《材料的界面》课程教学大纲.docx

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1、材料的界面课程教学大纲一、课程简介材料的界面是为材料成型及控制工程专业本科生开设的一门 选修课。主要讲授现代材料加工过程（如铸造、塑性成形、焊接、增 材制造等）中涉及的界面现象与理论，主要包括液一气、固一液、固 一气（表）、固一固界面的组成，结构与性质及发生在（表）界面处的物 理化学现象、过程及规律。目的是使学生能够对物相界面区的特征有 基本的认识，并初步掌握研究界面现象的方法，为今后研究现代材料 加工过程（如铸造、塑性加工、焊接、增材制造等）中的界面性质与 材料宏观力学行为的关系奠定必要的理论基础。本课程教学局部包含 理论28学时，实验4学时，以课堂讨论、平时作业、实验报告和期 末考试作为考

2、查方式。IntroductionInterfaces in materials” is an optional course for the undergraduate students in the major of materials forming and control engineering. It gives lectures about constitutes, structures and properties of liquid-gas, solid-liquid and solid-gas interfaces as we 11 as the physicochemical

3、 phenomena occurred at the surfaces/interfaces, processes and laws. The purpose is to provide students with fundamental knowledge about the characteristics of the phases at the interface regions, to help them to learn the basic methods on the research of theinterfacial phenomena, and finally to lay

4、a necessary theoretical basis for their future study on the relationships between the interfacial properties and macroscopic mechanical behavior in materials processing.课程基本信息课程名称材料的界面课程编码432534英文名称Interfaces in Materials课程学时32课程学分2课程类别学科基础课课程性质选修课开课学期第7学期课内实验学时4适用专业材料科学与工程专业开课单位材料加工工程系选用教材主要参考书(1)自

5、编讲义(2) James M. Howe, Interfaces in Materials: Atomic Structure, Thermodynamics and Kinetics of Solid-vapor, Solid-liquid and Solid-Solid Interfaces, chapter III-IV, JOHN WILEY & SONS, INC., 1997.(3)叶飞、顾新福、邱冬、张敏译：晶体材料中的界面，高等教育出版社，2016 年(4)胡福增，陈国荣杜永娟编著：材料表界面，华东理工大学出版社，2001 年。(5)颜肖慈，罗明道 编著：界面化学，化学工业出版

6、社，2004。(6)崔国文：外表与界面，清华大学出版社，1990。(7)朱履冰：外表与界面物理，天津大学出版社，1990。二、教学大纲1、教学目的“材料的界面”是材料科学与工程专业本科生的一门专业基础课 程。开设此课程目的是使学生能够对物相界面区的特征有基本的认 识，并初步掌握研究界面现象的方法，为今后研究现代材料加工过程 （如铸造、塑性加工、焊接、增材制造等）中的界面性质与材料宏观 力学行为的关系奠定必要的理论基础。2、教学要求教师要积极备课，认真准备实验，对课程内容要融会贯通，切忌 照本（幕）宣科。授课在多媒体教室，充分利用多媒体动画教学课件, 结合典型实用案例和相关软件，边授课边演示。做

7、到授课内容与大纲 相符，注重平时成绩（作业和实验）积累，成绩评价体系标准真实、 严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。3、预备知识或先修课程要求“材料科学基础”和“物理化学”是本课程所需的先修课程，“材 料成型原理”的知识对于本课程的学习有所帮助。4、教学方式课程由理论教学和实验操作引导两局部组成，一律采用多媒体教学。理论 授课28学时，教师讲授与课堂讨论相结合；实验操作引导4学时，以学生操作、 设计为主，教师引导、答疑为辅。5、课程教学内容及学时分配第一章绪论（2学时）教学内容第1节外表与界面的定义第2节界面的本质第3节界面的种类和主要特征第4节外表能与界面能第5节内聚功与粘结功第

8、二章液一气界面（4学时）教学内容第1节液体的外表结构第2节外表张力第3节外表自由能与外表张力的异同点第4节影响外表张力的因素第5节 弯曲液面的附加压力一Young-Laplace方程第6节液体外表张力的测定方法第7节曲率对蒸气压的影响一开尔文（Kelvin）方程第8节Kelvin公式的应用第三章界面热力学（2学时）教学内容第1节外表过量第2节基本热力学关系式第3节吉布斯等温吸附公式第四章固一液界面（8学时）教学内容第1节 接触角一杨氏（Young s）方程第2节杨氏（Young s）方程的推导第3节接触角测试方法第4节影响接触角的因素第5节 粗糙度的影响一Wenzel方程第6节复合界面的影响一

9、Cassie方程第7节润湿的分类第8节 材料加工过程中的高温润湿性第9节 凝固过程中固-液界面 第10节英文文献研讨（课堂讨论） 第五章 固一气界面（2学时）教学内容第1节固体的外表结构与特征笫2节固体的外表张力和外表自由能第3节气体在固体外表的吸附第4节影响固一气界面吸附的因素第六章固-固界面（10学时）教学内容第1节界面的晶体学基础第2节 同质界面的结构：晶界及特殊界面笫3节异质界面的结构：相界第4节界面的迁移：应变能驱动第5节界面的迁移：化学能驱动第6节界面的迁移：界面能驱动第7节界面扩散第8节界面偏聚第9节 英文文献研讨（课堂讨论）第10节界面与晶体缺陷的相互作用第11节界面对材料力学

10、行为的影响各章节大纲内容1、第一章：表界面的定义，外表能与界面能、内聚功与粘结功的概念。对 界面本质的理解及运用近原子相互作用模型导出粘结功的表达式。2、第二章：液一气界面（或液体外表）的结构与特征，外表张力与外表能的 定义以及两者之间的区别，外表张力的影响因素，Young-Laplace方程与推导, 毛细管现象及其应用，外表张力的测定方法，开尔文（Kelvin）方程推导及运用。3、第三章：外表过量，外表偏析，Gibbs等温吸附式和推导，运用Gibbs 等温吸附式解释表界面偏析现象或计算偏析程度。4、第四章：杨氏方程及其推导，Young-Dupre公式，粘附功和内聚能，接 触角测试方法，影响接

11、触角的主要因素，接触角的滞后行为，Wenzel方程， Cassie方程，润湿的三种类型，粘结功、浸湿功、铺展系数，非反响润湿与反 应润湿，铺展动力学，液固界面的溶质分配、液固界面稳定性等。5、第五章：晶体外表的结构，固体外表张力与外表自由能的概念，气体在 固体外表的吸附及其影响因素，Langmuir吸附等温方程和BET吸附等温方程。6、第六章：固-固界面的结构、分类，界面迁移相关现象与机制，界面的 微观化学现象，界面对材料性能的影响等。实验环节（4学时）.外表张力与润湿角测定（第二章笫6节、第四章第3-5节）（2学时）1 .液-固界面溶质分配与金属热处理中的固-固界面迁移观察以及相关材料热 力

12、学计算（第四章第9节、第六章第4-6节）（2学时）6、实验工程内容、学时分配、实验小组序 号实验工程内容提要实验类型学时分配分组人数实验 地点教学要求1外表张力与润湿角测定利用座滴法测试。在高真空条件下 将金属A1在氧化铝基板上融化后， 利用摄像机记录液滴轮廓，然后将液 滴图像矢量化提取液滴的轮廓数据， 对液滴轮廓数据进行拟合分析，计算 获得外表张力和接触角数据。演示性25-10依据实 验效果 进行评 价：优 秀、良 好、合格 及不合 格。2液固界面溶 质分配与固固 界面迁移现象1.凝固过程中的溶质分配现象观 察；2.Scheil方程计算；3.晶界形 貌随温度的变化;4.界面的动力学模综合性22序号实验工程内容提要实验类型学时分配分组人数实验 地点教学要求观察与模拟拟。7、考核要求、考核方式及成绩评定标准(1)课程考核成绩由期末考试(60%)、平时作业(10%).课堂讨论(10%) 和实验报告(20%)四局部组成。(2)平时作业、课堂讨论和实验报告评价，分优秀、良好、合格与不合格 4个等级记载，期末采用加权累计的方法计分。(3)最终课程考核成绩采用百分制，总分值100分，60分为及格。