《材料科学与工程基础实验丨》教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：CH010024B 课程性质：必修课 课程名称：材料科学与工程基础实验I 学时/学分： 45/1.5 英文名称：Basicexperiment of material science and engineering I考核 方式：实验报告 选用教材：伍洪标，《无机非金属材料实验》化学工业出版社，2002年 先修课程：《材料科学基础》、《材料物理性能》、《材料研究方法》 大纲执笔人：董伟伟，马瑞，李栋才，徐海燕、金震，张高展，任启芳，李 真，马婕，吴修胜 适用专业：无机非金屈材料工程 大纲审 核人：吴修胜 二、课程教学目标 通过本课程的理论教学和实验训练，使学生具备下列能力： 1、通过认真观察模型，加深对无机材料品体结构的认识；通过自学 MaterialsStudio软件的MaterialsVisulizer子模块搭建结构模型（如面心立方晶 体)、Castep子模块研究品体材料的性质（如点缺陷性质），训练运用科学软件对 材料结构和性质进行研究的实验技能，培养学生的空间思维能力，巩固学生对基本 晶体结构的理解和记忆，使学生能独立进行实验。 2、通过粘土离子交换容量的测定与粘土矿物鉴定实验，熟练学握粘土离子交换容 量的测定方法和原理，并根据不同样品的测试结果进行粘士矿物的鉴定，对实验数 据进行分析讨论，从结构上给出合理的解释，使学生充分理解晶体结构与性能之间 的关系，从而达到巩固和加深理论知识的目的，还能更好地锻炼学生分析问题的能 力。 3、通过具体实验淬冷法研究相平衡、固相反应及泥浆稀释实验，研究不同材料专 业相图的绘制方法、电解质对泥浆黏度的影响等，巩固、验证和加深材料科学基础 课程的主要概念和原理的理解，提高本课程知识灵活运用的能力。 4、能够理解X射线衍射分析、电子显微分析、热分析和红外光谱分析等现代测试方 法在材料研究方面的应用及其局限性。 5、了解和掌握X射线衍射分析、电子显微分析、热分析和红外光谱分析的仪器结 构、操作、试样制备及结果分析。 6、通过材料电学、介电、光学、磁学和热膨胀性能测试，理解相关材料物理性能 的测试原理，掌握相应的测试方法，巩固和加深材料组成、结构与性能间的关系
《材料科学与工程基础实验Ⅰ》教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：CH010024B 课程性质：必修课 课程名称：材料科学与工程基础实验Ⅰ 学时/学分： 45/1.5 英文名称：Basicexperiment of material science and engineeringⅠ考核 方式：实验报告 选用教材：伍洪标，《无机非金属材料实验》化学工业出版社，2002年 先修课程：《材料科学基础》、《材料物理性能》、《材料研究方法》 大纲执笔人：董伟伟，马瑞，李栋才，徐海燕、金震，张高展，任启芳，李 真，马婕，吴修胜 适用专业：无机非金属材料工程 大纲审 核人：吴修胜 二、课程教学目标 通过本课程的理论教学和实验训练，使学生具备下列能力： 1 、 通 过 认 真 观 察 模 型 ， 加 深 对 无 机 材 料 晶 体 结 构 的 认 识 ； 通 过 自 学 MaterialsStudio软件的MaterialsVisulizer子模块搭建结构模型（如面心立方晶 体）、Castep子模块研究晶体材料的性质（如点缺陷性质），训练运用科学软件对 材料结构和性质进行研究的实验技能，培养学生的空间思维能力，巩固学生对基本 晶体结构的理解和记忆，使学生能独立进行实验。 2、通过粘土离子交换容量的测定与粘土矿物鉴定实验，熟练掌握粘土离子交换容 量的测定方法和原理，并根据不同样品的测试结果进行粘土矿物的鉴定，对实验数 据进行分析讨论，从结构上给出合理的解释，使学生充分理解晶体结构与性能之间 的关系，从而达到巩固和加深理论知识的目的，还能更好地锻炼学生分析问题的能 力。 3、通过具体实验淬冷法研究相平衡、固相反应及泥浆稀释实验，研究不同材料专 业相图的绘制方法、电解质对泥浆黏度的影响等，巩固、验证和加深材料科学基础 课程的主要概念和原理的理解，提高本课程知识灵活运用的能力。 4、能够理解X射线衍射分析、电子显微分析、热分析和红外光谱分析等现代测试方 法在材料研究方面的应用及其局限性。 5、了解和掌握X射线衍射分析、电子显微分析、热分析和红外光谱分析的仪器结 构、操作、试样制备及结果分析。 6、通过材料电学、介电、光学、磁学和热膨胀性能测试，理解相关材料物理性能 的测试原理，掌握相应的测试方法，巩固和加深材料组成、结构与性能间的关系
并分析材料物理性能的各影响因素。 7、实验后应具备对试验数据、试验结果进行初步分析、处理的能力：具有编写试 验报告的能力。 三、实验教学目标 实验 实验教学目标 通过认真观察模型，加深对无机材料晶体结构的认识 几何结晶学实验 通过自学MaterialsStudio软件搭建面心立方品体结构模 、研究晶体材料的性质及材料结构和性质的关系。 掌握粘士离子交换容量的测定方法和原理： 粘土离子交换容 量的测定 能根据测试结果进行粘土矿物的鉴定 理解晶体结构与性能之间的关系。 通过实验了解系统相平衡与温度的关系： 淬冷法研究相平 了解淬冷法的原理与实验装置： 衡 掌提用淬冷法研究相平衡的实验方法，验证Na20-Si02 统相图。 9、验证固相反应理论，通过本实验达到进一步了解固相反 应机理： 固相反应动力学 10、通过测定Na2C03-Si02系统中给定组成的固相反应速度 常数，熟悉则定 固相反应速度的仪器及方法。 电解质对泥浆粘 11、了解电解质对泥浆的稀释作用、泥浆相对粘度的测 定设备与测定方法、泥浆的稠固性（厚化性、稠化度 度的影响 的测定方法。 2、 掌握多晶粉末X射线衍射仪的构造和工作原理： X射线衍射分析 3 掌握标准粉末衍射卡片的索引和使用方法： 能够利用计算机对获得的图谱进行标定和计算。 15、掌握扫描电镜的基本结构和工作原理： 扫描电子显微分 16、了解电镜试样的制备： 析实验 17、能够对扫描电镜获得的图像进行结构与形貌分析 射线能谱显微成8、掌握能谱仪的基本工作原理： 分分析 19、能够对获得的图像进行成分定性和定量分析
并分析材料物理性能的各影响因素。 7、实验后应具备对试验数据、试验结果进行初步分析、处理的能力；具有编写试 验报告的能力。 三、实验教学目标 实验 实验教学目标 几何结晶学实验 1、通过认真观察模型，加深对无机材料晶体结构的认识； 2、通过自学MaterialsStudio软件搭建面心立方晶体结构模 型、研究晶体材料的性质及材料结构和性质的关系。 粘土离子交换容 量的测定 3、掌握粘土离子交换容量的测定方法和原理； 4、能根据测试结果进行粘土矿物的鉴定； 5、理解晶体结构与性能之间的关系。 淬冷法研究相平 衡 6、通过实验了解系统相平衡与温度的关系； 7、了解淬冷法的原理与实验装置； 8、掌握用淬冷法研究相平衡的实验方法，验证Na2O-SiO2系 统相图。 固相反应动力学 9、验证固相反应理论，通过本实验达到进一步了解固相反 应机理； 10、通过测定Na2CO3-SiO2系统中给定组成的固相反应速度 常数，熟悉测定 固相反应速度的仪器及方法。 电解质对泥浆粘 度的影响 11、了解电解质对泥浆的稀释作用、泥浆相对粘度的测 定设备与测定方法、泥浆的稠固性（厚化性、稠化度） 的测定方法。 X射线衍射分析 12、掌握多晶粉末X射线衍射仪的构造和工作原理； 13、掌握标准粉末衍射卡片的索引和使用方法； 14、能够利用计算机对获得的图谱进行标定和计算。 扫描电子显微分 析实验 15、掌握扫描电镜的基本结构和工作原理； 16、了解电镜试样的制备； 17、能够对扫描电镜获得的图像进行结构与形貌分析 X射线能谱显微成 分分析 18、掌握能谱仪的基本工作原理； 19、能够对获得的图像进行成分定性和定量分析
了解热分析设备的构造和工作原理 热分析实验 掌握热分析的应用范围： 能够对样品的热分析结果进行正确的分析 3 了解付立叶变换红外光谱仪的结构和工作原理： 了解试样的处理，样品制备技术： 苯甲酸红外吸收 24、 25、 掌握压片法制作固体试样的方法： 光谱的绘制 26、通过对谱图解析，学习用红外吸收光谱对化合物进行定 生分析 四探针法测试枝 27、理解半导体材料的导电特性 28、 掌握材料电导率的测定方法： 料的电导率 能分析材料结构与导电性能关系。 碳酸钡压电陶瓷 30、 掌握压电材料介电性能的测试原理和方法： 介电谱研究 31、 能够运用极化原理分析压电材料的介电谱。 材料紫外-可见透2、 掌握无机材料透过率的测试原理和测定方法： 射光谱测试与分3、能运用材料组成、结构与透过率之间的关系分析影响材 析 科透过率的各因素。 掌握材料膨胀理论： 材料热膨胀性能 熟悉热膨胀仪的操作： 的测试 6 掌握热膨胀数据的处理与分析方法。 37、 掌握磁性材料技术磁化的基本原理和磁滞回线和磁化曲 材料磁学性能的 线的测定方法： 测试与分析 38、能够运用材料磁化的过程分析磁滞回线和磁化曲线。 四、课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程教学目标 实验目标 .1能够根据材料科学 与工程学科的基础理论 采用正确的实验方法和 4研究 课程教学目标1-7 1-38 手段对材料进行组成结 构及性能研究
热分析实验 了解热分析设备的构造和工作原理； 掌握热分析的应用范围； 能够对样品的热分析结果进行正确的分析 苯甲酸红外吸收 光谱的绘制 23、了解付立叶变换红外光谱仪的结构和工作原理； 24、了解试样的处理，样品制备技术； 25、掌握压片法制作固体试样的方法; 26、通过对谱图解析,学习用红外吸收光谱对化合物进行定 性分析。 四探针法测试材 料的电导率 27、理解半导体材料的导电特性； 28、掌握材料电导率的测定方法； 29、能分析材料结构与导电性能关系。 碳酸钡压电陶瓷 介电谱研究 30、掌握压电材料介电性能的测试原理和方法； 31、能够运用极化原理分析压电材料的介电谱。 材料紫外-可见透 射光谱测试与分 析 32、掌握无机材料透过率的测试原理和测定方法； 33、能运用材料组成、结构与透过率之间的关系分析影响材 料透过率的各因素。 材料热膨胀性能 的测试 掌握材料膨胀理论； 熟悉热膨胀仪的操作； 36、掌握热膨胀数据的处理与分析方法。 材料磁学性能的 测试与分析 37、掌握磁性材料技术磁化的基本原理和磁滞回线和磁化曲 线的测定方法； 38、能够运用材料磁化的过程分析磁滞回线和磁化曲线。 四、课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程教学目标 实验目标 4研究 4.1能够根据材料科学 与工程学科的基础理论 采用正确的实验方法和 手段对材料进行组成结 构及性能研究 课程教学目标1-7 1-38
五、“立德树人”育人内涵 将项目中涉及的材料、环境、终身学习和自主学习等方面与社会文明进步和国 家科技发展等元素相结合，培养学生的公民意识和爱国情怀。 六、教学基本内容 序号 实验名称 实验内容 1、认真观察模型，认识各类典型品体结构和硅酸盐品 本结构。 实验1几何结品学实验 、利用软件自学搭建面心立方品体结构模型、研究点 缺陷性质 实验2 粘土离子交换 设计测定硅酸盐矿物的阳离子交换容量的实验并加 实施 量的测定 鉴定粘士矿物。 淬冷法研究相斗 以Na20.2Si02(a20:2Si02=1:2)为试样，采用淬冷 实验3 去验证Na20-Si02系统状态图。 测定NaoC0g-Si02系统中给定组成的周相反应速度常 实验4 固相反应动力学 验证固相反应的动力学规律-一杨德尔方程。 实验5 电解质对泥浆料 加水量对粘土泥浆流动性的影响： E的影响 侧定泥浆的相对粘度和稠固性。 测定混合样品的X射线衍射图谱 实验6 射线衍射分析 利用Jade软件绘制衍射图谱，分析物相组成及含量 日描电子显微分 电镜样品的制备 实验7 斤实验 扫描电子显微镜图像的获取 样品的成分点分析 实验8 射线能谱显微 分分析 样品的成分线分析及面分析 实验9 热分析实验 分析DSC的吸收、放热峰，标定曲线的峰值的起始 温度和终止温度，写出每个吸热放热可能的反应过 程： G计算质量损失率的大小，根据质量损失率写出反 应方程式
五、“立德树人”育人内涵 将项目中涉及的材料、环境、终身学习和自主学习等方面与社会文明进步和国 家科技发展等元素相结合，培养学生的公民意识和爱国情怀。 六、教学基本内容 序号 实验名称 实验内容 实验1 几何结晶学实验 1、认真观察模型，认识各类典型晶体结构和硅酸盐晶 体结构。 2、利用软件自学搭建面心立方晶体结构模型、研究点 缺陷性质 实验2 粘土离子交换容 量的测定 1、设计测定硅酸盐矿物的阳离子交换容量的实验并加 以实施 2、鉴定粘土矿物。 实验3 淬冷法研究相平 衡 以Na2 O﹒2SiO2（Na2 O:2SiO2 =1:2）为试样，采用淬冷 法验证Na2O-SiO2系统状态图。 实验4 固相反应动力学 1、测定Na2 CO3 -SiO2系统中给定组成的固相反应速度常 数， 2、验证固相反应的动力学规律---杨德尔方程。 实验5 电解质对泥浆粘 度的影响 1、加水量对粘土泥浆流动性的影响； 2、测定泥浆的相对粘度和稠固性。 实验6 X射线衍射分析 测定混合样品的X射线衍射图谱 利用Jade软件绘制衍射图谱，分析物相组成及含量 实验7 扫描电子显微分 析实验 1、电镜样品的制备 2、扫描电子显微镜图像的获取 实验8 X射线能谱显微成 分分析 1、样品的成分点分析 2、样品的成分线分析及面分析 实验9 热分析实验 分析DSC的吸收、放热峰，标定曲线的峰值的起始 温度和终止温度，写出每个吸热放热可能的反应过 程； TG计算质量损失率的大小，根据质量损失率写出反 应方程式
分析DSC升温速率对曲线形状的影响 苯甲酸红外吸收、样品的制备(KB压片法) 实验10 光谱的绘制 苯甲酸红外吸收光谱的测绘 采用四探针测试仪测量金属或半导体薄膜或薄片的 和深针法测试 实验1 电阻率： 斗的电导率 分析材料电阻率的影响因素。 实验12 碳酸钡压电陶阁采用阻抗分析仪测试钛酸钡陶瓷的温度谱和频率谱 电谱研究 究摻杂对介电常数和介电损耗的影响 材料紫外-可见运 采用紫外-可见-近红外分光光度计测试无机材料的 实验13 谢光谱测试与 透过率： 分析透过率的各影响因素。 利用热膨胀系数测试仪测量玻璃/陶瓷/金属常用材 材料热膨胀性自 实验14 料的膨胀系数 的测试 分析玻璃/陶瓷/金属常用材料热膨胀数据 材料磁学性能 采用磁滞回线测试仪测量铁磁和亚铁磁材料的磁化 实验15 曲线和磁滞回线： 测试与分析 分析铁磁和亚铁磁材料的磁滞回线。 七、建议教学进度 《材料科学与工程基础实验I》课程总学时：45其中实践：45 序号 主要内容 学时 几何结品学实验 1学时 2 粘土离子交换容量的测定 3学时 3 碎冷法研究相平衡 4学时 4 固相反应动力学 4学时 5 电解质对泥浆粘度的影响 3学时 K射线衍射分析 3学时 7 扫描电子显微分析实验 3学时 射线能谱显微成分分析 3学时
分析DSC升温速率对曲线形状的影响 实验10 苯甲酸红外吸收 光谱的绘制 1、样品的制备（KBr压片法） 2、苯甲酸红外吸收光谱的测绘 实验11 四探针法测试材 料的电导率 1、采用四探针测试仪测量金属或半导体薄膜或薄片的 电阻率； 2、分析材料电阻率的影响因素。 实验12 碳酸钡压电陶瓷 介电谱研究 采用阻抗分析仪测试钛酸钡陶瓷的温度谱和频率谱 研究掺杂对介电常数和介电损耗的影响 实验13 材料紫外-可见透 射光谱测试与分 析 1、采用紫外-可见-近红外分光光度计测试无机材料的 透过率； 2、分析透过率的各影响因素。 实验14 材料热膨胀性能 的测试 利用热膨胀系数测试仪测量玻璃/陶瓷/金属常用材 料的膨胀系数 2、分析玻璃/陶瓷/金属常用材料热膨胀数据 实验15 材料磁学性能的 测试与分析 采用磁滞回线测试仪测量铁磁和亚铁磁材料的磁化 曲线和磁滞回线； 分析铁磁和亚铁磁材料的磁滞回线。 七、建议教学进度 《材料科学与工程基础实验Ⅰ》课程总学时：45 其中实践：45 序号 主要内容 学时 1 几何结晶学实验 1学时 2 粘土离子交换容量的测定 3学时 3 淬冷法研究相平衡 4学时 4 固相反应动力学 4学时 5 电解质对泥浆粘度的影响 3学时 6 X射线衍射分析 3学时 7 扫描电子显微分析实验 3学时 8 X射线能谱显微成分分析 3学时
9 热分析实验 3学时 10 苯甲酸红外吸收光谱的绘制 3学时 11 四探针法测试材料的电导率 3学时 12碳酸钡压电陶瓷介电谱研究 3学时 13 材料紫外可见透射光谱测试与分析 3学时 14 材料热膨张性能的测试 3学时 15材料磁学性能的测试与分析 3学时 合计学时 共45学时 八、教学方法 1.学生在实验前必须认真预习实验指导书，弄清实验目的，基本原理及操作要 2.学生在实验中应随时作好记录，并及时填写实验指导书的表格。 3.指导教师对每组学生所用仪器及卫生进行检查，确认完好后方可离开。 4.实验单独记入成绩册。每个试验结束后，通过技能测试完成对该实验的考 核，学期末综合所有实验成绩给出最后的成绩。 九、考核方式/内容 出勒，预习，操作和书写实验报告 十、成绩评定方式 预习部分20%+实验过程40%+数据处理与结果分析30%+思考题10% 序 内容 要求 记分 1 实验名称 正确无误 2 2 实验目的 目的明确、清晰 5 预习部 3 实验仪器 仪器名称、型号规格记录完整正确 3 分 (20 实验原理 叙述简洁完整，依据正确，简明扼要，重点突 5 分) 实验内容与步 骤 内容清楚，步骤简洁明确，顺序正确 5 实验过6实验操作与数按时到场签到-10分 40 程 据记录 具体操作技能-20分
9 热分析实验 3学时 10 苯甲酸红外吸收光谱的绘制 3学时 11 四探针法测试材料的电导率 3学时 12 碳酸钡压电陶瓷介电谱研究 3学时 13 材料紫外-可见透射光谱测试与分析 3学时 14 材料热膨胀性能的测试 3学时 15 材料磁学性能的测试与分析 3学时 合计学时 共45学时 八、教学方法 1．学生在实验前必须认真预习实验指导书，弄清实验目的，基本原理及操作要 求。 2．学生在实验中应随时作好记录，并及时填写实验指导书的表格。 3．指导教师对每组学生所用仪器及卫生进行检查，确认完好后方可离开。 4．实验单独记入成绩册。每个试验结束后，通过技能测试完成对该实验的考 核，学期末综合所有实验成绩给出最后的成绩。 九、考核方式/内容 出勤，预习，操作和书写实验报告 十、成绩评定方式 预习部分20%+实验过程40%+数据处理与结果分析30%+思考题10% 序 号 内 容 要 求 记分 预习部 分 （20 分） 1 实验名称 正确无误 2 2 实验目的 目的明确、清晰 5 3 实验仪器 仪器名称、型号规格记录完整正确 3 4 实验原理 叙述简洁完整，依据正确，简明扼要，重点突 出 5 5 实验内容与步 骤 内容清楚，步骤简洁明确，顺序正确 5 实验过 程 6 实验操作与数 据记录 按时到场签到-10分 具体操作技能-20分 40
(40 数据记录真实、清楚、无涂改-10分 分) 有数据处理的主要过程-一10分： 按实验要求处理数据（作图法处理数据的用坐 数据处 7 数据处理 20 标纸或用计算机作图打印，并裁剪、粘贴在报 理与结 告纸的数据处理部分)-—10分： 果分析 (30 有明确的结果或结论报告，对结果进行了分析 分) (5分) 8 结果与分析 10 结果或结论报告的形式正确无误，分析简洁、 明确、合理，语言组织恰当(5分)。 思考题 (10 9 思考题 答案正确与否(0-10分) 10 分) 有以下情形的，实验报告成绩记零分： ①实验数据记录必须有指导教师的现场签字才有效，无指导教师签字的数据 记录为无效记录，相应实验报告不予批改，该次实验成绩计零分。 ②不用自己的原始记录数据，抄袭他人的处理过程和结果，一经发现，该实 验报告成绩记零分。 十一、教学参考书 [1]王涛，《无机非金属材料实验》化学工业出版社，2011年 [2]黄新友，《无机非金属材料专业综合实验与课程实验》化学工业出版社出版， 2008年 [3]伍洪标，《无机非金属材料实验》化学工业出版社，2002年 [4]曲远方，《无机非金属材料专业实验》天津大学出版社，2003年
（40 分） 数据记录真实、清楚、无涂改-10分 数据处 理与结 果分析 （30 分） 7 数据处理 有数据处理的主要过程---10分； 按实验要求处理数据（作图法处理数据的用坐 标纸或用计算机作图打印，并裁剪、粘贴在报 告纸的数据处理部分)---10分； 20 8 结果与分析 有明确的结果或结论报告，对结果进行了分析 （5分） 结果或结论报告的形式正确无误，分析简洁、 明确、合理，语言组织恰当（5分）。 10 思考题 （10 分） 9 思考题 答案正确与否（0-10分） 10 有以下情形的，实验报告成绩记零分： ①实验数据记录必须有指导教师的现场签字才有效，无指导教师签字的数据 记录为无效记录，相应实验报告不予批改，该次实验成绩计零分。 ②不用自己的原始记录数据，抄袭他人的处理过程和结果，一经发现，该实 验报告成绩记零分。 十一、教学参考书 [1]王涛，《无机非金属材料实验》化学工业出版社，2011年 [2]黄新友，《无机非金属材料专业综合实验与课程实验》化学工业出版社出版， 2008年 [3]伍洪标,《无机非金属材料实验》化学工业出版社，2002年 [4]曲远方，《无机非金属材料专业实验》天津大学出版社，2003年