为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划无机材料科学基础,宋 材料科学基础(专业任选课) FundamentalsofMaterialsScience 以下部分标题填写用黑体五号字体，具体填写内容字体为宋体五号） 【课程编号】RZ26493 【学分数】2 【学时数】40=36+4 【适用专业】物理学 一、教学目的、任务 本课程是物理学专业的选修课本课程使学生了解和掌握金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的共性以及一些主要材料的特性；熟悉材料的组织结构在不同外界状态下的变化规律及对材料性能的影响，了解材料科学的进展，初步具备正确选择和研究材料的能力，并为进一步设计和制备新型材料打下良好的基础 二、课程教学的基本要求 掌握：属于高要求对于要求掌握的内容应透彻明了，相关的知识点应能熟练灵活运用，能分析和计算有关问题 理解：属于一般要求对于要求理解的内容应明了，能分析有关问题 了解：属于较低要求对于要求了解的内容，知道所涉及问题的现象和有关实验，能对它们进行定性解释 三、教学内容和学时分配1+5+4+5+9+3+4+5+4=40 主要内容及教学要求： 绪论 1、本课程的性质、目的与任务 2、材料科学与工程的关系。
第一章固体材料的结构基础知识 1、原子结构与键合 2、晶体学基础知识 3、常见的晶体结构 4、固溶体和金属间化合物的晶体结构 第二章晶体结构缺陷【课程类别】专业任选【编写日期】【先修课程】高数、普物 1、点缺陷 2、位错的结构 3、位错的的应力场和运动 4、位错与晶体结构缺陷的交互作用，位错的增殖、塞积与交割 5、实际晶体中的位错 第三章晶态固体中的扩散 1、扩散的宏观规律 菲克第一定律与稳态扩散、菲克第二定律与非稳态扩散 2、扩散的微观机制 扩散机制、固态原子的无规行走及相关效应、原子跳动与扩散系数的微观表达式 3、扩散系数 扩散系数与扩散激活能、扩散系数的测定及影响扩散系数的因素、本征扩散系数与互扩散系数 第四章相平衡和相图 1、相与相平衡 组元、相、相平衡、自由度与相律 2、单元系相图 单元系相图的表示和实验测定方法、相图分析、有晶型变化的单元系相图 3、二元系相图 杠杆定律、二元系相图的类型和几何规律、二元系相图的分析 4、铁碳相图 铁碳合金的组元及基本相、Fe－Fe3C相图分析、铁碳合金及平衡结晶、碳对铁碳合金的组织与性能的影响、铁－石墨相图 5、相图的热力学解释 单元系相图热力学、二元系相图热力学、由自由能－成分曲线合成相图 6、三元系相图 三元系相图的表示方法、三元系平衡相的定量法则、三元匀晶、共晶相图 其它教学环节：实验教学 1、实验项目名称：金相显微镜的使用及金相试样的制备 实验目的：掌握金相试样制备的基本方法，掌握金相显微镜的使用方法，观察金相组织形貌。
仪器设备：待磨试样、砂轮机、及玻璃板、抛光机、吹风机、金相显微镜、夹子 消耗材料：金相砂纸、抛光液、浸蚀剂、酒精、脱脂棉、吸水纸 实验课的考试或考核办法 实验考核包括三部分：实验纪律、实验动手能力、实验报告，实验成绩占课程总成绩20% 第五章材料的凝固 1、纯金属的结晶 结晶的过冷现象及热力学条件、液态金属结构、金属的结晶过程、形核与长大 2、固溶体合金的结晶 非平衡态的结晶、固溶体合金结晶过程时溶质的重新分布、合金凝固过程中的成分过冷、界面稳定性与晶体生长形态 3、共晶合金结晶 共晶转变机制、共晶组织形貌、亚共晶与过共晶合金中初生相形态、共晶系合金的非平衡结晶 4、铸锭组织的形成与控制 5、凝固技术 定向凝固、单晶制取及区域提纯 第六章固态相变 1、固态相变总论 固态相变的特点及分类、固态相变的形核与长大、固态相变动力学 2、成分保持不变的相变 多型性转变、块体转变、有序－无序转变 3、过饱和固溶体的分解 脱溶沉淀过程、方式、脱溶沉淀热力学、等温沉淀的动力学、调幅分解、沉淀相粗化、沉淀强化机制 4、共析转变 概述、共析转变的热力学、珠光体的形成过程、共析转变动力学、先共析与伪共析转变、珠光体的组织热点及力学性能 5、马氏体转变 马氏体转变的基本特征、马氏体转变的晶体学、马氏体转变的动力学、热力学 6、贝氏体转变 7、过冷奥氏体转变动力学图(了解) 四、教学重点、难点及教学方法 教学重点：晶体结构、晶体学基本原理、点缺陷、位错、扩散规律、扩散机制、扩散热力学、二元相图、结晶热力学、共晶合金结晶、凝固技术、马氏体相变、贝氏体转变、过冷奥氏体转变动力学图。
教学难点：金属间化合物的晶体结构、晶体学基础知识、非晶态固体结构及准晶体、位错的应力场、实际晶体的位错、扩散机制、扩散的热力学分析、三元相图、马氏体相变、结晶热力学 教学方法：采用形象、直观的多媒体技术教学，加大信息量；在课堂上采用把以传授知识为主的演绎式讲授方法改之为以培养素质、鼓励创新为主的归纳式、启发式和研讨式等方法，激发学生主动学习的积极性，强调并提高学生自主学习能力结合实验巩固课堂讲授内容，培养实践技能和图谱分析能力 四、考试考核办法： 考查，笔试，闭卷，考试时间：120分钟总成绩的分值分配比例为：平时成绩：16％，期末考试成绩：64％，实验成绩：20% 五、教材及参考书： (一)教材： 材料科学基础.徐恒钧主编.北京工业大学出版社. (二)参考书： 材料科学基础.石德珂主编.机械工业出版社 材料科学基础.胡庚祥等主编.上海交通大学出版社 材料科学基础.余永宁主编.高等教育出版社 修订人：审核人： XX年3月30日 读书报告 第一章无机材料的受力形变 一、基础知识(参考《材料物理性能》关振铎、张中太等编著清华大学出版社） 1、应力σ下标的含义 单位面积上所受的内力称为应力σ＝F/A σ下标：第一个字母表示应力作用面的法线方向；第二个字母表示应力作用的方向。
应力分量 2、弹性形变：在外力作用下，物体发生形变，当外力撤消后，物体能恢复原状，则这样的形变叫做弹性形变例如弹簧 3、滞弹性：无机固体和金属这种与时间有关的弹性 4、粘弹性：一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性 5、应变与蠕变：应变是用来描述物体内部各质点之间的相对位移的一根长度为Lo的杆，在单向拉应力作用下被拉长到L1，则应变的定义为：ε＝/Lo＝ΔL/Lo 当对粘性体施加一恒定力时，其应变随时间而增加，此现象叫蠕变 6、应力弛豫：施加一恒定应变，则应力将随时间而减少，此现象叫弛豫 7、塑性行变：指一种在外力移去后不能恢复的形变 8、超塑性：指在一应力作用下产生异常大的拉伸形变而不发生破坏的能力 9、滑移系统： 在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的结晶学平面上的一定结晶学方向相对于晶体的另一部分进行移动，使晶面上的原子从一个稳定平衡位置移至另一个平衡位置的过程晶体的滑移过程如图1所示滑移是金属晶体塑性变形的主要方式在滑移过程中，晶体的位向不发生改变，已滑移和未滑移部分仍保持位向的一致；每次滑移量均为晶体在滑移方向上原子间距的整倍数，这个滑移量在应力去除后不能恢复。
大量滑移的累积，构成晶体宏观的塑性变形晶体的滑移分单晶体滑移与多晶体滑移 滑移面和滑动方向组成晶体的滑移系统 晶体滑移示意图 二、对弹性模量的理解与应用 材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系，其比例系数称为弹性模量弹性模量的单位是达因每平方厘米弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量，是一个总称弹性模量E是原子间结合强度的一个标志，是一常数弹性模量E与原子结合力线上任一点受力点的曲线斜率有关弹性模量越大，原子结合力越强；原子间距越小弹性模量越大 弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力 三、为什么常温下陶瓷材料易碎而金属材料摔不碎(参考《材料物理性能》关振铎、张中太等编著清华大学出版社) 与金属材料相比，陶瓷材料有极高的强度，其弹性模量比金属大很多但大多数陶瓷材料缺乏塑性变形能力和韧性，极限应变小于％~％，在外力的作用下呈现脆性，并且抗冲击、抗热冲击能力也很差.脆件断裂往往导致了材料被破坏一般的陶瓷材料在室温下塑性为零，这是因为大多数陶瓷材料晶体结构复杂、滑移系统少，位错生成能高,而且位错的可动性差。
金属材料一般具有五个以上滑移系统，错位容易运动，塑性变形容易，无论单晶还是多晶都是延性的；陶瓷材料在常温下几乎是完全脆性的，只有高温时才表现出一定塑性形变，它的滑移系统少，滑移系统之间相互作用以及存在大量的晶界错位滑移困难许多陶瓷材料，晶体结构复杂，对称性低，点阵常数大，不易形成位错，且能满足滑移小距离后复原的条件晶面很少 四、显微结构对蠕变的影响 1）气孔：随着气孔率增加，蠕变也增大因为气孔减少了抵抗蠕变的有效截面积 2）晶粒尺寸：晶粒越小，蠕变率越大因为晶粒越小，晶界的比例大大增加，晶界扩散及晶界流动对蠕变的贡献也就增大 3）玻璃相：当温度升高，玻璃相的粘度降低，因而变形速率增大，亦即蠕变率增大，非晶态玻璃的蠕变率比结晶态要大得多玻璃相对蠕变的影响还取决于玻璃相对晶相的湿润程度不湿润晶相，在晶界处为晶粒与晶粒结合，抵抗蠕变性能好；完全湿润，形成抗蠕变弱结构 第二章材料脆性断裂与强度 一、理解记忆σth、σc、Kic公式，硬度的表示法 σth:为理论结合强度σth＝2πγ／λ＝(Εγ／a)? σc:临界应力σc＝(2Εγ／πc)? ＫIc:裂纹有三种扩展方式或类型：ＫIc:裂纹有三种扩展方式或类型：掰开性、错开性、及撕开型，ＫⅠc名为平面应变断裂韧性。
K?C?2E?平面应力状态K?C?2E?平面应变状态21?? 硬度表示法：金属材料常用的硬度测量方法是再静负载下将一个硬的物体压入材料，这样测量的硬度主要仅反映材料抵抗破坏的能力陶瓷及矿物材料常用的划痕硬度叫做莫氏硬度，它只表示硬度由大到小的顺序不表示软硬的程度布氏硬度法主要用来测量金属材料中较软及中等硬度的材料，很少用于陶瓷；维氏硬度法及努普硬度法都适应于较硬的材料也用于测量陶瓷的硬度；洛氏硬度法测量的范围较广，采用不同的压头和负载可以得到15种标准洛氏硬度 A、布氏硬度 用一定直径的钢球或硬质合金球，以规定的试验力压入式样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量试样表面的压痕直径布氏硬度值是以试验力除以压痕球形表面积所得的商以HBS表示，单位为N/mm2(MPa) B、洛氏硬度 洛氏硬度试验同布氏硬度试验一样，都是压痕试验方法不同的是，它是测量压痕的深度即，在初邕试验力及总试验力的先后作用下，将压头压入试样表面，经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量计算硬度值 C、维氏硬度 维氏硬度试验也是一种压痕试验方法，是将一个相对面夹角为136度的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力压入试验表面，经规。