1、1扩散与相变 课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：扩散与相变所属专业：材料物理、材料化学课程性质：必修学分：3.0（二）课程简介、目标与任务；课程简介：扩散与相变是材料物理专业本科生专业课，也是该专业主干课程之一。目标与任务：掌握材料科的制备和处理过程中相变的基础知识，包括多元系热力学，相平衡，相界，相变的分类，扩散的基本理论，以及熔化、凝固和玻璃转变等重要相变和转变的基本特征和基本理论。为进一步学习金属材料学、材料的力学性能等后继课程奠定必要的理论基础。同时也为学生今后从事材料科学研究、材料设计和生产奠定必要的理论基础。（三）先修课程要求，与先修课与后
2、续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；先修课程：材料科学导论、X 射线衍射与电子显微学后继课程：材料力学性能、金属材料学、功能材料与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接：在掌握了材料科学的基础知识之后，通过本课程的学习，理解所谓材料的结构并非是指晶体结构，而是指相的种类、数量、形态和分布，即材料的微观组织，理解相平衡、相界面、相变的基本理论，掌握材料制备和处理过程中材料结构演变的基本原理和基本规律，以便在后继课程中能够顺利的接受和理解材料的制备与处理对材料结构和性能的改变。（四）教材与主要参考书。教材：自编讲义主要参考书：1. 潘金生，仝健民，田民波编， 材料科学基础 清华大学出版社 1
3、998 年；2. D.A. Porter, K.E. Easterling, M.Y. Sherif 著，陈冷，余永宁译 金属和合金中的相变 ，高等教育出版社，2011 年。 2二、课程内容与安排第一章 引言：材料学的研究领域与研究方法 第一节 材料学与人类的知识第二节 材料第三节 材料的分类第四节 材料的获得第五节 材料科学：超越原子层次的科学第六节 物理学处理问题的方法第七节 德拜温度之上第八节 原子层次之上 I晶体缺陷第九节 原子层次之上 II合金化、相第十节 原子层次之上 III组织第十一节 原子层次之上 IV控制凝固过程对材料组织的改变第十二节 原子层次之上 V变形对材料组织的改变第
4、十三节 原子层次之上 VI热处理对材料组织的改变第十四节 原子层次之上 VII材料结构对性能的影响第十五节 本课程的主要内容第二章 相平衡 第一节 热力学及单质的相平衡第二节 合金的热力学第三节 相平衡第四节 二元相图第五节 不同类型合金的凝固过程以及相图名称的由来第六节 Gibbs 相律第七节 Fe-C 相图第八节 氧化物相图第九节 三元相图第十节 相图的来源第三章 相界 第一节 相界面的定义与分类第二节 固-气界面第三节 单相固溶体中的晶界3第四节 相界面第五节 固-液界面第六节 界面对相平衡的影响Gibbs-Thomson 效应第四章 扩散 第一节 扩散第二节 晶体中的点缺陷空位和间隙原
5、子第三节 扩散的原子机理 I热激活第四节 Fick 扩散定律I第五节 Fick 扩散定律II第六节 工业生产中的扩散实例第七节 扩散的原子机理 II无规行走第八节 扩散的原子机理 III置换式扩散第九节 自扩散系数的测定第十节 高扩散率通道第十一节 有关扩散的经典实验Kirkendall 效应第五章 相变的分类第一节 相变及其定义第二节 热力学上对相变的分类第三节 根据相变的机制对相变的分类第四节 相变动力学TTT 图及 Avrami 方程第五节 相变热力学与动力学的关系第六章 凝固第一节 凝固第二节 过冷液体的热力学第三节 纯金属中的形核 I均匀形核第四节 纯金属中的形核 II非均匀形核第五
6、节 经典形核理论遇到的困难第七章 熔化第一节 晶体熔化的现有理论模型以及未解决的问题第二节 熔化的尺寸效应第八章 玻璃转变第一节 非晶态材料的应用4第二节 玻璃转变第三节 结构弛豫第四节 玻璃转变温度随冷却速率而改变第五节 玻璃转变的热力学特征第六节 Angell 图第七节 玻璃转变的动力学特征（一）教学方法与学时分配教学方法：课堂讲授学时分配：第一章 引言：第 1-4 周；第二章 相平衡：第 5-7 周第三章 相界：第 8 周第四章 扩散：第 9-11 周第五章 相变的分类：第 12 周第六章 凝固：第 13-14 周第七章 熔化：第 15 周第八章 玻璃转变：第 16-17 周课程回顾与总
7、结：第 18 周（二）内容及基本要求主要内容：材料学研究的内容与方法，多元系热力学及相平衡，界面对相平衡及相变的影响（Gibbs-Thomson 效应） ，扩散的原子机制，相变的分类，凝固的经典形核理论，晶体熔化的尺寸效应，玻璃转变的基本特征，晶体熔化和玻璃转变的基本理论。【重点掌握】：材料学研究的内容与方法，多元系热力学及相平衡，界面对相平衡及相变的影响（Gibbs-Thomson 效应） ，扩散的原子机制，相变的分类，凝固的经典形核理论，晶体熔化的尺寸效应，玻璃转变的基本特征【了解】：晶体熔化和玻璃转变的基本理论【难点】：多元系热力学及相平衡，界面对相平衡及相变的影响（Gibbs-Thomson效应） ，凝固的经典形核理论制定人：王连文审定人：批准人：日 期：2016 年 6 月 20 日
