《材料科学基础》实验教学大纲.docx

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1、材料科学基础实验教学大纲一、课程基本情况课程代码：1011139001课程名称（中/英文）:材料科学基础/Fundamentals of Materials Science课程类别：专业必修课课程性质：必修课程类型：课程实验总学分：4. 5总学时：72实验/实践学时：12适用专业：无机非金属材料工程适用对象：本科先修课程：工程化学、物理化学、高等数学、大学物理。开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介材料科学基础实验是一个重要的教学环节，对理论知识的巩固和延伸，通过晶体 结构原子模型的堆垛、差热分析、热重分析实验和淬冷法研究相平衡等实验项目，通过实 验，学生了解材料实验室的基本实验规范；能使用

2、手册，工具书，查阅有关文献、资料； 能正确进行实验操作，取得正确可靠的实验结果，获得用实验解决问题的动手能力；能观 察实验现象，并能够分析判断，逻辑推理的能力；能正确记录和处理数据，综合表达实验 结果。三、实验教学目标通过实验环节，学生了解各实验原理，熟悉实验设备，掌握了实验设备操作，运用所 学原来对实验数据及结果进行分析，有助于学生理解材料科学基础的实质，培养学生的动 手能力、数据处理能力、理论联系实际能力、分析实验结果及解决实际问题的能力等。培 养学生不断学习和适应社会发展的能力等。支撑毕业要求指标点1.4、2.3., 4.2、12.2。四、实验项目及学时安排五、实验内容序号实验项目名称实

3、验 学时实验 类型实验 要求每组 人数备注1晶体结构原子模型的堆垛与分析2综合性必做22差热分析2综合性必做23热重分析4综合性必做24淬冷法研究相平衡4综合性必做2实验一晶体结构原子模型的堆垛与分析实验1 .熟悉面心立方、体心立方和密排六方晶体结构中常用晶面、晶向的几何位置、原子 排列和密度；2 .熟悉面心立方和密排六方晶体结构中，密排面的堆垛顺序；3 .熟悉三 体间隙和八面 布；4 .进一步 的确定方法。实验设1 .玻璃 塑钢球或乒乓 一套。2 .晶体结 实验内容1.仔细观种晶体结构中的四面 体间隙的位置和分练习晶面和晶向指数备：盒、涂有凡土林油的 球、医用镜子，每人构模型。及步骤：察所给

4、的晶胞模型，熟悉三种典型金属晶体结构空间原子的排列方法。3 .用银子将球一个一个放入盒内，堆垛出面心立方和体心立方晶体的（100）、 （110）、（111）晶面上原子的排列。4 .逐个分析上述所堆晶面上原子分布特征，画出原子分布，计算晶面密度。5 .确定面心立方和体心立方晶体密排面和密排方向，并进行标注。6 .在密排面上，用小球堆垛出体心立方、面心立方和密排六方晶体结构。7 .借助晶体结构模型，分析体心立方、面心立方间隙位置。实验二差热分析实验实验目的：1 . 了解差热分析的基本原理及仪器装置；2 .学习使用差热分析方法鉴定未知矿物及分析被测试样的结构变化等相关信息。实验设备：差热分析仪1 .

5、仪器组成：差热分析仪主要由加热炉，试样支撑-测量系统（它主要包括差热电偶、试样容器、均 热板（或块）及支撑杆等部件）、信号放大系统、记录系统组成。加热炉依据测量的温度范围不同有低温型（800T000C。以下），中温型1200C。以下）， 高温型（1400-1600C。以下）o差热电偶是把材质相同的两个热电偶的相同极连接在一起，另外两个极作为差热电偶 的输出极输出差热电势。差热分析装置示意图1如所示。1-加热炉；2-试样；3-参比物；4-测温热电偶；5-温差热电偶；6-测温元件；7-温控原件图1差热分析装置示意图2 .差热测量系统：本仪器采用哑铃型平板式差热电偶，它检测到的微伏级信号送入差 热放

6、大器进行放大。差热放大器为直流放大器，它将微伏级的差热信号放大后，送入记录 仪进行采样测量纪录。3 .温度测量系统：测温热电偶输出的热电势，先经过热电偶冷端补偿器，补偿器的热 敏电阻装在差热仪主机内。经过冷端补偿的测温电偶热点势经过放大处理后，送入记录仪 进行采样测量纪录。实验内容及步骤：1 开启电源及水源,2 .抬起炉体，装 品于热偶板上，放下 意操作时动作要轻， 杆。3 .差热量程置所 100uV档。之后置 零指示灯灭，差热放4 .开启记录仪电 输入开关置调零位 使温度记录笔置于记 即为初始端。之后将 止，温度笔将向左侧 温）。旋转差热记录单 热记录笔初始位置。整机预热30分钟。参比物样品

7、及被测样 炉体，开启冷却水注 以免损伤主机及支承需量程档，一般常用 DTA调零键，此时调 大器进入测量状态。 源，将温度记录单元 置，旋转调零旋钮， 录纸右端线，此端线 输入开关至于测量为 移一段距离（表示室 元调零旋钮，设置差5 .根据不同的升温速度选择记录仪走纸速度。一般情况下，10C7min的升温速度可 选6cm/h档，可根据不同要求选择合适的走纸速度。6 ,置所需调温速度，一般情况下，选择10C7min的升温速度。之后置升温键，置加 热键，加热指示灯亮，加热炉开始加热，实验开始。7 .实验结束之后，先抬起两只记录笔；关断加热；关断记录仪电源；差热量程置 1000 UV档；置差热调零键。

8、抬起加热炉，当加热炉的温度自然降下之后可以放下加热 炉，关断水源及电源。实验三热重分析实验实验目的：1 .掌握热重分析的原理及实验方法。2 ,熟悉本实验所用仪器设备的性能，操作方法。3 .学习使用热重分析方法分析被测物质。实验设备：仪器装置如图2所示：立式管状高温炉；2-精密扭力天平；3-变压器；4-电位差计；5-热电偶；6-粕金t甘瑞；7-粕金吊丝；8-补偿导线；9-热电偶冷端补偿器；10-电流表实验内容及步骤：1 .用粕金丝将以摒 平钩上，精确称出吊丝和2 ,取下士甘堪，加入 样，再称出其重量。3 .接通电源，选择 升温。4 .每隔5分钟称量 的温度，试样开始失重 录一次，注意记录失重开

9、重量及对应的温度。5 .实验完毕，切断 士甘堪及吊丝。图2热重分析实验装置悬挂于精密扭力天 堪堪的重量。300mg左右的试炉子以10C/min一次，并记录相应 时，每隔1分钟记 始和失重结束时的电源，请教师验收实验四淬冷法研究相平衡实验实验目的：从热力学角度建立系统状态（物系中相的数目，相的组成及相的含量）和热力学条件 （温度，压力，时间等）以及动力学条件（冷却速率等）之间的关系。掌握静态法研究相平衡的实验方法之一-淬冷法研究相平衡的实验方法及其优缺点。掌握浸油试片的制作方法及显微镜的使用，验证Na?。- Si02系统相图。实验设备：1 .仪器：（1）立管式电阻炉（2）可控硅温度控制器（3）热

10、电偶（4）水浴盘（5）粕镂土甘摒（6）粕金吊丝（7）偏光显微镜一套2 .装置：如图3所示。1-立式管状高温炉；2-温度控制器；3-热电偶；4-水浴盘；5-粕镂i甘烟；6-粕金吊丝3淬冷法研究相平衡装置实验内容及步骤：取少量的试样（克N%0 : SiO2=l ： 2摩尔比）置入柏错土甘蜗内，用粕金丝 悬吊于炉膛内，上下均加盖。水浴盘内盛上2/3的水，放至炉底，调整好显微镜。接通电源，将高温炉升温至800C。，保温30分钟，使试样充分达到平衡状态。打开高 温炉下盖，用镶子取下吊丝连同土甘烟一并落入水浴盘中淬冷。从粕错士甘竭内取出试样，在研钵内轻砸成粉末（注意不能研磨），制成油浸在偏光显微 镜下观察

11、有无晶体析出。六、实验报告格式实验名称（-）实验目的（-）实验设备（三）实验内容及步骤（四）结果与分析（五）问题讨论七、考核方式实验成绩考核评定方式及标准见下表。实验成绩考核评定表考核环书考核结果及标准评估项目 及权重优秀（90-100 分）良好（8090 分）中等（7080 分）及格（6070 分）不及格（ 60 分）课堂表现 （60）无迟到，早退、 缺席现象，遵守 实验室纪律；能 够根据实验内容 要求，优化实验 步骤，实验操作 规范；能准确记 录实验现象或数 据；能够对实验 中遇到的问题进 行分析、讨论， 提出个人独特见 解。无缺席现象， 偶尔迟到，早 退现象，遵守 实验室纪律； 能够完成

12、实验 内容要求，操 作规范；能正 确记录实验现 象；能够对实 验中遇到的问 题进行分析、 讨论，提出个 人意见。无缺现象，偶 尔迟到，早退 现象，基本能 遵守实验室纪 律；能够完成 实验内容要 求，操作规 范；能完整记 录实验现象； 能够对实验中 遇到的参与问 题的分析、讨 论。有迟到，早退或 缺席现象，基本 能遵守实验室纪 律；能够基本完 成实验内容要 求，操作基本规 范；能基本完整 记录实验现象。实验有缺席， 不能遵守实验 室纪律；不能 根据实验目 的，设计实验 步骤，不能完 成实验操作或 操作不规范； 不能正确记录 实验现象。实验报告 （40 分）能够独立完成实 验报告，内容完 整，数据

13、处理正 确，图表准确规能够独立完成 实验报告，内 容完整，数据 处理较正确，能够独立完成 实验报告，内 容完整，能够 进行数据处能够独立完成实 验报告；内容相 对完整，数据图 表齐全；基本完不能按时提交实 验报告；数据处 理和图表分析缺 失；没有对报告范;能够对实验图表较规范；理，图表基本成实验报告中提中提出的问题进结果进行深入分能够对实验结规范；实验报出的问题。行解答。析、讨论，并得果进行分析、告中提出的问出准确结论；能讨论，并得出题回答基本正够准确回答实验正确结论;能确。报告中提出的问够正确回答实题。验报告中提出的问题。注：实验成绩评定采用百分制，以15%计入课程总成绩。八、教学资源无机材料科学基础实验指导讲义。