材料科學(xué)基礎(chǔ)課程大綱

1、晶體學(xué)基礎(chǔ)主要內(nèi)容晶體學(xué)基礎(chǔ)主要內(nèi)容包括材料的結(jié)合方式：共價(jià)鍵，離子鍵，金屬鍵，范德瓦爾鍵，氫鍵；各種結(jié)合鍵的比較及工程材料結(jié)合鍵的特性； 晶體學(xué)基礎(chǔ)：晶體的概念，晶體特性（晶體的棱角，均勻性，各向異性，對(duì)稱性），晶體的應(yīng)用 空間點(diǎn)陣：等同點(diǎn)，空間點(diǎn)陣，點(diǎn)陣平移矢量，初基胞，復(fù)雜晶胞，點(diǎn)陣參數(shù)。 晶系與布拉菲點(diǎn)陣：種晶系，14種布拉菲點(diǎn)陣的特點(diǎn)； 晶面、晶向指數(shù)：晶面指數(shù)的確定及晶面族，晶向指數(shù)的確定及晶向族，晶帶及晶帶定律 六方晶系的四軸座標(biāo)系的晶面、晶向指數(shù)確定。 典型純金屬的晶體結(jié)構(gòu)：三種典型的金屬晶合金相結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容合金相結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容 固溶體：固溶體的分類有置換固溶體及影響固溶度因素，

2、間隙固溶體，缺位固溶體； 中間相：正常價(jià)化合物，電子化合物，間隙相與間隙化合物，金屬間化合物的性質(zhì)與應(yīng)用； 固溶體的微觀不均勻性：超結(jié)構(gòu)，以fcc、bcc及hcp為基的超結(jié)構(gòu)，有序參數(shù)；空位與位錯(cuò)主要內(nèi)容空位與位錯(cuò)主要內(nèi)容 晶體中的缺陷，晶體缺陷的分類 晶體缺陷的形成 點(diǎn)缺陷：點(diǎn)缺陷的種類，點(diǎn)缺陷的形成，點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)缺陷的平衡濃度，點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響 位錯(cuò)：位錯(cuò)理論的起源：理論切變強(qiáng)度，位錯(cuò)學(xué)說 位錯(cuò)的觀察 位錯(cuò)基本類型及特征：刃型位錯(cuò)，螺型位錯(cuò)，混合位錯(cuò) 柏氏矢量：確定方法，柏氏矢量的模，實(shí)際晶體中的柏氏矢量，柏氏矢量的特性，位錯(cuò)密度 外力場(chǎng)中作用在位錯(cuò)線上的力 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)：滑移，攀移

3、，派一納力，混合位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)：直螺錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)，直刃錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)，混合直位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng) 位錯(cuò)的應(yīng)變能及位錯(cuò)線張力 位錯(cuò)間的交互作用：兩根平行螺位錯(cuò)的交互作用，兩根平行刃位錯(cuò)的交互作用， 位錯(cuò)的相互交截：螺型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)，刃錯(cuò)與刃錯(cuò)，螺錯(cuò)與刃錯(cuò) 位錯(cuò)的塞積 位錯(cuò)的增殖 實(shí)際晶體中的位錯(cuò)：?jiǎn)挝晃诲e(cuò)，堆垛層錯(cuò)，不全位錯(cuò)：肖克萊，弗蘭克不全位錯(cuò) 位錯(cuò)反應(yīng)及湯普遜四面體 位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的交互作用：彈性交互作用，柯垂?fàn)枤鈭F(tuán)，斯諾克氣團(tuán)，靜電交互作用 化學(xué)交互作用表面與界面主要內(nèi)容表面與界面主要內(nèi)容 固體表面：表面的分類， 晶體的平衡形狀與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 晶體的生長(zhǎng)形狀 表面吸附與分凝：物理吸附，化學(xué)

4、吸附，分凝 晶界：晶界分類，晶界模型，小角晶界的位錯(cuò)模型，大角晶界的模型 晶界的表面張力和晶界能，晶界遷移，晶界上少量第二相的形貌，晶界平衡偏聚 亞晶界 孿晶界 相界：共格相界，非共格相界 晶態(tài)固體的表面與界面實(shí)例：薄膜材料：制備，性質(zhì)，用途 復(fù)合材料：概念，分類，增強(qiáng)體，復(fù)合效應(yīng)，增強(qiáng)原理，界面結(jié)合類型，界面對(duì)性能影響 耐火材料的生產(chǎn)：粉體制備，固相反應(yīng)，燒結(jié) 純金屬的凝固主要內(nèi)容純金屬的凝固主要內(nèi)容 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)； 金屬結(jié)晶過程：金屬結(jié)晶的條件，過冷，熱力學(xué)分析，結(jié)構(gòu)條件 晶核的形成：均勻形核：能量分析，臨界晶核，形核功，形核率 非均勻形核：形核功，形核率 晶體的長(zhǎng)大：動(dòng)態(tài)過冷度（晶體長(zhǎng)

5、大的條件），固液界面微觀結(jié)構(gòu)，晶體長(zhǎng)大機(jī)制，晶體長(zhǎng)大形態(tài)：溫度梯度，平面長(zhǎng)大，樹枝狀長(zhǎng)大 陶瓷、聚合物的凝固 結(jié)晶理論的應(yīng)用實(shí)例：鑄錠晶粒度的控制，單晶制備，定向凝固，非晶態(tài)金屬 二元合金相圖與合金凝固主要內(nèi)容二元合金相圖與合金凝固主要內(nèi)容相圖基本原理：相，相平衡，相律，相圖的表示與測(cè)定方法，杠桿定律； 二元?jiǎng)蚓鄨D：相圖分析，固溶體平衡凝固過程及組織，固溶體的非平衡凝固與微觀偏析 固溶體的正常凝固過程與宏觀偏析：成分過冷，溶質(zhì)原子再分配，成分過冷的形成及對(duì)組織的影響，區(qū)域熔煉； 二元共晶相圖：相圖分析，共晶系合金的平衡凝固和組織，共晶組織及形成機(jī)理：粗糙粗糙界面,粗糙光滑界面,光滑光滑界面；

6、 共晶系非平衡凝固與組織：偽共晶，離異共晶，非平衡共晶； 二元包晶相圖：相圖分析，包晶合金的平衡凝固與組織，包晶合金的非平衡凝固與組織 包晶反應(yīng)的應(yīng)用 鑄錠：鑄錠的三層典型組織，鑄錠組織控制，鑄錠的缺陷 其它二元相圖：形成化合物的二元相圖，有三相平衡恒溫轉(zhuǎn)變的其它二元相圖：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、無序轉(zhuǎn)變，磁性轉(zhuǎn)變，同素異晶轉(zhuǎn)變 二元相圖總結(jié)及分析方法 二元相圖實(shí)例：Fe-Fe3C亞穩(wěn)平衡相圖，Al-Mn相圖，Al2O3-SiO2二元系相圖 相圖與合金性能的關(guān)系 相圖熱力學(xué)基礎(chǔ)：自由能成分曲線，異相平衡條件，公切線法則，由成分自由能曲線繪制二元相圖三元合金相圖主要內(nèi)容三元合金相圖主

7、要內(nèi)容成分表示方法：等邊三角形，等腰三角形，直角坐標(biāo)，成分三角形特殊線，直線法則與杠桿定律，重心法則； 三元?jiǎng)蚓鄨D：相圖分析，等溫截面，變溫截面； 固態(tài)完全不溶三元共晶相圖：相圖分析，等溫截面，變溫截面，投影圖； 固態(tài)有限溶解的三元共晶系：相圖分析，等溫截面，變溫截面，投影圖及凝固過程； 有包共晶反應(yīng)的三元系：相圖分析，投影圖及凝固過程； 有三元包晶反應(yīng)的三元系：相圖分析，投影圖及凝固過程分析； 生成化合物的三元相圖； 三元相圖總結(jié)：三元系的單相區(qū)，三元系的兩相區(qū)，三元系的三相區(qū)，三元系的四相平衡 三元系的液相面投影，三元系的相區(qū)接觸法則； 三元相圖實(shí)例：Fe-Cr-C系，Al-Cu-Mg系

8、，CaO-SiO2-Al2O3系原子擴(kuò)散要求掌握的主要內(nèi)容原子擴(kuò)散要求掌握的主要內(nèi)容 擴(kuò)散第一定律 擴(kuò)散第二定律，第二定律的解及應(yīng)用實(shí)例 柯肯達(dá)爾效應(yīng) 擴(kuò)散的微觀機(jī)理：擴(kuò)散機(jī)制，高擴(kuò)散率通道 擴(kuò)散熱力學(xué)：驅(qū)動(dòng)力，反應(yīng)擴(kuò)散 影響擴(kuò)散的因素 擴(kuò)散的應(yīng)用實(shí)例材料冷變形要求掌握的主要內(nèi)容材料冷變形要求掌握的主要內(nèi)容晶體的變形過程：彈性變形，塑性變形，斷裂，應(yīng)力應(yīng)變曲線 單晶體的塑性變形：滑移：滑移線，滑移系，交滑移，多系滑移，滑移的位錯(cuò)解釋 臨界分切應(yīng)力，拉伸和壓縮時(shí)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng) 其它變形方式：孿生，扭析 單晶體的應(yīng)力應(yīng)變曲線 多晶體的塑性變形：晶粒取向的影響，晶界的影響 晶粒大小對(duì)材料性能的影響：Ha

9、ll-Petch公式，高溫強(qiáng)度 單相固溶體合金的變形：固溶強(qiáng)化，屈服現(xiàn)象，應(yīng)變時(shí)效 復(fù)相合金的變形：第二相的影響 塑性變形中金屬的組織，性能變化：組織變化，加工硬化，內(nèi)應(yīng)力，織構(gòu) 金屬及合金強(qiáng)化的位錯(cuò)解釋：Cottroll氣團(tuán)，位錯(cuò)的相互交截，帶割階的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，Lomer-Cottrell位錯(cuò)，加工硬化的位錯(cuò)解釋，繞過機(jī)制（Orowan機(jī)制），切過機(jī)制 復(fù)合材料的塑性變形 聚合物和陶瓷的塑性變形 聚合物的塑性變形 陶瓷的塑性變形 冷變形金屬回復(fù)與再結(jié)晶主要內(nèi)容冷變形金屬回復(fù)與再結(jié)晶主要內(nèi)容 冷變形金屬加熱時(shí)的變化：形核，再結(jié)晶，晶粒長(zhǎng)大，性能變化 回復(fù)：回復(fù)時(shí)組織變化，回復(fù)動(dòng)力學(xué)，回復(fù)的用途 再結(jié)晶：再結(jié)晶形核機(jī)制，再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，再結(jié)晶溫度，再結(jié)晶后晶粒大小， 再結(jié)晶退火：軟化，再結(jié)晶織構(gòu) 再結(jié)晶后晶粒的長(zhǎng)大：正常長(zhǎng)大，反常長(zhǎng)大 金屬的熱變形：動(dòng)態(tài)回復(fù)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，熱變形對(duì)金屬材料組織性能影響，超塑性 相變理論中要求掌握的主要內(nèi)容 固態(tài)相變基本理論 固態(tài)相變的幾種基本形式：脫溶，共析轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變等。超常規(guī)制備技術(shù)主要內(nèi)容超常規(guī)制備技術(shù)主要內(nèi)容 了解幾種超常規(guī)制備技術(shù)的原理和應(yīng)用前景： 噴射沉積 半固態(tài)加工 機(jī)械合金化 快速凝固 材料的結(jié)構(gòu)與電學(xué)、磁學(xué)性能 明確材料電子尺度的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 了解由于電子結(jié)構(gòu)的變化對(duì)材料電學(xué)性能、半導(dǎo)體性