裂及其机理。

2.掌握断裂韧性的常规测试方法、影响裂纹扩展的因素、亚临界裂纹生长速率与应力场强度因子的关系、静态疲劳的机理。

3.理解裂纹的起源的原因和裂纹扩展的条件。

4.学会根据显微结构对材料脆性断裂的影响设计改善材料的脆性断裂行为。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

3.5裂纹的起源与扩展【重点】

裂纹的起源

裂纹的快速扩展

影响裂纹扩展的因素

3.6静态疲劳【难点】

静态疲劳

3.7蠕变断裂

3.8显微结构对材料脆性断裂的影响

【重点】

1.复习上次课程重点内容，提问

2.幻灯片演示

3.举例，再讨论、讲解

4.幻灯演示，讨论、启发

思考、作业

P107第8、9题

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第3章无机材料的脆性断裂与强度

3.9断裂统计学

3.10提高陶瓷材料强度及改善脆性的途径

3.12陶瓷材料的硬度

第7次课

授课时间2015年3月31日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解Weibull方法计算材料断裂概率。

2.掌握试样尺寸和承载模式对断裂性能的影响、提高陶瓷材料强度及改善脆性的方法。

3.理解硬度的概念，及不同测试方法下测得的硬度表示的含义。

4.学会材料断裂韧性和硬度的测试方法。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

3.9断裂统计学【难点】

Weibull方法

试样尺寸和承载模式的影响

3.10提高陶瓷材料强度及改善脆性的途径

【重点】

微晶、高密度与高纯度

预加应力

化学强化

相变增韧

弥散增韧

3.12陶瓷材料的硬度【重点】

1.复习上次课程重点内容，提问

2.幻灯演示，启发

3.举例，讨论、讲解

4.幻灯演示，讨论、启发

5.学生讲解断裂韧性和维氏硬度的测试方法

思考、作业

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第4章无机材料的热性能

4.1无机材料的热容

4.2材料的热膨胀

第8次课

授课时间2015年4月3日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.掌握晶态固体热容的经验定律和经典理论、热容的量子理论。

2.理解热容、热膨胀系数的概念。

3.学会从质点间作用力和位能关系解释固体材料热膨胀现象。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

4.1无机材料的热容

晶态固体热容的经验定律和经典理论

晶态固体热容的量子理论【重点】

4.2材料的热膨胀

热膨胀系数

固体材料热膨胀机理【重点】

1.复习第二、三章内容，提问

2.幻灯演示，解释

3.举例，讨论、讲解

4.幻灯演示，讨论、启发

思考、作业

作业P134：

题1、3

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第4章无机材料的热性能

4.2无机材料的热膨胀

4.3无机材料的热传导

第9次课

授课时间2015年4月7日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解坯釉适应性与热膨胀系数之间的关系、多晶体和复合材料的热膨胀系数、某些无机材料的热导率；

2.掌握固体材料热膨胀的机理、固体材料热导率的宏观规律和微观机理；

3.理解膨胀系数与其他性能之间的关系、影响热导率的因素。

4.学会从质点间作用力和位能关系解释固体材料热膨胀现象。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

4.2材料的热膨胀

固体材料热膨胀机理【重点】

热膨胀和其他性能的关系

多晶体和复合材料的热膨胀【难点】

热膨胀系数与坯釉适应性

4.3无机材料的热传导

固体材料热传导的宏观规律【重点】

固体材料热传导的微观机理【难点】

影响热导率的因素【重、难点】

某些无机材料的热导率

1.复习上次课程内容，提问

2.幻灯演示，解释

3.举例，讨论、讲解

4.幻灯演示，讨论、启发

思考、作业

作业题：

P134题4

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第4章无机材料的热性能

4.3无机材料的热传导

4.4无机材料的抗热震性

第10次课

授课时间2015年4月14日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解无机材料热导率的规律、抗热震性的表示方法；

2.掌握影响抗热震断裂性、抗热震损伤性的因素、影响导热率的因素；

3.理解抗热震断裂性、抗热震损伤性的概念及其区别。

4.学会分析材料内部各种原因所产生的热应力。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

4.3无机材料的热传导

影响热导率的因素【重、难点】

某些无机材料的热导率

4.4无机材料的抗热震性

抗热震性的表示方法

热应力

抗热震断裂性【难点】

抗热震损伤性【难点】

影响抗热震性的因素【重点】

1.复习上次课程内容，提问

2.幻灯演示，解释

3.举例分析

4.举例，讨论、讲解

5.幻灯演示，讨论、启发

思考、作业

作业题：

P134题9

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第5章无机材料的电导

5.1电导的基本性能

5.2离子电导

第11次课

授课时间2015年4月28日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解欧姆定律、固体电解质；

2.掌握迁移率、电导率的概念和计算，载流子浓度的计算，离子的迁移率、电导率的计算；

3.理解载流子的种类、载流子的迁移方式。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

5.1电导的基本性能

欧姆定律

体积电阻和表面电阻

迁移率和电导率【重、难点】

5.2离子电导【重、难点】

载流子的浓度

离子的迁移率

离子的电导率

固体电解质

1.复习总结第四章课程内容，提问

2.幻灯演示，解释

3.举例分析

4.举例，讨论、讲解

5.幻灯演示，讨论、启发

思考、作业

作业题：

P178题4、5

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第5章无机材料的电导

5.2离子电导

5.3电子电导

第12次课

授课时间2015年5月5日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解固体电解质及其应用，金属、半导体和绝缘体的能带结构；

2.掌握导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度的计算，本征半导体中载流子浓度的计算，杂质半导体中的载流子浓度计算，电子迁移率的计算，电子电导率的计算；

3.理解载流子在运动过程中的散射作用，主要的散射机构，平均自由程、平均自由时间的概念。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

5.2离子电导

固体电解质

5.3电子电导【重、难点】

载流子的浓度

电子的迁移率

电子电导率

1.复习总结上次课程内容，提问

2.幻灯演示，解释

3.举例分析

4.举例，讨论、讲解

5.幻灯演示，讨论、启发

思考、作业

作业题：

P178题10

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第5章无机材料的电导

5.3电子电导

5.4无机材料的电导

5.5多晶半导体材料

第13次课

授课时间2015年5月12日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解多晶半导体的表面效应和界面效应，金属与半导体的接触效应，非晶态玻璃材料的电导；

2.掌握多晶多相固体材料的电导组成及计算方法，材料形成半导体的方法和过程；

3.理解p-n结的形成过程，影响材料电子电导能力的因素。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

5.3电子电导

影响电子电导率的因素

5.4无机材料的电导

非晶态玻璃材料的电导

多晶多相固体材料的电导【重、难点】

5.5多晶半导体材料

材料的半导化【重、难点】

p-n结【重、难点】

金属-半导体接触

表面效应和界面效应

1.复习总结上次课程内容，提问

2.幻灯演示，解释

3.举例分析

4.举例，讨论、讲解

5.幻灯演示，讨论、启发

6.自学

思考、作业

作业题：

P178题12

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第6章无机材料介电性能

6.1介质的电极化

第14次课

授课时间2015年5月15日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解介质中某点的宏观电场与局部电场，高介晶体的极化，金红石型晶体的介电常数，无机材料介质的极化及介电常数的温度系数；

2.掌握电偶极距的概念，电偶极子周围的电场，极化强度的概念及与宏观可测量间的关系；

3.理解介电常数与电极化率的关系，电极化的微观机理。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

6.1介质的电极化

介质的极化强度【重点】

宏观电场与局部电场【难点】

介电常数与电极化率的关系

电极化的微观机制【重、难点】

高介晶体的极化

无机材料的电极化

1.复习总结第5章的主要内容，提问

2.幻灯演示，解释

3.举例，讨论、讲解

4.幻灯演示，讨论、启发

思考、作业

作业题：

P229第1、4、6题

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第6章无机材料介电性能

6.2介质的损耗

6.3介电强度

第15次课

授课时间2015年5月19日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解介质的共振吸收损耗和传导损耗，无机介质的损耗，影响热击穿的因素；

2.掌握介电损耗的形式，复介电常数、损耗角、损耗因子的概念及计算，介电弛豫的概念及德拜公式，介电损耗的表示方法，无机材料的击穿方式；

3.理解介电损耗与频率、温度的关系，介质在电场中的破坏形式，电击穿和热击穿理论。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

6.2介质的损耗

介电损耗【重、难点】

介质损耗和频率、温度的关系

无机介质的损耗

6.3介电强度

介质在电场中的破坏

电击穿

热击穿

无机材料的击穿

1.复习上次课程的主要内容，提问

2.幻灯演示，解释

3.举例，讨论、讲解

4.幻灯演示，讨论、启发

5.举例，讨论、讲解

思考、作业

作业题：

P229第9、12、16题

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第6章无机材料介电性能

6.4铁电性

6.5压电性

第16次课

授课时间2015年5月26日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解了解铁电畴的概念及其形成过程，压电陶瓷的预极化及其性能稳定性，铁电体和压电体的应用；

2.掌握钛酸钡自发极化的微观机理，铁电体的性能特点，压电振子及其相应的参数；

3.理解压电效应，压电性与晶体结构之间的关系；

4.学会铁电体的判断，分析电滞回线。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

6.4铁电性

铁电体

钛酸钡自发极化的微观机理

铁电畴【难点】

电滞回线的形成【重点】

铁电体的性能及其应用

6.5压电性

压电效应

压电振子及其重要参数【重、难点】

压电性与晶体结构【重点】

压电陶瓷的预极化及其性能稳定性

压电陶瓷及其应用

1.复习上次课程的主要内容，提问

2.幻灯演示，解释

3.举例，讨论、讲解

4.幻灯演示，讨论、启发

5.举例，讨论、讲解

思考、作业

作业题：

P229第28题

参考文献：

1.《无机材料物理性能》王秀峰等主编化学工业出版社

2.《无机材料性能》关振铎主编清华大学出版社

3.《材料性能学》张帆等主编上海交通大学出版社

太原工业学院教案

课程章节

第7章无机材料的磁学性能

7.1磁矩和极化强度

7.2物质的磁性

7.3磁畴的形成和磁滞回线

第17次课

授课时间2015年5月29日

授课班级1220731、732

授课类型：

√理论课讨论课实践课习题课

教学目标

1.了解磁性材料的分类及其特点，各种典型的磁性材料；

2.掌握磁性的基本概念，如磁化、磁矩、磁化强度和磁感应强度，磁性材料的磁滞回线形成过程及特点；

3.理解磁性能与介电性能的联系，磁畴的形成原因。

教学内容（注明重点、难点）

课堂教学设计与教学方法

7.1磁矩和磁化强度【重点】

磁矩

磁化强度

7.2物质的磁性

顺磁性

铁磁性

反铁磁性

抗磁性

7.3磁畴的形成和磁滞回线

磁畴的形成【难点】

磁滞回线【重点】

1.复习第6章课程主要内容，提问

2.幻灯演示，解释

3.举例，讨论、讲解

4.幻灯演示，讨论、启发

5.举例，讨论、讲解

思考、作业

参考文献