《材料性能与测试方法》课程教学大纲（本科）.docx

材料性能与测试方法（Materials properties and test methods）课程代码：07410045学分：2学时：32（其中：课堂教学学时：32实验学时：0上机学时：0课程实践学时:0） 先修课程：大学物理、工程力学、材料科学与工程基础、物理化学适用专业：高分子材料与工程教材：材料性能与测试方法，刘强，黄新友，北京：化学工业出版社，2009年7 月第一版一、课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）本课程为材料类专业的学科基础课程，属于材料类专业教学计划中的必修或者选修的专业基础 课。通过本课程的学习使学生掌握材料的主要物理性能，包括材料的热学性能、光学性能、导电性 能、介电性能、声学性能、磁性性能以及力学性能的基本概念、物理本质、主要影响因素及在材料 分析中应用；掌握不同材料，如金属材料、陶瓷材料以及高分子材料的各种物理性能之间的联系与 区别，掌握不同材料的结构与其性能之间的关系；掌握使用材料微观结构与宏观性能的关系分析和 解决材料物理性能的方法；掌握提高材料物理性能的主要途径，同时对材料物理性能测试原理、方 法及相关仪器设备有所了解；培养学生对材料问题的分析、解决能力和实验技能，为研发先进功能 材料打下坚实的基础。材料性能与测试方法建立在大学物理、工程力学、材料科学与工程基础、物理化学等课程 知识的基础上，为高分子材料与工程专业学生学习复合材料、功能高分子材料、聚合物共混等课程 打下坚实的基础。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力 目标。）课程目标1:掌握材料各种不同物理性能的基本概念;3 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。4 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六' 参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1 .材料物理性能，陈，腓吸，机械工业出版社，20062 .材料物理性能，邱成军等，哈尔滨工业大学出版社，20033工程材料力学性能，束德林主编，机械工业出版社，20084 .聚合物的结构与性能，马德柱，科学出版社，2012七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）1、每章结束布置2-3条作业。另可布置一些题目让学生课后查阅资料、制作PPT,然后在上课 上台展讲。2017年9月24日课程目标2：掌握不同材料各种的不同物理性能的特征，并能从热力学理论理解材料的不同物 理性能的特征；课程目标3：掌握不同材料的不同物理性能的测试方法；课程目标4：掌握材料结构与性能的关系的分析方法，并将其用于分析、预测以及提高具体材 料的物理性能。二、课程内容与教学要求第一章绪论(-)课程内容(1)材料物理性能的范围(2)材料结构与性能的关系举例(3)微观粒子的波粒二象性(4)波函数和薛定调方程(5)经典自由电子理论、量子自由电子理论以及晶体能带理论(6)非晶态金属、半导体、晶体中电子的状态(二)教学要求了解本课程的性质、研究对象与方法、任务；理解材料结构与性能的关系在材料物理性能研究 中的重要性；掌握微观粒子的波粒二象性，理解波函数，了解薛定谓方程；了解三种不同的电子理 论，理解其不同点；掌握周期势场中的电子传导，理解能带结构；了解金属、半导体及绝缘体的特 点和电子状态。(三)重点与难点(1)重点是能带结构理论，金属、半导体及绝缘体的特点和电子状态；(2)难点是能带结构理论。第二章材料的热学性能(一)课程内容(1)材料的热容(2)材料的热膨胀(3)材料的热传导(4)材料的热稳定性(5)热分析方法及其在材料分析中的应用(二)教学要求掌握晶格热振动的概念，理解其与材料热学性能的关系；掌握热容的概念，理解影响热容 的因素；了解热容的经典理论、量子理论、爱因斯坦比热模型、德拜的比热模型。掌握热膨胀 的概念和固体材料热膨胀机理、热膨胀系数；理解热膨胀和其它性能的关系；了解多晶体和复 合材料的热膨胀特性；掌握固体材料热传导的宏观规律，理解其微观机理，了解影响热传导的 因素及常用高分子材料的热导率；掌握高分子材料的热稳定性；了解几种热分析方法及在材料 分析中的应用。(三)重点与难点(1)重点是材料的热容、热膨胀以及热传导的相关理论和概念，提高高分子热稳定性的方法;(2)难点是热容的不同理论以及材料热传导的微观机理。第三章材料的光学性能(-)课程内容(1)光通过介质的现象(2)材料的受激辐射和激光(3)材料的红外光学性能、红外光谱及拉曼光谱(4)光学的特殊效应的应用(5)高分子材料的光学性能(6)感光性高分子材料(二)教学要求掌握折射、色散、反射现象及基本概念，了解常用玻璃和晶体的折射率；掌握介质对光吸收和 散射的一般规律、影响材料透光性的因素和提高材料透光性的措施；掌握高分子材料的光学性能特 点；掌握镜反射和漫反射的基本规律、理解光泽的定义；掌握不透明性和半透明性、改善乳浊性能 的工艺措施；掌握材料的颜色及其控制因素，了解受激辐射、激活介质，了解红外线的基本性质， 红外材料的性能，理解材料红外光谱及拉曼光谱的原理，了解光学的特殊效应的应用和其它光学性 能的应用，了解感光性高分子材料的原理及其应用。(三)重点与难点(1)重点是光的折射、反射、散射及吸收的原理，高分子材料的光学性能特点；(2)难点是受激辐射、红外光谱及拉曼光谱的原理。第四章材料的导电性能(-)课程内容(1)材料的导电性(2)超导电性(3)影响金属导电性的因素(4)无机非金属材料的电导(5)导电高分子(6)超导电性、超导体及超导高分子(7)导电性的测量(8)半导体的电学性能(二)教学要求掌握电导的概念及特性；掌握离子电导、电子电导、玻璃态电导的形成机理及其特点和影响因 素；掌握材料的导电机理；掌握无机材料的电导的形成及其特点和影响因素；掌握半导体陶瓷的物 理效应；掌握导电高分子的导电机理、结构特征；了解超导的原理以及超导高分子的结构特征；掌 握影响金属导电性的因素和导电性的测量，了解电阻分析的应用和半导体的电学性能；了解超导电 性和超导体的特点及其应用。(三)重点与难点(1)重点是二元共聚物瞬时组成与单体组成的关系；(2)难点是典型的共聚物瞬时组成曲线类型以及共聚物组成与转化率的关系。第五章材料的介电性能(-)课程内容(1)电介质及其极化(2)交变电场下的电介质(3)电介质在电场中的破坏(4)压电性和热释电性(5)铁电性及铁电高分子(6)介电测量简介(二)教学要求掌握介质极化的基本概念，掌握电子位移极化、离子位移极化、松弛极化、转向极化、空间电 荷极化、自发极化的形成及特点；理解极化的微观机理、有效电场；掌握电介质在电场中的破坏机 制、无机材料的击穿和影响无机材料击穿强度的各种因素；掌握高介晶体和多晶多相无机材料极化 的特点；掌握铁电体和压电体的一些基本概念、特点和应用；掌握铁电高分子材料的结构特征及改 善铁电性的方法；了解介电性能和压电性能的测量；掌握高分子的介电松弛行为。(三)重点与难点(1)电介质及其极化、介电常数、介电损耗分析是本章的重点。(2)电介质的微观极化机制、介电损耗分析在材料学中的应用、压电性铁电性是本章的难点。第六章材料的磁学性能(一)课程内容(1)磁性基本量及磁性分类(2)抗磁性和顺磁性(3)铁磁性(4)磁性高分子材料(5)铁氧体结构及磁性(6)动态磁化特性(7)铁磁性的测量(8)磁性分析的应用(二)教学要求掌握有关磁性的基本概念、性能指标及分类；掌握铁氧体磁性材料的种类和特点。掌握金 属的抗磁性和顺磁性、技术磁化和反磁化过程、影响金属抗磁性与顺磁性的因素、磁性高分子 材料、影响铁磁性的因素；了解磁天平(或磁秤)测量抗磁体和顺磁体的磁化率；掌握铁磁性和磁 性分析的应用，了解磁性的测量。(三)重点与难点(1)不同的磁学现象：抗磁性、顺磁性、铁磁性是本章的重点；(2)不同的磁学现象与其微观结构的关系是本章的难点。第七章金属材料的力学性能(一)课程内容(1)金属的单轴拉伸(2)金属的断裂疲劳(3)金属的应力腐蚀(4)金属的高温力学性能(5)金属的磨损(二)教学要求掌握韧性和脆性金属材料的拉伸和应力应变曲线；掌握弹性变形的实质和弹性模量的物理概念 和工程意义；掌握塑性变形的特点和应变硬化的概念，重点掌握屈服强度、抗拉强度、塑性指标， 了解材料在拉伸过程中发生的结构的变化；了解裂纹扩展的基本形式；掌握金属材料的疲劳特点、 宏观断口特征，掌握疲劳曲线与疲劳极限；了解应力腐蚀断裂产生条件、断裂机理、断口特征、力 性指标、防止措施；了解金属高物蠕变变形与断裂机理；掌握摩擦磨损和耐磨性的基本概念，了解 典型磨损的特点和机理，了解磨损试验方法及改善耐磨性的措施。(三)重点与难点(1)金属的典型应力-应变曲线，不同应变阶段发生的力学行为及所反映的物理性能，断裂韧 性、断裂韧度，使用断裂K判据，应力腐蚀、磨损及疲劳的概念、产生条件、机理及其防治手段是 本章的重点；(2)如何从热力学角度对裂纹发展进行分析，如何从热力学角度理解金属应力腐蚀现象的产生, 如何在实践中提出方案提高金属的抗蠕变能力，以及不同磨损方式的微观机理是本章的难点。第八章陶瓷材料的强度(-)课程内容(1)结构陶瓷与功能陶瓷(2)陶瓷的结构特征（3）陶瓷的力学性能（4）陶瓷的断裂（5）陶瓷的强度与硬度（6）陶瓷的耐磨性、疲劳及抗热震性（二）教学要求了解结构陶瓷与功能陶瓷的区别；掌握陶瓷材料的微观结构特征，以及其与金属和高分子材料 的区别；了解陶瓷塑性形变的特点；了解陶瓷材料增韧的方法。了解陶瓷材料的耐磨性、耐疲劳性 及抗热震性。（三）重点与难点（1）陶瓷结构特征、力学性能是本章的重点。（2）陶瓷材料的塑性变形，超塑性陶瓷是本章的难点。第九章高分子材料及复合材料的力学性能（一）课程内容（1）高分子材料的强度（2）高分子材料的力学性能（3）橡胶的力学性能（4）高分子材料的疲劳破坏机理（5）热疲劳（6）影响高分子材料的疲劳性能的因素（7）聚合物复合材料的结构及性能特点（8）纤维增强复合材料（二）教学要求掌握不同温度下典型的高分子材料的应力-应变曲线;理解温度和拉伸速度对应力-应变曲线的影 响；理解玻璃态高聚物与结晶态高聚物拉伸的异同；理解高分子材料韧-脆转变；理解高分子材料实 际强度与理论强度差别大的原因；掌握影响聚合物冲击强度的因素；掌握设计高强度或高韧性的高 分子材料的方法；理解橡胶焙弹性的本质；理解和掌握橡胶微观网络结构与宏观力学性能之间的关 系；了解缠结及应变诱导结晶对橡胶拉伸性能的影响。了解材料疲劳破坏的概念和特点；了解研究 疲劳破坏机理的方法；了解聚合物裂纹扩展速度图；理解微观结构对裂纹扩展的影响规律；掌握影 响高分子材料的疲劳性能的因素。了解复合材料的定义、结构及性能特点；理解界面的概率及其作 用；理解影响聚合物复合材料力学性能的因素，并掌握改善聚合物复合材料的方法；了解界面改性 的化学及物理方法。（三）重点与难点（1）应力-应变曲线、强迫高弹形变、脆性与韧性、橡胶弹性理论、疲劳破坏的一般规律、橡胶的疲劳、复合材料的定义、性能特点以及结构、界面改性、复合材料力学性能是本章的重点；（2）非晶体和晶态聚合物冷拉机理、橡胶弹性理论、天然橡胶裂纹放大效应、橡胶裂纹的萌生、界 面改性、影响复合材料强度的因素是本章的难点。三、本课程开设的实验项目编号实验项目名称学时类型要求支撑的课程目标12注：1. “类型”填验证性、综合性、设计性等;2. “要求”填必做、选做。实验L （实验名称）写明实验目标及要求。实验2：（实验名称）写明实验目标及要求。四、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实验上 机课程 实践小 计第一章22讲授法1第二章44讲授法、讨论法、研1、 2、 3、 4究型教学方法第三章44讲授法、讨论法、研 究型教学方法1、 2、 3、 4第四章44讲授法、讨论法、演 示法1、 2、 3、 4第五章44讲授法、讨论法、研 究型教学方法1、 2、 3、 4第八早44讲授法、讨论法、研 究型教学方法1、 2、 3、 4第七章33讲授法、讨论法1、 2、 3、 4第八章11讲授法1、2、4第九章66讲授法、讨论法、研 究型教学方法1、 2、 3、 4合计3232注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等。五、课程考核注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。考核形式考核要求考核权重备注课堂表现在课程讲授过程中进行随堂提问，考核学生课 堂的注意力、听课效果以及课后复习理解相关 知识的能力，最后按10%计入课程总成绩。10%平时作业每章结束后布置相关题目，让学生课后完成， 考核学生对相关知识点理解和掌握程度，计算 全部作业的平均成绩再按20%计入总成绩。20%期末考试试卷题型包括填空题、选择题、名词解释题、 问答题、计算题等类型。根据评分标准计算得 分并以卷面成绩的70%计入课程总成绩。70%2.考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小论文、项目设计和作品等。