《材料科学基础A》教学大纲课程编号：B04010310课程名称：材料科学基础A英文名称：FundamentalsofMaterialsScienceA课程性质：专业基础课学时/学分：64/4.00考核方式：平时作业和期末闭卷考试先修课程：大学物理、基础化学原理、高等数学后继课程：材料测试与研究方法A、材料力学性能、材料物理性能适用专业及层次：材料科学与工程及相关专业本科生大纲执笔人：徐磊大纲审核人：孙瑞雪一、课程性质与目标材料科学基础是材料科学与工程专业最重要的专业基础课。金属材料为主、陶瓷材料和高分子材料都是本课程的研究对象，以材料的原子微观尺寸为出发点，介绍了位错理论和对宏观力学性能的影响，材料的热力学和动力学基础，微观组织和宏观性能的关系和影响作用。并且该课程还结合了材料科学理论新发展以及材料研究新成果的介绍，为将来学生进行材料科学与工程专业的其他课程的学习打下良好的基础。通过本课程的学习，要求学生达到以下的目标：课程目标1：掌握材料的基本知识与原理，将材料的宏观性能以及服役状态和材料的微观结构和加工技术建立起抽象的联系，可以对它们之间的关系进行简单的表述，并分析指出其因果关系：课程目标2：能够运用高等数学、物理和化学课程的理论知识，对材料领域的复杂工程问题进行独立分析，发现关键点，并采用合适的模型来解决，如有需要，可以查阅相关参考材料帮助解决。课程目标3：能够掌握材料的多种基本加工工艺和技术，根据材料使用条件出发，判别并选择所需的加工方式，并能预估这些加工方式对社会、健康、安全方面造成的影响。二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1.工程知识：能够将数学、自11-3.能够根据模型将工程基础和然科学、工程基础和专业知识用于分析专业知识用于金属材料的成分、课程目标1组织结构、性能与其服役行为间和解决金属材料工程领域中的复杂工程关系的分析和优化。问题。毕业要求2.问题分析：能够应用数学、2-1.能够运用数学、自然科学和课程目标2工程科学的基本原理，识别和判自然科学、材料科学与工程的基础理论1
1 《材料科学基础 A》教学大纲 课程编号：B04010310 课程名称： 材料科学基础 A 英文名称： Fundamentals of Materials Science A 课程性质： 专业基础课 学时/学分： 64/4.00 考核方式： 平时作业和期末闭卷考试 先修课程： 大学物理、基础化学原理、高等数学 后继课程： 材料测试与研究方法 A、材料力学性能、材料物理性能 适用专业及层次： 材料科学与工程及相关专业本科生 大纲执笔人： 徐磊 大纲审核人： 孙瑞雪 一、课程性质与目标 材料科学基础是材料科学与工程专业最重要的专业基础课。金属材料为主、陶瓷材料和高分 子材料都是本课程的研究对象，以材料的原子微观尺寸为出发点，介绍了位错理论和对宏观力学 性能的影响，材料的热力学和动力学基础，微观组织和宏观性能的关系和影响作用。并且该课程 还结合了材料科学理论新发展以及材料研究新成果的介绍，为将来学生进行材料科学与工程专业 的其他课程的学习打下良好的基础。通过本课程的学习，要求学生达到以下的目标： 课程目标 1：掌握材料的基本知识与原理，将材料的宏观性能以及服役状态和材料的微观结 构和加工技术建立起抽象的联系，可以对它们之间的关系进行简单的表述，并分析指出其因果关 系； 课程目标 2：能够运用高等数学、物理和化学课程的理论知识，对材料领域的复杂工程问题 进行独立分析，发现关键点，并采用合适的模型来解决，如有需要，可以查阅相关参考材料帮助 解决。 课程目标 3：能够掌握材料的多种基本加工工艺和技术，根据材料使用条件出发，判别并选 择所需的加工方式，并能预估这些加工方式对社会、健康、安全方面造成的影响。 二、课程目标与毕业要求指标点的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 毕业要求 1. 工程知识：能够将数学、自 然科学、工程基础和专业知识用于分析 和解决金属材料工程领域中的复杂工程 问题。 1-3. 能够根据模型将工程基础和 专业知识用于金属材料的成分、 组织结构、性能与其服役行为间 关系的分析和优化。 课程目标 1 毕业要求 2. 问题分析：能够应用数学、 自然科学、材料科学与工程的基础理论 2-1. 能够运用数学、自然科学和 工程科学的基本原理，识别和判 课程目标 2
断复杂工程问题的关键环节和参知识和金属材料的专业知识，识别、表数。达复杂工程问题的关键环节、参数与解决方案，并能够通过文献研究对具体的复杂工程问题进行分析，以获得有效结论。满足特定需求的材料成分、材料加工工艺流程、热处理工艺规范、材料防腐技术方案等；能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的影响。毕业要求3.设计开发解决方案：能够综合利用所学的基础理论知识和专业知识，针对金属材料工程领域中的复杂工程问题，设计和优化材料成分、材料加3-1.能够根据产品和用户需求合工工艺、热处理工艺、防腐工艺等，满理地确定金属材料复杂工程问题课程目标3的设计目标和约束条件。足特定的产品需求，并能够在方案设计及优化中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素的影响。三、教学基本内容及要求第一章：导论（支撑课程目标1）要求学生：了解材料科学的重要性和当今材料发展方向。教学重点：材料的概念和发展现状教学难点：材料科学和材料工程的关系第二章：材料结构的基本知识（支撑课程目标1）1.原子结构2.原子结合键3.原子排列方式4.晶体材料的组织5.材料的稳态结构和亚稳态结构要求学生：对晶体材料原子的规则排列方式有一定认识，了解稳态和亚稳态的区别。教学重点：材料的稳态和亚稳态结构教学难点：组织的概念第三章：材料中的晶体结构（支撑课程目标1和2）1.晶体学基础2.纯金属的晶体结构3.离子晶体的结构4.共价晶体的结构要求学生：掌握三种晶体结构，面心、体心和密排六方以及晶胞上的晶面指数和晶向指数，2
2 知识和金属材料的专业知识，识别、表 达复杂工程问题的关键环节、参数与解 决方案，并能够通过文献研究对具体的 复杂工程问题进行分析，以获得有效结 论。满足特定需求的材料成分、材料加 工工艺流程、热处理工艺规范、材料防 腐技术方案等；能够在设计环节中体现 创新意识，考虑社会、健康、安全、法 律、文化以及环境等因素的影响。 断复杂工程问题的关键环节和参 数。 毕业要求 3. 设计/开发解决方案：能够 综合利用所学的基础理论知识和专业知 识，针对金属材料工程领域中的复杂工 程问题，设计和优化材料成分、材料加 工工艺、热处理工艺、防腐工艺等，满 足特定的产品需求，并能够在方案设计 及优化中体现创新意识，考虑社会、健 康、安全、法律、文化以及环境等因素 的影响。 3-1. 能够根据产品和用户需求合 理地确定金属材料复杂工程问题 的设计目标和约束条件。 课程目标 3 三、教学基本内容及要求 第一章：导论（支撑课程目标1） 要求学生：了解材料科学的重要性和当今材料发展方向。 教学重点：材料的概念和发展现状 教学难点：材料科学和材料工程的关系 第二章：材料结构的基本知识（支撑课程目标1） 1. 原子结构 2. 原子结合键 3. 原子排列方式 4. 晶体材料的组织 5. 材料的稳态结构和亚稳态结构 要求学生：对晶体材料原子的规则排列方式有一定认识，了解稳态和亚稳态的区别。 教学重点：材料的稳态和亚稳态结构 教学难点：组织的概念 第三章：材料中的晶体结构（支撑课程目标 1 和 2） 1. 晶体学基础 2. 纯金属的晶体结构 3. 离子晶体的结构 4. 共价晶体的结构 要求学生：掌握三种晶体结构，面心、体心和密排六方以及晶胞上的晶面指数和晶向指数
了解其他晶体结构类型。教学重点：面心和体心晶体结构教学难点：晶面指数和晶向指数的定义第四章：晶体缺陷（支撑课程目标1和2）1.点缺陷2.位错的基本概念3.位错的能量及交互作用4.晶体中的界面要求学生：掌握位错的基本概念，刃型位错和螺型位错的基本结构和运动方式，位错和其他缺陷的交互作用，晶界的基本概念。教学重点：位错的基本概念和延伸概念教学难点：位错在空间的结构第五章：材料的相结构及相图（支撑课程目标1和2）1.材料的相结构2.二元相图及其类型3.复杂相图分析要求学生：掌握三种二元相图，匀晶相图，共晶相图和包晶相图所形成的平衡组织的特点，和液相固相成分变化趋势。掌握杠杆定律的计算方法和在共晶相图上的运用。教学重点：二元相图的表示和杠杆定律，二元相图的平衡组织教学难点：杠杆定律的应用第六章：材料的凝固与气相沉积（支撑课程目标1和3）1.材料凝固时晶核的形成2.材料凝固时晶体的生长3.固溶体合金的凝固4.共晶合金的凝固5.制造工艺与凝固组织6.用凝固法的材料制备技术7.材料非晶态8.材料的气固转变9.气相沉积法的材料制备技术要求学生：掌握凝固过程中的能量变化，驱动力和阻力，凝固组织的组成，了解气相沉积法的知识。教学重点：晶体形核理论教学难点：凝固理论的应用第七章：扩散与固态相变（支撑课程目标2和3）1.扩散定律及其应用2.扩散机制3.影响扩散的因素与扩散驱动力3
3 了解其他晶体结构类型。 教学重点：面心和体心晶体结构 教学难点：晶面指数和晶向指数的定义 第四章：晶体缺陷（支撑课程目标 1 和 2） 1. 点缺陷 2. 位错的基本概念 3. 位错的能量及交互作用 4. 晶体中的界面 要求学生：掌握位错的基本概念，刃型位错和螺型位错的基本结构和运动方式，位错和其他 缺陷的交互作用，晶界的基本概念。 教学重点：位错的基本概念和延伸概念 教学难点：位错在空间的结构 第五章：材料的相结构及相图（支撑课程目标 1 和 2） 1. 材料的相结构 2. 二元相图及其类型 3. 复杂相图分析 要求学生：掌握三种二元相图，匀晶相图，共晶相图和包晶相图所形成的平衡组织的特点， 和液相固相成分变化趋势。掌握杠杆定律的计算方法和在共晶相图上的运用。 教学重点：二元相图的表示和杠杆定律，二元相图的平衡组织 教学难点：杠杆定律的应用 第六章：材料的凝固与气相沉积（支撑课程目标 1 和 3） 1. 材料凝固时晶核的形成 2. 材料凝固时晶体的生长 3. 固溶体合金的凝固 4. 共晶合金的凝固 5. 制造工艺与凝固组织 6. 用凝固法的材料制备技术 7. 材料非晶态 8. 材料的气固转变 9. 气相沉积法的材料制备技术 要求学生：掌握凝固过程中的能量变化，驱动力和阻力，凝固组织的组成，了解气相沉积法 的知识。 教学重点：晶体形核理论 教学难点：凝固理论的应用 第七章：扩散与固态相变（支撑课程目标 2 和 3） 1. 扩散定律及其应用 2. 扩散机制 3. 影响扩散的因素与扩散驱动力
4.几个特殊的有关扩散的实际问题5.固态相变中的形核6.固态相变中的晶体成长7.扩散型相变8.无扩散相变要求学生：掌握扩散基本理论和扩散的两种微观机制及影响因素，掌握固体相变中的扩散型相变的转变过程，无扩散相变的马氏体的结构和特点。教学重点：扩散的微观机制和扩散系数教学难点：菲克第一定律，扩散的热力学分析第八章：材料的变形（支撑课程目标1和3）1.概述2.弹性变形3.滑移与李晶变形4.单晶体的塑性变形5.多晶体的塑性变形6.纯金属的变形强化7.合金的变形与强化8.冷变形的金属的组织与性能9.冷变形金属的回复10.冷变形金属的再结晶11.金属的热变形、蠕变与超塑性要求学生：掌握弹性变形基本概念，塑性变形的理论和两种变形方式，变形强化机制，以及回复和再结晶的基本过程。教学重点：单晶的塑性变形教学难点：多晶和合金的塑性变形四、教学安排（学时数64）1、教学环节安排课程目标（毕业要求指标点）具体知识与能力要求采用的教学环节掌握金属材料的基本工程知课程目标1（指标点1-3）识的概念和知识框架，如晶课堂授课、讨论课、作业体学、相图、材料变形等能够运用基本知识来对金属课程目标2（指标点2-1）材料的复杂工程问题进行计课堂授课、讨论课、作业算和分析，比如钢的相组成4
4 4. 几个特殊的有关扩散的实际问题 5. 固态相变中的形核 6. 固态相变中的晶体成长 7. 扩散型相变 8. 无扩散相变 要求学生：掌握扩散基本理论和扩散的两种微观机制及影响因素，掌握固体相变中的扩散型 相变的转变过程，无扩散相变的马氏体的结构和特点。 教学重点：扩散的微观机制和扩散系数 教学难点：菲克第一定律，扩散的热力学分析 第八章：材料的变形（支撑课程目标 1 和 3） 1. 概述 2. 弹性变形 3. 滑移与孪晶变形 4. 单晶体的塑性变形 5. 多晶体的塑性变形 6. 纯金属的变形强化 7. 合金的变形与强化 8. 冷变形的金属的组织与性能 9. 冷变形金属的回复 10. 冷变形金属的再结晶 11. 金属的热变形、蠕变与超塑性 要求学生：掌握弹性变形基本概念，塑性变形的理论和两种变形方式，变形强化机制，以及 回复和再结晶的基本过程。 教学重点：单晶的塑性变形 教学难点：多晶和合金的塑性变形 四、教学安排（学时数64） 1、教学环节安排 课程目标（毕业要求指标点） 具体知识与能力要求 采用的教学环节 课程目标1（指标点1-3） 掌握金属材料的基本工程知 识的概念和知识框架，如晶 体学、相图、材料变形等 课堂授课、讨论课、作业 课程目标2（指标点2-1） 能够运用基本知识来对金属 材料的复杂工程问题进行计 算和分析，比如钢的相组成 课堂授课、讨论课、作业
的杠杆定律计算，有色合金热处理过程中的微观组织变化等能够对各种工程问题的解决方法进行分析，并讨论其优缺点，以及和社会、经济等课程目标3（指标点3-1）课堂授课、讨论课、作业的关系，如铸造生产和粉末冶金生产的对比2、学时安排学时分配教学内容自学课堂授课讨论课2导论31材料结构的基本知识421材料中的晶体结构82晶体缺陷641材料的相结构及相图842材料的凝固与气相沉积622扩散与固态相变842材料的变形45198总计五、课程考核方案1、各部分考核权重考核方式或途径考核权重平时表现10%作业20%期末考试70%总计100%2、评分标准5
5 的杠杆定律计算，有色合金 热处理过程中的微观组织变 化等 课程目标3（指标点3-1） 能够对各种工程问题的解决 方法进行分析，并讨论其优 缺点，以及和社会、经济等 的关系，如铸造生产和粉末 冶金生产的对比 课堂授课、讨论课、作业 2、学时安排 教学内容 学时分配 课堂授课 讨论课 自学 导论 2 材料结构的基本知识 3 1 材料中的晶体结构 4 2 1 晶体缺陷 8 2 材料的相结构及相图 6 4 1 材料的凝固与气相沉积 8 4 2 扩散与固态相变 6 2 2 材料的变形 8 4 2 总计 45 19 8 五、课程考核方案 1、各部分考核权重 考核方式或途径 考核权重 平时表现 10% 作业 20% 期末考试 70% 总计 100% 2、评分标准
（1）平时表现：出勤率、上课态度、上课回答问题、上课参与讨论等情况，按百分制评分，总评后折算成10分。得分完成情况上课出勒率高，无旷课现象，上课态度非常认真，熟练运用知90-100分识，正确回答问题，积极参与讨论，能正确阐明自己的观点和想法，能积极与其他同学合作、交流，共同解决问题。上课出勤率较高，上课态度较认真，能正确回答问题，能参与讨75-89分论、阐明自己的观点和想法，能去其他同学合作、交流，共同解决问题。上课出勤率一般，上课态度一般，回答问题正确率一般，参与讨60-74分论一般、不能清晰地阐明自己已的观点和想法，与其他同学合作、交流，共同解决问题的能力态度一般。旷课率高，上课态度较差，不能正确回答问题，不积极参与讨0-59分论，不能与其他同学合作、交流，共同解决问题。（2）作业：每次作业必须在规定时间前交，迟交作业或作业不满足下列要求，均以零分计，每次作业按百分制评分，总评折算成20分。得分完成情况按时交作业：能够结合作业中的相关问题，通过文献查阅等自主90-100分学习手段，完成作业，论述逻辑清楚、层次分明，语言规范。按时交作业：能够结合作业中的相关问题，基本通过文献查阅等自主学习手段，完成作业，论述逻辑清楚、层次分明，语言规75-89分范。按时交作业；能够基本完成作业的问题，论述基本清楚，语言较60-74分规范。不能按时交作业；有抄袭现象，或者概念不清楚、论述不清楚。0-59分（3）期末考试：按照期末考试的标准答案、评分标准百分制评分（见试卷盒），总评后折算成70分。六、教材及推荐参考书教材：《材料科学基础》，莫淑华，李学伟主编，哈尔滨工业大学出版社，2012年6
6 （1）平时表现：出勤率、上课态度、上课回答问题、上课参与讨论等情况，按百分 制评分，总评后折算成10分。 完成情况 得分 上课出勤率高，无旷课现象，上课态度非常认真，熟练运用知 识，正确回答问题，积极参与讨论，能正确阐明自己的观点和想 法，能积极与其他同学合作、交流，共同解决问题。 90-100分 上课出勤率较高，上课态度较认真，能正确回答问题，能参与讨 论、阐明自己的观点和想法，能去其他同学合作、交流，共同解 决问题。 75-89分 上课出勤率一般，上课态度一般，回答问题正确率一般，参与讨 论一般、不能清晰地阐明自己的观点和想法，与其他同学合作、 交流，共同解决问题的能力态度一般。 60-74分 旷课率高，上课态度较差，不能正确回答问题，不积极参与讨 论，不能与其他同学合作、交流，共同解决问题。 0-59分 （2）作业：每次作业必须在规定时间前交，迟交作业或作业不满足下列要求，均以 零分计，每次作业按百分制评分，总评折算成20分。 完成情况 得分 按时交作业；能够结合作业中的相关问题，通过文献查阅等自主 学习手段，完成作业，论述逻辑清楚、层次分明，语言规范。 90-100分 按时交作业；能够结合作业中的相关问题，基本通过文献查阅等 自主学习手段，完成作业，论述逻辑清楚、层次分明，语言规 范。 75-89分 按时交作业；能够基本完成作业的问题，论述基本清楚，语言较 规范。 60-74分 不能按时交作业；有抄袭现象，或者概念不清楚、论述不清楚。 0-59分 （3）期末考试：按照期末考试的标准答案、评分标准百分制评分（见试卷盒），总 评后折算成70分。 六、教材及推荐参考书 教材：《材料科学基础》，莫淑华，李学伟主编，哈尔滨工业大学出版社，2012 年
参考书：1.《材料科学基础》，胡廣祥，蔡珣，戎咏华编著，上海交通大学出版社，2010年2．《材料科学与工程基础》，杨庆祥主编，机械工业出版社，2009年3.《材料科学基础》，潘金生等著，清华大学出版社，2011年7
7 参考书：1. 《材料科学基础》，胡赓祥，蔡珣，戎咏华编著，上海交通大学出版社，2010 年 2. 《材料科学与工程基础》，杨庆祥主编，机械工业出版社，2009 年 3. 《材料科学基础》，潘金生等著，清华大学出版社，2011 年