课程简介

《材料科学基础》课程是为材料科学与工程、无机非金属材料科学工程和复合材料与工程等专业开设的专业基础课程。本课程主要介绍材料组成、结构与性能之间关系的基础理论知识，其内容涉及晶体的基本概念与典型晶体结构类型、晶体结构缺陷、熔体与非晶态固体、材料的表面与界面、相平衡与相图、固体中质点的扩散、固相反应、相变、烧结。希望通过本课程的教与学使学生熟悉材料科学的基本原理和研究方法，将自然科学、工程基础和专业知识用于材料的制备、结构与性能的优化，为今后进一步深入学习或从事材料相关的技术开发和科学研究奠定厚实的基础。

课程目标

课程目标1：要求学生在学习并掌握材料科学的基础理论和基本知识后，能够对材料的组成、结构与性能之间的相互关系及其变化规律进行分析讨论，并用于材料的制备、结构与性能的优化。

课程目标2：能合理地运用专业基础知识，识别、表达和分析材料组成、工艺、结构问题，提高解决材料复杂工程问题的能力。

    课程目标 3：培养批判性思维、系统性思维、实践与创新和自主学习能力，塑造具有人文情怀、工科气质的卓越材料工程技术人才。

教学内容

第一章 晶体结构基础：本章主要介绍了晶体中质点间的结合方式与不同价键的特征，晶体的基本概念与性质，宏观对称和微观对称以及典型晶体结构。结晶化学的基本原理，几何结晶学基础理论，无机化合物结构与性能之间的关系。重点有化学键与电子结构，晶体和空间点阵，晶体的宏观对称和点群，晶体的微观对称和空间群，球体紧密堆积原理，典型晶体结构（金刚石结构、NaCl结构、萤石结构、钙钛矿结构、尖晶石结构），硅酸盐结构的组成表征、结构特点与分类，层状、架状硅酸盐结构。

第二章 晶体结构缺陷：本章主要介绍了点缺陷、固溶体、缺陷化学反应方程、固溶式，位错。缺陷类型、缺陷浓度的计算，离子晶体中的点缺陷与色心，固溶体的概念与研究方法，非化学计量化合物。重点有缺陷的形成原因，表示方法；缺陷浓度计算，固溶体及非化学计量化合物。

第三章 熔体与非晶态固体：本章主要介绍了硅酸盐熔体结构的聚合物理论，玻璃形成条件。重点有对熔体的一般认识，玻璃的结构-聚合物理论，粘度，玻璃的通性，玻璃结构，玻璃的形成，形成玻璃的条件，硼酸盐玻璃反常现象。

第四章 材料的表面与界面：本章主要介绍了固体的表面及其结构，吸附与表面改性，固体的界面及其结构，粘土-水系统胶体化学理论。重点有固体的表面力场，固体表面结构及界面行为，润湿与粘附的概念与特点，表面粗糙度对润湿的影响，晶界结构与分类，粘土的荷电性，粘土胶体的电动性质，粘土泥浆的流动性和稳定性，粘土泥浆发生触变性的条件，粘土具有可塑性的原因。难点为离子的极化与重排过程，晶界，粘土的离子吸附与交换，粘土胶体的电动性质。

第五章 相平衡与相图：本章主要介绍了凝聚态系统相平衡特点，可逆与不可逆多晶转变的单元相图，二元系统相图的特点，二元相图的分析，三元系统相图的特点、杠杆规则、连线规则、切线规则、重心规则、三角形规则等，三元相图的分析。重点有相图的基本知识，可逆与不可逆多晶转变的单元相图，二元和三元系统相图的析晶路径分析。难点是三元相图析晶路径。

第六章 固体中质点的扩散：本章主要介绍了扩散的基本特点，扩散现象的宏观规律，影响固体材料中扩散的因素，扩散热力学理论，扩散系数的物理意义。重点有扩散的基本特点，影响固体材料中扩散的因素，扩散动力学方程，扩散微观机制，扩散系数的物理意义和热力学解释，菲克定律。难点为菲克定律及其应用，扩散的微观机制，扩散系数的物理意义和热力学解释。

第七章 固相反应：本章介绍了固相反应热力学，固相反应的动力学方程，影响固相反应的因素，固相反应热力学。重点是扩算动力学范围，难点是杨德尔方程金斯特林方程。

第八章 相变：本章主要介绍了相变的分类方法和特点，马氏体相变的特征，相变过程的推动力，相变过程的不平衡态与亚稳区，晶核形成条件，影响析晶能力的因素，液-固相变过程动力学，分相的结晶化学观点。重点为相变的分类方法和特点，马氏体相变的特征，相变过程的推动力，相变过程的不平衡态与亚稳区，晶核形成条件，影响析晶能力的因素，液-固相变过程动力学，分相的结晶化学观点。难点为晶核的形成条件。

课程目标1：要求学生在学习并掌握材料科学的基础理论和基本知识后，能够对材料的组成、结构与性能之间的相互关系及其变化规律进行分析讨论，并用于材料的制备、结构与性能的优化。

课程目标2：能合理地运用专业基础知识，识别、表达和分析材料组成、工艺、结构问题，提高解决材料复杂工程问题的能力。

      课程目标 3：培养批判性思维、系统性思维、实践与创新和自主学习能力，塑造具有人文情怀、工科气质的卓越材料工程技术人才。

学习本课程的预备知识：无机化学、物理化学、普通物理学等基础课程

参考教材:

1．张其土主编，无机材料科学基础，华东理工大学出版社，2006

2．张联盟、黄学辉、宋晓岚编，材料科学基础，武汉理工大学出版社，2008

3．潘金生、仝健民、田民波编，材料科学基础，清华大学出版社，1998

4．杜丕一、潘颐编著，材料科学基础，中国建材工业出版社，2002

5．W.D.金格瑞等著，清华大学无机材料教研组译，陶瓷导论，中国建筑工业出版社，1982