無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱

1、無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱課程英文名稱：Fundamentals of Inorganic Materials Science課程編號(hào)：1313014002課程計(jì)劃學(xué)時(shí)：72學(xué)分：4.5課程簡(jiǎn)介：無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程是一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，適用于硅酸鹽工程與無(wú)機(jī)材料科學(xué)與工程專業(yè)。主要講授本專業(yè)范圍內(nèi)各種物理化學(xué)過程的變化和共性規(guī)律，為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課打下理論基礎(chǔ)，是一門必修的重點(diǎn)課程。本課程是在修完無(wú)機(jī)化學(xué)、物理學(xué)、物理化學(xué)、結(jié)晶礦物巖石學(xué)等課程之后，方能開設(shè)的課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生了解無(wú)機(jī)材料的組成-結(jié)構(gòu)-性能之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律，為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程和將來(lái)從事無(wú)機(jī)材料的研究

2、與開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。一、課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)基本要求緒論（1學(xué)時(shí)）要求了解無(wú)機(jī)材料的分類，特點(diǎn)，組成、結(jié)構(gòu)、性能、工藝以及其與環(huán)境的關(guān)系。第一章 晶體結(jié)構(gòu)（12學(xué)時(shí)）本章重點(diǎn)為晶體化學(xué)基本原理、典型晶體結(jié)構(gòu)和硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)，難點(diǎn)為硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)。第一節(jié) 結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)本節(jié)要求了解各晶系晶體定向法則與結(jié)晶符號(hào)的表示方法(考核概率0%)，理解晶體的基本性質(zhì)、晶胞與空間點(diǎn)陣的概念與區(qū)別(考核概率50%)，掌握七大晶系與十四種布拉維格子的劃分與特征(考核概率40%)。1 晶體的基本概念與性質(zhì)；2 晶胞與空間點(diǎn)陣；3 晶體的對(duì)稱分類7個(gè)晶系和14種布拉維格子；4 晶體定向與結(jié)晶學(xué)指數(shù)晶面指數(shù)與晶向指數(shù)。第二節(jié)

3、 晶體化學(xué)基本原理本節(jié)要求了解晶體中質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力與結(jié)合能(考核概率0%)，理解球體最緊密堆積原理和影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素(考核概率40%)，掌握同質(zhì)多晶和類質(zhì)同晶的概念以及鮑林規(guī)則的應(yīng)用(考核概率100%)1 晶體中質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力與結(jié)合能；2 晶體中質(zhì)點(diǎn)的堆積球體最緊密堆積原理；3 影響離子晶體結(jié)構(gòu)的因素原子半徑和離子半徑，配位數(shù)與配位多面體，離子極化，電負(fù)性，結(jié)晶化學(xué)定律；4 同質(zhì)多晶與類質(zhì)同晶；5 鮑林規(guī)則。第三節(jié) 典型晶體結(jié)構(gòu)類型本節(jié)要求了解-ZnS（閃鋅礦）型、-ZnS（纖鋅礦）型、CdI2型、-Al2O3（剛玉）型和MgAl2O4（尖晶石）型結(jié)構(gòu)(考核概率0%)，理解TiO2（金紅

4、石）型、金剛石型和石墨型結(jié)構(gòu)(考核概率10%)，掌握CsCl型、NaCl型、CaF2（螢石）型和CaTiO3（鈣鈦礦）型結(jié)構(gòu)，及正尖晶石和反尖晶石的概念(考核概率100%)1 金剛石結(jié)構(gòu)和石墨結(jié)構(gòu)；2 AX型結(jié)構(gòu)CsCl型、NaCl型、-ZnS（閃鋅礦）型、-ZnS（纖鋅礦）型；3 AX2型結(jié)構(gòu)CaF2（螢石）型、TiO2（金紅石）型、CdI2型；4 A2X3型結(jié)構(gòu)-Al2O3（剛玉）型結(jié)構(gòu)；5 ABO3型結(jié)構(gòu)CaTiO3（鈣鈦礦）型結(jié)構(gòu)；6 AB2O4型結(jié)構(gòu)MgAl2O4（尖晶石）型結(jié)構(gòu)。第四節(jié) 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)本節(jié)要求理解各類硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(考核概率20%)，掌握硅酸鹽晶體的表示方法、

5、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類依據(jù)(考核概率80%)。1 硅酸鹽晶體的表示方法、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類；2 島狀結(jié)構(gòu)；3 組群狀結(jié)構(gòu)；4 鏈狀結(jié)構(gòu)；5 層狀結(jié)構(gòu)；6 架狀結(jié)構(gòu)。第二章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷（10學(xué)時(shí)）本章重點(diǎn)為缺陷反應(yīng)式的寫法、各種缺陷濃度計(jì)算、固溶體的影響因素，難點(diǎn)為缺陷反應(yīng)式的寫法、分析。第一節(jié) 點(diǎn)缺陷本節(jié)要求了解點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性能的影響(考核概率0%)，掌握點(diǎn)缺陷的類型、缺陷化學(xué)反應(yīng)的表示法和熱缺陷濃度的計(jì)算(考核概率100%)。1 點(diǎn)缺陷的類型；2 缺陷化學(xué)反應(yīng)表示法；3 熱缺陷濃度的計(jì)算。第二節(jié) 固溶體本節(jié)要求了解固溶體對(duì)晶體性質(zhì)的影響及固溶體的研究方法(考核概率0%)，掌握固溶體的分類、形成固溶體的

6、影響因素(考核概率100%)。1 固溶體的分類；2 置換型固溶體；3 間隙型固溶體；4 固溶體對(duì)晶體性質(zhì)的影響；5 固溶體的研究方法。第三節(jié) 非化學(xué)計(jì)量氧化物本節(jié)要求了解四種非化學(xué)計(jì)量氧化物的形成原因及外界氣氛變化對(duì)晶體性質(zhì)的影響(考核概率0%)，掌握四種非化學(xué)計(jì)量氧化物缺陷反應(yīng)方程式的寫法(考核概率50%)1 陰離子缺位型；2 陽(yáng)離子填隙型；3 陰離子間隙型；4 陽(yáng)離子空位型。第四節(jié) 線缺陷本節(jié)要求掌握位錯(cuò)的分類，刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)的特點(diǎn)與區(qū)別(考核概率100%)1 位錯(cuò)的類型；2 刃位錯(cuò)；3 螺位錯(cuò)；4 混合位錯(cuò)。第五節(jié) 面缺陷本節(jié)要求了解幾種面缺陷的類型(考核概率0%)1 表面；2 晶界；3

7、 相界面。第三章 熔體與玻璃體（5學(xué)時(shí)）本章重點(diǎn)為熔體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、玻璃的結(jié)構(gòu)，難點(diǎn)為熔體的性質(zhì)、玻璃的結(jié)構(gòu)假說(shuō)。第一節(jié) 熔體的結(jié)構(gòu)本節(jié)要求理解熔體的聚合物理論(考核概率0%)。1 對(duì)熔體的一般認(rèn)識(shí)；2 熔體的聚合物理論聚合物的形成、影響因素。第二節(jié) 熔體的性質(zhì)本節(jié)要求掌握熔體的組成結(jié)構(gòu)和溫度對(duì)熔體性質(zhì)的影響(考核概率80%)。1 粘度；2 表面張力表面能。第三節(jié) 玻璃的通性本節(jié)要求理解玻璃（非晶態(tài)）與晶體（晶態(tài)）性質(zhì)的區(qū)別(考核概率0%)，掌握玻璃的四個(gè)通性(考核概率100%)1 各向同性；2 介穩(wěn)性；3 熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的可逆與漸變性；4 熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)物理化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)

8、性。第四節(jié) 玻璃的形成本節(jié)要求了解形成玻璃的熱力學(xué)條件、動(dòng)力學(xué)條件和結(jié)晶化學(xué)條件(考核概率0%)，掌握形成玻璃的物質(zhì)及方法(考核概率40%)。1 玻璃態(tài)物質(zhì)的形成方法；2 玻璃形成的熱力學(xué)觀點(diǎn)；3 形成玻璃的動(dòng)力學(xué)手段；4 玻璃形成的結(jié)晶化學(xué)條件。第五節(jié) 玻璃的結(jié)構(gòu)本節(jié)要求理解玻璃的兩個(gè)結(jié)構(gòu)假說(shuō)(考核概率10%)，掌握兩個(gè)玻璃結(jié)構(gòu)假說(shuō)的要點(diǎn) (考核概率50%)。1 晶子假說(shuō)；2 無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)假說(shuō)；3 兩大學(xué)說(shuō)的比較與發(fā)展。第六節(jié) 常見玻璃的類型本節(jié)要求了解兩類玻璃的結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)(考核概率0%)，掌握表征玻璃結(jié)構(gòu)的四個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)(考核概率100%)。1 硅酸鹽玻璃；2 硼酸鹽玻璃。第四章 表面與界面

9、（6學(xué)時(shí)）本章重點(diǎn)為固體的表面力場(chǎng)、粘土的荷電性、離子吸附與交換原理、粘土水系統(tǒng)的性質(zhì)，難點(diǎn)為晶體表面能、吸附粘附區(qū)別、晶界構(gòu)形、粘土水系統(tǒng)的電動(dòng)性質(zhì)與膠體性質(zhì)。第一節(jié) 固體的表面及其結(jié)構(gòu)本節(jié)要求了解固體表面特征、固體的表面能(考核概率0%)，理解各類晶體的表面結(jié)構(gòu)特征(考核概率10%)掌握固體的表面力場(chǎng) (考核概率80%)。1 固體的表面特征；2 晶體表面結(jié)構(gòu)；3 固體的表面能。第二節(jié) 固體的界面及其結(jié)構(gòu)本節(jié)要求了解硅酸鹽材料中，多晶體組織中的晶界構(gòu)形與晶界應(yīng)力(考核概率0%)。1 晶界與晶界構(gòu)形；2 晶界應(yīng)力。第三節(jié) 界面行為本節(jié)要求了解各種界面行為，界面上的彎曲表面效應(yīng)，吸附、潤(rùn)濕與粘附

10、的區(qū)別 (考核概率0%)。1 彎曲表面效應(yīng)；2 潤(rùn)濕與粘附；3 吸附與表面改性。第四節(jié) 粘土水系統(tǒng)膠體化學(xué)本節(jié)要求了解瘠性料的懸浮與塑化(考核概率0%)，理解粘土水系統(tǒng)的電動(dòng)性質(zhì)和膠體性質(zhì)(考核概率40%)，掌握粘土的荷電性、離子吸附與交換原理(考核概率80%)1 粘土的荷電性；2 粘土的離子吸附與交換；3 粘土膠體的電動(dòng)性質(zhì)；4 粘土水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)；5 瘠性料的懸浮與塑化。第五章 相平衡（16學(xué)時(shí)）本章重點(diǎn)為二元、三元系統(tǒng)相圖和專業(yè)相圖的分析，難點(diǎn)為專業(yè)相圖的分析與應(yīng)用。第一節(jié) 硅酸鹽系統(tǒng)相平衡特點(diǎn)本節(jié)要求理解熱力學(xué)平衡態(tài)與非平衡態(tài)(考核概率0%)，掌握凝聚系統(tǒng)的相律(考核概率90%)。1

11、 熱力學(xué)平衡態(tài)與非平衡態(tài)；2 相平衡的基本概念；3 硅酸鹽系統(tǒng)中的相律。第二節(jié) 相平衡的研究方法本節(jié)要求了解相平衡的研究方法(考核概率0%)，掌握根據(jù)冷卻（加熱）曲線建立相圖的方法(考核概率50%)。1 靜態(tài)法（即淬冷法）；2 動(dòng)態(tài)法。第三節(jié) 單元系統(tǒng)本節(jié)要求了解具有多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)相圖(考核概率0%)，理解單元系統(tǒng)專業(yè)相圖(考核概率10%)，掌握SiO2專業(yè)相圖的應(yīng)用(考核概率90%)1 水型物質(zhì)與硫型物質(zhì)；2 具有同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)相圖；3 專業(yè)單元系統(tǒng)相圖；第四節(jié) 二元系統(tǒng)本節(jié)要求理解二元系統(tǒng)專業(yè)相圖，與生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系(考核概率20%)，掌握杠桿規(guī)則、二元系統(tǒng)專業(yè)相圖的分析(考核概

12、率90%)。1 二元凝聚系統(tǒng)相圖的表示方法及杠桿規(guī)則；2 二元凝聚系統(tǒng)相圖的基本類型；3 專業(yè)二元系統(tǒng)相圖。第五節(jié) 三元系統(tǒng)本節(jié)要求理解三元系統(tǒng)專業(yè)相圖，與生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系(考核概率0%)，掌握重心規(guī)則、切線規(guī)則、連線規(guī)則、三元無(wú)變點(diǎn)的性質(zhì)、三元系統(tǒng)相圖的基本類型和分析方法(考核概率100%)。1 三元凝聚系統(tǒng)相圖概述；2 三元凝聚系統(tǒng)相圖的基本類型；3 專業(yè)三元系統(tǒng)相圖。第六章 擴(kuò)散（6學(xué)時(shí)）本章重點(diǎn)為擴(kuò)散微觀機(jī)制、擴(kuò)散的宏觀動(dòng)力學(xué)方程及其應(yīng)用、擴(kuò)散系數(shù)及影響因素，難點(diǎn)為擴(kuò)散的宏觀動(dòng)力學(xué)方程及其應(yīng)用、擴(kuò)散的微觀機(jī)構(gòu)。第一節(jié) 晶體中擴(kuò)散的基本特點(diǎn)與宏觀動(dòng)力學(xué)方程本節(jié)要求了解晶體中擴(kuò)散的基本特點(diǎn)(

13、考核概率0*%)，掌握擴(kuò)散的宏觀動(dòng)力學(xué)方程及應(yīng)用(考核概率80%)。1 晶體中擴(kuò)散的基本特點(diǎn)；2 擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)方程菲克定律；3 擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)方程應(yīng)用舉例。第二節(jié) 擴(kuò)散過程的推動(dòng)力、微觀機(jī)構(gòu)與擴(kuò)散系數(shù)本節(jié)要求理解多元系統(tǒng)的擴(kuò)散情況(考核概率0%)，掌握擴(kuò)散的推動(dòng)力、擴(kuò)散的微觀機(jī)構(gòu)及不同擴(kuò)散機(jī)構(gòu)時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)(考核概率100%)。1 擴(kuò)散的推動(dòng)力；2 質(zhì)點(diǎn)遷移（擴(kuò)散）的微觀機(jī)構(gòu)；3 擴(kuò)散機(jī)構(gòu)與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系；4 多元系統(tǒng)的擴(kuò)散（擴(kuò)散的熱力學(xué)理論）； 。第三節(jié) 固體材料中的擴(kuò)散及影響擴(kuò)散的因素本節(jié)要求了解無(wú)機(jī)固體中的擴(kuò)散情況(考核概率0%)，掌握擴(kuò)散與溫度、雜質(zhì)等的關(guān)系(考核概率50%)。1 固體中的擴(kuò)

14、散；2 影響擴(kuò)散的因素。第七章 固相反應(yīng)（4學(xué)時(shí)）本章重點(diǎn)為固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程、影響固相反應(yīng)的因素，難點(diǎn)為固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。第一節(jié) 固相反應(yīng)的分類、特征與機(jī)理本節(jié)要求了解固相反應(yīng)的分類、特征與固相反應(yīng)的機(jī)理(考核概率0%)。1 固相反應(yīng)的分類；2 固相反應(yīng)的特征；3 固相反應(yīng)機(jī)理。第二節(jié) 固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程本節(jié)要求理解解固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程(考核概率0%)，掌握一般動(dòng)力學(xué)關(guān)系(考核概率40%)。1 固相反應(yīng)一般動(dòng)力學(xué)關(guān)系；2 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)范圍；3 擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)范圍。第三節(jié) 影響固相反應(yīng)的因素本節(jié)要求掌握影響固相反應(yīng)的主要因素(考核概率80%)。1 反應(yīng)物化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)的影響；2 反應(yīng)物顆粒尺寸

15、及分布的影響；3 反應(yīng)溫度、壓力與氣氛的影響；4 礦化劑及其它影響因素。第八章 相變（4學(xué)時(shí)）本章重點(diǎn)為成核生長(zhǎng)相變機(jī)理、斯賓那多分解，難點(diǎn)為成核生長(zhǎng)相變動(dòng)力學(xué)、斯賓那多分解動(dòng)力學(xué)。第一節(jié) 相變的分類本節(jié)要求了解相變定義(考核概率0%)，掌握相變的類型(考核概率90%)。1 相變的定義；2 相變的分類。第二節(jié) 液固相變成核生長(zhǎng)機(jī)理本節(jié)要求掌握液固相變過程（即成核生長(zhǎng)機(jī)理）理論(考核概率60%)。1 液固相變過程熱力學(xué)；2 液固相變過程動(dòng)力學(xué)。第三節(jié) 液液相變斯賓那多分解本節(jié)要求了解玻璃分相的熱力學(xué)理論和結(jié)晶化學(xué)觀點(diǎn)(考核概率0%)，理解液相的不混溶現(xiàn)象(考核概率40%)1 液相的不混溶現(xiàn)象（玻

16、璃的分相）；2 分相的熱力學(xué)理論；3 分相的結(jié)晶化學(xué)觀點(diǎn)。第九章 燒結(jié)（8學(xué)時(shí)）本章重點(diǎn)為固相燒結(jié)機(jī)理、影響燒結(jié)的因素，難點(diǎn)為燒結(jié)機(jī)理。第一節(jié) 概述本節(jié)要求了解燒結(jié)的定義及分類(考核概率0%)，理解燒結(jié)的過程(考核概率10%)，掌握燒結(jié)的推動(dòng)力、燒結(jié)機(jī)理和燒結(jié)模型(考核概率90%)。1 燒結(jié)的定義及分類；2 燒結(jié)過程及推動(dòng)力；3 燒結(jié)機(jī)理；4 燒結(jié)模型。第二節(jié) 固態(tài)燒結(jié)本節(jié)要求掌握固相燒結(jié)的傳質(zhì)機(jī)理(考核概率80%)。1 蒸發(fā)凝聚傳質(zhì)；2 擴(kuò)散傳質(zhì)。第三節(jié) 液相參與的燒結(jié)本節(jié)要求了解液相燒結(jié)的傳質(zhì)機(jī)理(考核概率0%)1 液相燒結(jié)的特點(diǎn)和類型；2 流動(dòng)傳質(zhì)；3 溶解沉淀傳質(zhì)。第四節(jié) 晶粒生長(zhǎng)與二

17、次再結(jié)晶本節(jié)要求了解晶界在燒結(jié)中的作用(考核概率0%)，理解晶粒生長(zhǎng)與再結(jié)晶的概念(考核概率40%)，掌握晶粒生長(zhǎng)與燒結(jié)致密化的關(guān)系，二次再結(jié)晶對(duì)材料性能的影響(考核概率60%)。1 晶粒生長(zhǎng)；2 二次再結(jié)晶；3 晶界在燒結(jié)中的作用。第五節(jié) 影響燒結(jié)的因素本節(jié)要求掌握影響燒結(jié)的各因素，尤其是外加劑的作用(考核概率90%)1 原始粉料的粒度的影響；2 外加劑的作用；3 燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間的影響；4 物料活性的影響；5 氣氛的影響；6 壓力的影響。二、教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配一覽表教學(xué)內(nèi)容理論學(xué)時(shí)實(shí)踐學(xué)時(shí)建議的教學(xué)組織形式、方法、手段緒論1講授第一章 晶體結(jié)構(gòu)12講授習(xí)題第二章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷10講授習(xí)題第三章 熔體與玻璃體5講授習(xí)題自學(xué)第四章 表面與界面6講授習(xí)題+實(shí)驗(yàn)第五章 相平衡16講授習(xí)題+實(shí)驗(yàn)第六章 擴(kuò)散6講授習(xí)題第七章 相變4講授習(xí)題第八章 固相反應(yīng)4講授習(xí)題第九章 燒結(jié)8講授習(xí)題合計(jì)72三、大綱附錄1、建議教材：無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)，武漢理工大學(xué)出版社，陸佩