《无机材料科学基础》课程教学实施方案.doc
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1、1“无机材料科学基础”课程教学实施方案 1. 课程简介 无机材料科学基础课程是一门专业基础理论课程,适用于硅酸盐工程与无机非金属材料科学与工程专业。主要讲授本专业范围内各种物理化学过程的变化和共性规律,目的是使学生了解无机非金属材料的组分、结构和性能之间的相互关系和变化规律,为学生在专业课程的学习和将来走上工作岗位后从事无机非金属材料的研究与制备奠定理论基础。 (1)课程名称:无机材料科学基础 课程编号:1313014002英文名称:Fundamentals of Inorganic Materials Science(2)开课单位:材料科学与工程学院(3)课程研究小组成员:张永明、马晶、石山
2、、郭卓、戴淑平、王慧华、马雷(4)课程的学时:72 学时(5)课程学分:4.5 学分(6)先修课程:高等数学、无机化学、有机化学、大学物理、结晶矿物岩相学、物理化学(7)建议课内外学时比例:1:2(8)本方案的撰稿人:马晶(9)审核人:张永明(10)批准单位:材料科学与工程学院2. 本课程在实现人才培养中的作用与地位,素质、能力培 养基本目标及分解无机材料科学基础课程是无机非金属材料科学与工程专业的主干课程,是在学生具备了必要的无机化学、有机化学、大学物理学、及物理化学等基础知识之后,开设的专业基础理论课程,是承上启下的课程,并为无机非金属材料工艺学、材料测试研究方法等后续的专业课程打下坚实的
3、基础。学生在学习本课程后能够做到:(1)了解材料的化学组成结构性能之间的相互关系及其规律性;(2)了解理想晶体和实际晶体的结构,能够应用晶体结构模型分析无机材料的结构与组成和性能的关系;(3)掌握熔体与非晶态固体以及材料表面和界面等与材料性能相关的知识;(4)了解掌握材料的静态热力学平衡(相平衡)过程;(5)了解掌握材料的扩散、相变、固相反应以及烧结等动力学过程。 23. 教学大纲 绪绪论论( (1 学学时时) )要求了解无机材料的分类,特点,组成、结构、性能、工艺以及其与环境的关系。第第一一章章 晶晶体体结结构构( (12 学学时时) )本章重点为晶体化学基本原理、典型晶体结构和硅酸盐晶体结
4、构,难点为硅酸盐晶体结构。第第一一节节 结结晶晶学学基基础础本节要求了解各晶系晶体定向法则与结晶符号的表示方法(考核概率 0%),理解晶体的基本性质、晶胞与空间点阵的概念与区别(考核概率 50%),掌握七大晶系与十四种布拉维格子的划分与特征(考核概率 40%)。1 晶体的基本概念与性质;2 晶胞与空间点阵;3 晶体的对称分类7 个晶系和 14 种布拉维格子;4 晶体定向与结晶学指数晶面指数与晶向指数。第第二二节节 晶晶体体化化学学基基本本原原理理本节要求了解晶体中质点间的结合力与结合能(考核概率 0%),理解球体最紧密堆积原理和影响离子晶体结构的因素(考核概率 40%),掌握同质多晶和类质同晶
5、的概念以及鲍林规则的应用(考核概率 100%)1 晶体中质点间的结合力与结合能;2 晶体中质点的堆积球体最紧密堆积原理;3 影响离子晶体结构的因素原子半径和离子半径,配位数与配位多面体,离子极化,电负性,结晶化学定律;4 同质多晶与类质同晶;5 鲍林规则。第第三三节节 典典型型晶晶体体结结构构类类型型本节要求了解 -ZnS(闪锌矿)型、-ZnS(纤锌矿)型、CdI2型、-Al2O3(刚玉)型和 MgAl2O4(尖晶石)型结构(考核概率 0%),理解TiO2(金红石)型、金刚石型和石墨型结构(考核概率 10%),掌握 CsCl 型、NaCl 型、CaF2(萤石)型和 CaTiO3(钙钛矿)型结构
6、,及正尖晶石和反尖晶石的概念(考核概率 100%)1 金刚石结构和石墨结构;2 AX 型结构CsCl 型、NaCl 型、-ZnS(闪锌矿)型、-ZnS(纤锌矿)型;33 AX2型结构CaF2(萤石)型、TiO2(金红石)型、CdI2型;4 A2X3型结构-Al2O3(刚玉)型结构;5 ABO3 型结构CaTiO3(钙钛矿)型结构;6 AB2O4型结构MgAl2O4(尖晶石)型结构。第第四四节节 硅硅酸酸盐盐晶晶体体结结构构本节要求理解各类硅酸盐晶体的结构特点(考核概率 20%),掌握硅酸盐晶体的表示方法、结构特点及分类依据(考核概率 80%)。1 硅酸盐晶体的表示方法、结构特点及分类;2 岛状
7、结构;3 组群状结构;4 链状结构;5 层状结构;6 架状结构。第第二二章章 晶晶体体结结构构缺缺陷陷( (10 学学时时) )本章重点为缺陷反应式的写法、各种缺陷浓度计算、固溶体的影响因素,难点为缺陷反应式的写法、分析。第第一一节节 点点缺缺陷陷本节要求了解点缺陷对晶体性能的影响(考核概率 0%),掌握点缺陷的类型、缺陷化学反应的表示法和热缺陷浓度的计算(考核概率 100%)。1 点缺陷的类型;2 缺陷化学反应表示法;3 热缺陷浓度的计算。第第二二节节 固固溶溶体体本节要求了解固溶体对晶体性质的影响及固溶体的研究方法(考核概率 0%),掌握固溶体的分类、形成固溶体的影响因素(考核概率 100
8、%)。1 固溶体的分类;2 置换型固溶体;3 间隙型固溶体;4 固溶体对晶体性质的影响;5 固溶体的研究方法。第第三三节节 非非化化学学计计量量氧氧化化物物本节要求了解四种非化学计量氧化物的形成原因及外界气氛变化对晶体性质的影响(考核概率 0%),掌握四种非化学计量氧化物缺陷反应方程式的写法(考核概率 50%)41 阴离子缺位型;2 阳离子填隙型;3 阴离子间隙型;4 阳离子空位型。第第四四节节 线线缺缺陷陷本节要求掌握位错的分类,刃位错和螺位错的特点与区别(考核概率 100%)1 位错的类型;2 刃位错;3 螺位错;4 混合位错。第第五五节节 面面缺缺陷陷本节要求了解几种面缺陷的类型(考核概
9、率 0%)1 表面;2 晶界;3 相界面。第第三三章章 熔熔体体与与玻玻璃璃体体( (5 学学时时) )本章重点为熔体的结构与性质、玻璃的结构,难点为熔体的性质、玻璃的结构假说。第第一一节节 熔熔体体的的结结构构本节要求理解熔体的聚合物理论(考核概率 0%)。1 对熔体的一般认识;2 熔体的聚合物理论聚合物的形成、影响因素。第第二二节节 熔熔体体的的性性质质本节要求掌握熔体的组成结构和温度对熔体性质的影响(考核概率 80%)。1 粘度;2 表面张力表面能。第第三三节节 玻玻璃璃的的通通性性本节要求理解玻璃(非晶态)与晶体(晶态)性质的区别(考核概率 0%),掌握玻璃的四个通性(考核概率 100
10、%)1 各向同性;2 介稳性;3 熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性;4 熔融态向玻璃态转化时物理化学性质随温度变化的连续性。第第四四节节 玻玻璃璃的的形形成成5本节要求了解形成玻璃的热力学条件、动力学条件和结晶化学条件(考核概率 0%),掌握形成玻璃的物质及方法(考核概率 40%)。1 玻璃态物质的形成方法;2 玻璃形成的热力学观点;3 形成玻璃的动力学手段;4 玻璃形成的结晶化学条件。第第五五节节 玻玻璃璃的的结结构构本节要求理解玻璃的两个结构假说(考核概率 10%),掌握两个玻璃结构假说的要点 (考核概率 50%)。1 晶子假说;2 无规则网络假说;3 两大学说的比较与发展。第第六六节节
11、常常见见玻玻璃璃的的类类型型本节要求了解两类玻璃的结构性能特点(考核概率 0%),掌握表征玻璃结构的四个结构参数(考核概率 100%)。1 硅酸盐玻璃;2 硼酸盐玻璃。第第四四章章 表表面面与与界界面面( (6 学学时时) )本章重点为固体的表面力场、粘土的荷电性、离子吸附与交换原理、粘土水系统的性质,难点为晶体表面能、吸附粘附区别、晶界构形、粘土水系统的电动性质与胶体性质。第第一一节节 固固体体的的表表面面及及其其结结构构本节要求了解固体表面特征、固体的表面能(考核概率 0%),理解各类晶体的表面结构特征(考核概率 10%)掌握固体的表面力场 (考核概率 80%)。1 固体的表面特征;2 晶
12、体表面结构;3 固体的表面能。第第二二节节 固固体体的的界界面面及及其其结结构构本节要求了解硅酸盐材料中,多晶体组织中的晶界构形与晶界应力(考核概率 0%)。1 晶界与晶界构形;2 晶界应力。第第三三节节 界界面面行行为为6本节要求了解各种界面行为,界面上的弯曲表面效应,吸附、润湿与粘附的区别 (考核概率 0%)。1 弯曲表面效应;2 润湿与粘附;3 吸附与表面改性。第第四四节节 粘粘土土水水系系统统胶胶体体化化学学本节要求了解瘠性料的悬浮与塑化(考核概率 0%),理解粘土水系统的电动性质和胶体性质(考核概率 40%),掌握粘土的荷电性、离子吸附与交换原理(考核概率 80%)1 粘土的荷电性;
13、2 粘土的离子吸附与交换;3 粘土胶体的电动性质;4 粘土水系统的胶体性质;5 瘠性料的悬浮与塑化。第第五五章章 相相平平衡衡( (16 学学时时) )本章重点为二元、三元系统相图和专业相图的分析,难点为专业相图的分析与应用。第第一一节节 硅硅酸酸盐盐系系统统相相平平衡衡特特点点本节要求理解热力学平衡态与非平衡态(考核概率 0%),掌握凝聚系统的相律(考核概率 90%)。1 热力学平衡态与非平衡态;2 相平衡的基本概念;3 硅酸盐系统中的相律。第第二二节节 相相平平衡衡的的研研究究方方法法本节要求了解相平衡的研究方法(考核概率 0%),掌握根据冷却(加热)曲线建立相图的方法(考核概率 50%)
14、。1 静态法(即淬冷法);2 动态法。第第三三节节 单单元元系系统统本节要求了解具有多晶转变的单元系统相图(考核概率 0%),理解单元系统专业相图(考核概率 10%),掌握 SiO2专业相图的应用(考核概率 90%)1 水型物质与硫型物质;2 具有同质多晶转变的单元系统相图;3 专业单元系统相图;7第第四四节节 二二元元系系统统本节要求理解二元系统专业相图,与生产实际的联系(考核概率 20%),掌握杠杆规则、二元系统专业相图的分析(考核概率 90%)。1 二元凝聚系统相图的表示方法及杠杆规则;2 二元凝聚系统相图的基本类型;3 专业二元系统相图。第第五五节节 三三元元系系统统本节要求理解三元系
15、统专业相图,与生产实际的联系(考核概率 0%),掌握重心规则、切线规则、连线规则、三元无变点的性质、三元系统相图的基本类型和分析方法(考核概率 100%)。1 三元凝聚系统相图概述;2 三元凝聚系统相图的基本类型;3 专业三元系统相图。第第六六章章 扩扩散散( (6 学学时时) )本章重点为扩散微观机制、扩散的宏观动力学方程及其应用、扩散系数及影响因素,难点为扩散的宏观动力学方程及其应用、扩散的微观机构。第第一一节节 晶晶体体中中扩扩散散的的基基本本特特点点与与宏宏观观动动力力学学方方程程本节要求了解晶体中扩散的基本特点(考核概率 0*%),掌握扩散的宏观动力学方程及应用(考核概率 80%)。
16、1 晶体中扩散的基本特点;2 扩散的动力学方程菲克定律;3 扩散动力学方程应用举例。第第二二节节 扩扩散散过过程程的的推推动动力力、 、微微观观机机构构与与扩扩散散系系数数本节要求理解多元系统的扩散情况(考核概率 0%),掌握扩散的推动力、扩散的微观机构及不同扩散机构时的扩散系数(考核概率 100%)。1 扩散的推动力;2 质点迁移(扩散)的微观机构;3 扩散机构与扩散系数的关系;4 多元系统的扩散(扩散的热力学理论); 。第第三三节节 固固体体材材料料中中的的扩扩散散及及影影响响扩扩散散的的因因素素本节要求了解无机固体中的扩散情况(考核概率 0%),掌握扩散与温度、杂质等的关系(考核概率 5
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