材料科學基礎課程大綱

1、晶體學基礎主要內容晶體學基礎主要內容包括材料的結合方式：共價鍵，離子鍵，金屬鍵，范德瓦爾鍵，氫鍵；各種結合鍵的比較及工程材料結合鍵的特性； 晶體學基礎：晶體的概念，晶體特性（晶體的棱角，均勻性，各向異性，對稱性），晶體的應用 空間點陣：等同點，空間點陣，點陣平移矢量，初基胞，復雜晶胞，點陣參數。 晶系與布拉菲點陣：種晶系，14種布拉菲點陣的特點； 晶面、晶向指數：晶面指數的確定及晶面族，晶向指數的確定及晶向族，晶帶及晶帶定律 六方晶系的四軸座標系的晶面、晶向指數確定。 典型純金屬的晶體結構：三種典型的金屬晶合金相結構主要內容合金相結構主要內容 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與應用； 固溶體的微觀不均勻性：超結構，以fcc、bcc及hcp為基的超結構，有序參數；空位與位錯主要內容空位與位錯主要內容 晶體中的缺陷，晶體缺陷的分類 晶體缺陷的形成 點缺陷：點缺陷的種類，點缺陷的形成，點缺陷的運動，點缺陷的平衡濃度，點缺陷對材料性能的影響 位錯：位錯理論的起源：理論切變強度，位錯學說 位錯的觀察 位錯基本類型及特征：刃型位錯，螺型位錯，混合位錯 柏氏矢量：確定方法，柏氏矢量的模，實際晶體中的柏氏矢量，柏氏矢量的特性，位錯密度 外力場中作用在位錯線上的力 位錯運動：滑移，攀移

3、，派一納力，混合位錯的運動 位錯的彈性性質：直螺錯的應力場，直刃錯的應力場，混合直位錯的應力場 位錯的應變能及位錯線張力 位錯間的交互作用：兩根平行螺位錯的交互作用，兩根平行刃位錯的交互作用， 位錯的相互交截：螺型位錯與螺型位錯，刃錯與刃錯，螺錯與刃錯 位錯的塞積 位錯的增殖 實際晶體中的位錯：單位位錯，堆垛層錯，不全位錯：肖克萊，弗蘭克不全位錯 位錯反應及湯普遜四面體 位錯與溶質原子的交互作用：彈性交互作用，柯垂爾氣團，斯諾克氣團，靜電交互作用 化學交互作用表面與界面主要內容表面與界面主要內容 固體表面：表面的分類， 晶體的平衡形狀與結構的關系 晶體的生長形狀 表面吸附與分凝：物理吸附，化學

4、吸附，分凝 晶界：晶界分類，晶界模型，小角晶界的位錯模型，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例：薄膜材料：制備，性質，用途 復合材料：概念，分類，增強體，復合效應，增強原理，界面結合類型，界面對性能影響 耐火材料的生產：粉體制備，固相反應，燒結 純金屬的凝固主要內容純金屬的凝固主要內容 液態(tài)金屬的結構； 金屬結晶過程：金屬結晶的條件，過冷，熱力學分析，結構條件 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 晶體的長大：動態(tài)過冷度（晶體長

5、大的條件），固液界面微觀結構，晶體長大機制，晶體長大形態(tài)：溫度梯度，平面長大，樹枝狀長大 陶瓷、聚合物的凝固 結晶理論的應用實例：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容二元合金相圖與合金凝固主要內容相圖基本原理：相，相平衡，相律，相圖的表示與測定方法，杠桿定律； 二元勻晶相圖：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，溶質原子再分配，成分過冷的形成及對組織的影響，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 包晶反應的應用 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，有三相平衡恒溫轉變的其它二元相圖：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、無序轉變，磁性轉變，同素異晶轉變 二元相圖總結及分析方法 二元相圖實例：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系 相圖熱力學基礎：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容三元合金相圖主

7、要內容成分表示方法：等邊三角形，等腰三角形，直角坐標，成分三角形特殊線，直線法則與杠桿定律，重心法則； 三元勻晶相圖：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； 有包共晶反應的三元系：相圖分析，投影圖及凝固過程； 有三元包晶反應的三元系：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：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； 三元相圖實例：Fe-Cr-C系，Al-Cu-Mg系

8、，CaO-SiO2-Al2O3系原子擴散要求掌握的主要內容原子擴散要求掌握的主要內容 擴散第一定律 擴散第二定律，第二定律的解及應用實例 柯肯達爾效應 擴散的微觀機理：擴散機制，高擴散率通道 擴散熱力學：驅動力，反應擴散 影響擴散的因素 擴散的應用實例材料冷變形要求掌握的主要內容材料冷變形要求掌握的主要內容晶體的變形過程：彈性變形，塑性變形，斷裂，應力應變曲線 單晶體的塑性變形：滑移：滑移線，滑移系，交滑移，多系滑移，滑移的位錯解釋 臨界分切應力，拉伸和壓縮時晶體的轉動 其它變形方式：孿生，扭析 單晶體的應力應變曲線 多晶體的塑性變形：晶粒取向的影響，晶界的影響 晶粒大小對材料性能的影響：Ha

9、ll-Petch公式，高溫強度 單相固溶體合金的變形：固溶強化，屈服現象，應變時效 復相合金的變形：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，內應力，織構 金屬及合金強化的位錯解釋：Cottroll氣團，位錯的相互交截，帶割階的位錯運動，Lomer-Cottrell位錯，加工硬化的位錯解釋，繞過機制（Orowan機制），切過機制 復合材料的塑性變形 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 冷變形金屬回復與再結晶主要內容冷變形金屬回復與再結晶主要內容 冷變形金屬加熱時的變化：形核，再結晶，晶粒長大，性能變化 回復：回復時組織變化，回復動力學，回復的用途 再結晶：再結晶形核機制，再結晶動力學，再結晶溫度，再結晶后晶粒大小， 再結晶退火：軟化，再結晶織構 再結晶后晶粒的長大：正常長大，反常長大 金屬的熱變形：動態(tài)回復，動態(tài)再結晶，熱變形對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，共析轉變、馬氏體轉變等。超常規(guī)制備技術主要內容超常規(guī)制備技術主要內容 了解幾種超常規(guī)制備技術的原理和應用前景： 噴射沉積 半固態(tài)加工 機械合金化 快速凝固 材料的結構與電學、磁學性能 明確材料電子尺度的結構特點 了解由于電子結構的變化對材料電學性能、半導體性