1、1“无机材料科学基础”课程教学实施方案 1. 课程简介 无机材料科学基础课程是一门专业基础理论课程，适用于硅酸盐工程与无机非金属材料科学与工程专业。主要讲授本专业范围内各种物理化学过程的变化和共性规律，目的是使学生了解无机非金属材料的组分、结构和性能之间的相互关系和变化规律，为学生在专业课 程的学习和将来走上工作岗 位后从事无机非金属材料的研究与制备奠定理论基础。 （1）课程名称：无机材料科学基础 课程编号：1313014002英文名称：Fundamentals of Inorganic Materials Science（2）开课单位：材料科学与工程学院（3）课程研究小组成员：张永明、马晶、
2、石山、郭卓、戴淑平、王慧华、马雷（4）课程的学时：72 学时（5）课程学分：4.5 学分（6）先修课程：高等数学、无机化学、有机化学、大学物理、结晶矿物岩相学、物理化学（7）建议课内外学时比例：1：2（8）本方案的撰稿人：马晶（9）审核人：张永明（10）批准单位：材料科学与工程学院2. 本课程在实现人才培养中的作用与地位，素质、能力培养基本目标及分解无机材料科学基础课程是无机非金属材料科学与工程专业的主干课程，是在学生具备了必要的无机化学、有机化学、大学物理学、及物理化学等基础知识之后，开设的专业基础理 论课程，是承上启下的 课 程,并为无机非金属材料工艺学、材料测试研究方法等后 续的专业课程
3、打下坚实的基础。学生在学习本课程后能够做到：（1）了解材料的化学组成结构性能之间的相互关系及其规律性；（2）了解理想晶体和实际晶体的结构，能够应用晶体结构模型分析无机材料的结构与组成和性能的关系；（3）掌握熔体与非晶态固体以及材料表面和界面等与材料性能相关的知识；（4）了解掌握材料的静态热力学平衡（相平衡）过程；（5）了解掌握材料的扩散、相变、固相反应以及烧结等动力学过程。 23. 教学大纲 绪 论 （1 学 时 ）要 求 了 解 无 机 材 料 的 分 类 ，特 点 ，组 成 、结 构 、性 能 、工 艺 以 及 其与 环 境 的 关 系 。第 一 章 晶 体 结 构 （12 学 时 ）本章
4、重点为晶体化学基本原理、典型晶体结构和硅酸盐晶体结构，难点为硅酸盐晶体结构。第 一 节 结 晶 学 基 础本节要求了解各晶系晶体定向法则与结晶符号的表示方法(考核概率 0%)，理解晶体的基本性质、晶胞与空间点阵的概念与区别(考核概率 50%)，掌握七大晶系与十四种布拉维格子的划分与特征(考核概率 40%)。1 晶 体 的 基 本 概 念 与 性 质 ；2 晶 胞 与 空 间 点 阵 ；3 晶 体 的 对 称 分 类 7 个 晶 系 和 14 种 布 拉 维 格 子 ；4 晶 体 定 向 与 结 晶 学 指 数 晶 面 指 数 与 晶 向 指 数 。第 二 节 晶 体 化 学 基 本 原 理本节
5、要求了解晶体中质点间的结合力与结合能(考核概率 0%)，理解球体最紧密堆积原理和影响离子晶体结构的因素(考核概率 40%)，掌握同质多晶和类质同晶的概念以及鲍林规则的应用(考核概率 100%)1 晶 体 中 质 点 间 的 结 合 力 与 结 合 能 ；2 晶 体 中 质 点 的 堆 积 球 体 最 紧 密 堆 积 原 理 ；3 影 响 离 子 晶 体 结 构 的 因 素 原 子 半 径 和 离 子 半 径 ，配 位 数 与 配位 多 面 体 ，离 子 极 化 ，电 负 性 ，结 晶 化 学 定 律 ；4 同 质 多 晶 与 类 质 同 晶 ；5 鲍 林 规 则 。第 三 节 典 型 晶 体
6、结 构 类 型本节要求了解 -ZnS（闪 锌 矿 ）型 、-ZnS（纤 锌 矿 ）型 、CdI2 型 、-Al2O3（刚 玉 ）型 和 MgAl2O4（尖 晶 石 ）型 结 构 (考核概率 0%)，理解TiO2（金 红 石 ）型 、金 刚 石 型 和 石 墨 型 结 构 (考核概率 10%)，掌握 CsCl 型 、NaCl 型 、CaF2（萤 石 ）型 和 CaTiO3（钙 钛 矿 ）型 结 构 ，及 正 尖 晶 石 和 反尖 晶 石 的 概 念 (考核概率 100%)1 金 刚 石 结 构 和 石 墨 结 构 ；2 AX 型 结 构 CsCl 型 、NaCl 型 、-ZnS（闪 锌 矿 ）型
7、 、-ZnS（纤 锌矿 ）型 ；33 AX2 型 结 构 CaF2（萤 石 ）型 、TiO2（金 红 石 ）型 、CdI2 型 ；4 A2X3 型 结 构 -Al2O3（刚 玉 ）型 结 构 ；5 ABO3 型 结 构 CaTiO3（钙 钛 矿 ）型 结 构 ；6 AB2O4 型 结 构 MgAl2O4（尖 晶 石 ）型 结 构 。第 四 节 硅 酸 盐 晶 体 结 构本节要求理解各类硅酸盐晶体的结构特点(考核概率 20%)，掌握硅 酸 盐 晶体 的 表 示 方 法 、结 构 特 点 及 分 类 依 据 (考核概率 80%)。1 硅 酸 盐 晶 体 的 表 示 方 法 、结 构 特 点 及 分
8、 类 ；2 岛 状 结 构 ；3 组 群 状 结 构 ；4 链 状 结 构 ；5 层 状 结 构 ；6 架 状 结 构 。第 二 章 晶 体 结 构 缺 陷 （10 学 时 ）本章重点为缺陷反应式的写法、 各 种 缺 陷 浓 度 计 算 、固溶体的影响因素，难点为缺 陷 反 应 式 的 写 法 、分 析 。第 一 节 点 缺 陷本节要求了解点缺陷对晶体性能的影响(考核概率 0%)，掌握点缺陷的类型、缺陷化学反应的表示法和热缺陷浓度的计算(考核概率 100%)。1 点 缺 陷 的 类 型 ；2 缺 陷 化 学 反 应 表 示 法 ；3 热 缺 陷 浓 度 的 计 算 。第 二 节 固 溶 体本节
9、要求了解固溶体对晶体性质的影响及固溶体的研究方法(考核概率 0%)，掌握固溶体的分类、形成固溶体的影响因素(考核概率 100%)。1 固 溶 体 的 分 类 ；2 置 换 型 固 溶 体 ；3 间 隙 型 固 溶 体 ；4 固 溶 体 对 晶 体 性 质 的 影 响 ；5 固 溶 体 的 研 究 方 法 。第 三 节 非 化 学 计 量 氧 化 物本节要求了解四种非化学计量氧化物的形成原因及外界气氛变化对晶体性质的影响( 考核概率 0%)，掌握四种非化学计量氧化物缺陷反应方程式的写法(考核概率 50%)41 阴 离 子 缺 位 型 ；2 阳 离 子 填 隙 型 ；3 阴 离 子 间 隙 型 ；
10、4 阳 离 子 空 位 型 。第 四 节 线 缺 陷本节要求掌握位错的分类，刃位错和螺位错的特点与区别(考核概率 100%)1 位 错 的 类 型 ；2 刃 位 错 ；3 螺 位 错 ；4 混 合 位 错 。第 五 节 面 缺 陷本节要求了解几种面缺陷的类型(考核概率 0%)1 表 面 ；2 晶 界 ；3 相 界 面 。第 三 章 熔 体 与 玻 璃 体 （5 学 时 ）本章重点为熔体的结构与性质、玻璃的结构， 难点为熔 体 的 性 质 、玻 璃 的结 构 假 说 。第 一 节 熔 体 的 结 构本节要求理解熔体的聚合物理论(考核概率 0%)。1 对 熔 体 的 一 般 认 识 ；2 熔 体
11、的 聚 合 物 理 论 聚 合 物 的 形 成 、影 响 因 素 。第 二 节 熔 体 的 性 质本节要求掌握熔体的组成结构和温度对熔体性质的影响(考核概率 80%)。1 粘 度 ；2 表 面 张 力 表 面 能 。第 三 节 玻 璃 的 通 性本节要求理解玻璃（非晶态）与晶体（晶态）性质的区别(考核概率 0%)，掌握玻璃的四个通性( 考核概率 100%)1 各 向 同 性 ；2 介 稳 性 ；3 熔 融 态 向 玻 璃 态 转 化 的 可 逆 与 渐 变 性 ；4 熔 融 态 向 玻 璃 态 转 化 时 物 理 化 学 性 质 随 温 度 变 化 的 连 续 性 。第 四 节 玻 璃 的 形
12、 成5本节要求了解形成玻璃的热力学条件、动力学条件和结晶化学条件(考核概率 0%)，掌握形成玻璃的物质及方法(考核概率 40%)。1 玻 璃 态 物 质 的 形 成 方 法 ；2 玻 璃 形 成 的 热 力 学 观 点 ；3 形 成 玻 璃 的 动 力 学 手 段 ；4 玻 璃 形 成 的 结 晶 化 学 条 件 。第 五 节 玻 璃 的 结 构本节要求理解玻璃的两个结构假说(考核概率 10%)，掌握两个玻璃结构假说的要点 (考核概率 50%)。1 晶 子 假 说 ；2 无 规 则 网 络 假 说 ；3 两 大 学 说 的 比 较 与 发 展 。第 六 节 常 见 玻 璃 的 类 型本节要求了
13、解两类玻璃的结构性能特点(考核概率 0%)，掌握表征玻璃结构的四个结构参数( 考核概率 100%)。1 硅 酸 盐 玻 璃 ；2 硼 酸 盐 玻 璃 。第 四 章 表 面 与 界 面 （6 学 时 ）本章重点为固体的表面力场、粘土的荷电性、离子吸附与交换原理、粘土水系统的性质，难点为晶 体 表 面 能 、吸 附 粘 附 区 别 、晶 界 构 形 、粘 土 水系 统 的 电 动 性 质 与 胶 体 性 质 。第 一 节 固 体 的 表 面 及 其 结 构本节要求了解固体表面特征、固体的表面能(考核概率 0%)，理解各类晶体的表面结构特征( 考核概率 10%)掌握固体的表面力场 (考核概率 80%
14、)。1 固 体 的 表 面 特 征 ；2 晶 体 表 面 结 构 ；3 固 体 的 表 面 能 。第 二 节 固 体 的 界 面 及 其 结 构本节要求了解硅酸盐材料中，多晶体组织中的晶界构形与晶界应力(考核概率 0%)。1 晶 界 与 晶 界 构 形 ；2 晶 界 应 力 。第 三 节 界 面 行 为6本节要求了解各种界面行为，界面上的弯曲表面效应，吸附、 润湿与粘附的区别 (考核概率 0%)。1 弯 曲 表 面 效 应 ；2 润 湿 与 粘 附 ；3 吸 附 与 表 面 改 性 。第 四 节 粘 土 水 系 统 胶 体 化 学本节要求了解瘠性料的悬浮与塑化(考核概率 0%)，理解粘土水系统
15、的电动性质和胶体性质(考核概率 40%)，掌握粘土的荷电性、离子吸附与交换原理(考核概率 80%)1 粘 土 的 荷 电 性 ；2 粘 土 的 离 子 吸 附 与 交 换 ；3 粘 土 胶 体 的 电 动 性 质 ；4 粘 土 水 系 统 的 胶 体 性 质 ；5 瘠 性 料 的 悬 浮 与 塑 化 。第 五 章 相 平 衡 （16 学 时 ）本章重点为二元、三元系统相图和专业相图的分析，难点为专 业 相 图 的 分析 与 应 用 。第 一 节 硅 酸 盐 系 统 相 平 衡 特 点本节要求理解热力学平衡态与非平衡态(考核概率 0%)，掌握凝聚系统的相律(考核概率 90%)。1 热 力 学 平
16、 衡 态 与 非 平 衡 态 ；2 相 平 衡 的 基 本 概 念 ；3 硅 酸 盐 系 统 中 的 相 律 。第 二 节 相 平 衡 的 研 究 方 法本节要求了解相平衡的研究方法(考核概率 0%)，掌握根据冷却（加热）曲线建立相图的方法( 考核概率 50%)。1 静 态 法 （即 淬 冷 法 ）；2 动 态 法 。第 三 节 单 元 系 统本节要求了解具有多晶转变的单元系统相图(考核概率 0%)，理解单元系统专业相图( 考核概率 10%)，掌握 SiO2专业相图的应 用(考核概率 90%)1 水 型 物 质 与 硫 型 物 质 ；2 具 有 同 质 多 晶 转 变 的 单 元 系 统 相
17、图 ；3 专 业 单 元 系 统 相 图 ；7第 四 节 二 元 系 统本节要求理解二元系统专业相图，与生产实际的联系(考核概率 20%)，掌握杠杆规则、二元系统专业相 图的分析(考核概率 90%)。1 二 元 凝 聚 系 统 相 图 的 表 示 方 法 及 杠 杆 规 则 ；2 二 元 凝 聚 系 统 相 图 的 基 本 类 型 ；3 专 业 二 元 系 统 相 图 。第 五 节 三 元 系 统本节要求理解三元系统专业相图，与生产实际的联系(考核概率 0%)，掌握重心规则、切 线规则、连线规则、三元无 变点的性质、三元系统相图的基本类型和分析方法( 考核概率 100%)。1 三 元 凝 聚
18、系 统 相 图 概 述 ；2 三 元 凝 聚 系 统 相 图 的 基 本 类 型 ；3 专 业 三 元 系 统 相 图 。第 六 章 扩 散 （6 学 时 ）本章重点为扩散微观机制、扩散的宏观动力学方程及其应用、扩散系数及影响因素，难点为扩 散 的 宏 观 动 力 学 方 程 及 其 应 用 、扩 散 的 微 观 机 构 。第 一 节 晶 体 中 扩 散 的 基 本 特 点 与 宏 观 动 力 学 方 程本节要求了解晶体中扩散的基本特点(考核概率 0*%)，掌握扩散的宏观动力学方程及应用( 考核概率 80%)。1 晶 体 中 扩 散 的 基 本 特 点 ；2 扩 散 的 动 力 学 方 程 菲
19、 克 定 律 ；3 扩 散 动 力 学 方 程 应 用 举 例 。第 二 节 扩 散 过 程 的 推 动 力 、微 观 机 构 与 扩 散 系 数本节要求理解多元系统的扩散情况(考核概率 0%)，掌握扩散的推动力、扩散的微观机构及不同扩散机构时的扩散系数(考核概率 100%)。1 扩 散 的 推 动 力 ；2 质 点 迁 移 （扩 散 ）的 微 观 机 构 ；3 扩 散 机 构 与 扩 散 系 数 的 关 系 ；4 多 元 系 统 的 扩 散 （扩 散 的 热 力 学 理 论 ）； 。第 三 节 固 体 材 料 中 的 扩 散 及 影 响 扩 散 的 因 素本节要求了解无机固体中的扩散情况(考
20、核概率 0%)，掌握扩散与温度、杂质等的关系( 考核概率 50%)。1 固 体 中 的 扩 散 ；2 影 响 扩 散 的 因 素 。8第 七 章 固 相 反 应 （4 学 时 ）本章重点为固相反应动力学方程、影响固相反应的因素，难点为固 相 反 应动 力 学 方 程 。第 一 节 固 相 反 应 的 分 类 、特 征 与 机 理本节要求了解固相反应的分类、特征与固相反应的机理(考核概率 0%)。1 固 相 反 应 的 分 类 ；2 固 相 反 应 的 特 征 ；3 固 相 反 应 机 理 。第 二 节 固 相 反 应 动 力 学 方 程本节要求理解解固相反应动力学方程(考核概率 0%)，掌握一
21、般动力学关系(考核概率 40%)。1 固 相 反 应 一 般 动 力 学 关 系 ；2 化 学 反 应 动 力 学 范 围 ；3 扩 散 动 力 学 范 围 。第 三 节 影 响 固 相 反 应 的 因 素本节要求掌握影响固相反应的主要因素(考核概率 80%)。1 反 应 物 化 学 组 成 与 结 构 的 影 响 ；2 反 应 物 颗 粒 尺 寸 及 分 布 的 影 响 ；3 反 应 温 度 、压 力 与 气 氛 的 影 响 ；4 矿 化 剂 及 其 它 影 响 因 素 。第 八 章 相 变 （4 学 时 ）本章重点为成核生长相变机理、斯宾那多分解， 难点为成核生长相变动力学、斯 宾 那 多
22、 分 解 动 力 学 。第 一 节 相 变 的 分 类本节要求了解相变定义(考核概率 0%)，掌握相变的类型(考核概率 90%)。1 相 变 的 定 义 ；2 相 变 的 分 类 。第 二 节 液 固 相 变 成 核 生 长 机 理本节要求掌握液固相变过程（即成核生长机理）理论(考核概率 60%)。1 液 固 相 变 过 程 热 力 学 ；2 液 固 相 变 过 程 动 力 学 。第 三 节 液 液 相 变 斯 宾 那 多 分 解本节要求了解玻璃分相的热力学理论和结晶化学观点(考核概率 0%)，理解液相的不混溶现象(考核概率 40%)91 液 相 的 不 混 溶 现 象 （玻 璃 的 分 相
23、）；2 分 相 的 热 力 学 理 论 ；3 分 相 的 结 晶 化 学 观 点 。第 九 章 烧 结 （8 学 时 ）本章重点为固相烧结机理、影响烧结的因素， 难点为烧 结 机 理 。第 一 节 概 述本节要求了解烧结的定义及分类(考核概率 0%)，理解烧结的过程(考核概率10%)，掌握烧结的推动力、 烧结机理和烧结模型(考核概率 90%)。1 烧 结 的 定 义 及 分 类 ；2 烧 结 过 程 及 推 动 力 ；3 烧 结 机 理 ；4 烧 结 模 型 。第 二 节 固 态 烧 结本节要求掌握固相烧结的传质机理(考核概率 80%)。1 蒸 发 凝 聚 传 质 ；2 扩 散 传 质 。第
24、三 节 液 相 参 与 的 烧 结本节要求了解液相烧结的传质机理(考核概率 0%)1 液 相 烧 结 的 特 点 和 类 型 ；2 流 动 传 质 ；3 溶 解 沉 淀 传 质 。第 四 节 晶 粒 生 长 与 二 次 再 结 晶本节要求了解晶界在烧结中的作用(考核概率 0%)，理解晶粒生长与再结晶的概念( 考核概率 40%)，掌握晶粒生长与烧结致密化的关系，二次再结晶对材料性能的影响(考核概率 60%)。1 晶 粒 生 长 ；2 二 次 再 结 晶 ；3 晶 界 在 烧 结 中 的 作 用 。第 五 节 影 响 烧 结 的 因 素本节要求掌握影响烧结的各因素，尤其是外加剂的作用(考核概率 9
25、0%)1 原 始 粉 料 的 粒 度 的 影 响 ；2 外 加 剂 的 作 用 ；3 烧 结 温 度 与 保 温 时 间 的 影 响 ；4 物 料 活 性 的 影 响 ；105 气 氛 的 影 响 ；6 压 力 的 影 响 。各 章 学 时 分 配 ：内容 学 时第一章 晶体结构 12第二章 晶体结构缺陷 10第三章 熔体与玻璃体 6第四章 表面与界面 6第五章 相平衡 16第六章 扩散与固相反应 10第七章 相变 4第八章 烧结 8总学时数 724. 本课程的教学进度 20072008 学年度第一学期：授课顺序周 次时 数教学方式 教 学 内 容课外作业1 1 4 讲授 绪论第一章 晶体结构：晶体几何基础2 2 4 讲授 第一章 晶体结构：晶体化学基础第一章 晶体结构：典型晶体结构3 3 4 讲授 第一章 晶体结构：硅酸盐晶体结构第二章 晶体结构缺陷：缺陷类型、点缺陷4 4 4 讲授 第二章 晶体结构缺陷：缺陷反应方程、缺陷浓度习题一5 5 4 讲授 第二章 晶体缺陷：固溶体、非化学计量化合物6 6 4 讲授 第二章 晶体缺陷：线缺陷、面缺陷第三章 熔体和玻璃体：熔体结构、熔体的性质各 章 代 表 性 习 题
