《无机材料科学基础》教学大纲
英文课程名称: Foundation of Inorganic Material Science 课程编号：0711305
总学时：88（其中理论课学时：74 实验学时：14） 总学分：5.5
先修课程：物理化学、晶体学 适用专业：无机非金属材料工程
开课单位：材料科学与工程学院无机非金属材料工程教研室 执笔人：梁忠友 审校人：来启辉
一、课程教学内容
绪论
材料的发展动向及本课程的重要地位；本课程的特色及基本要求等。 第一章 晶体化学基本原理
原子半径和离子半径；球体紧密堆积原理，六方堆积和立方堆积；配位数和配位多面体；离子的极化对化学键和结构的影响；电负性，估计化学键；鲍林规则。 第二章 晶体结构与晶体中的缺陷 第一节 典型结构类型
氯化钠型、金刚石型、氯化铯型、闪锌矿型、纤锌矿型、萤石型、金红石型、碘化镉型、刚玉型、钙钛矿型、尖晶石型。 第二节 硅酸盐晶体结构
岛状结构、组群状结构、链状结构、层状结构、架状结构。 第三节 晶体结构缺陷，
点缺陷、固溶体、非化学计量化合物，固溶体研究方法；线缺陷，包括螺旋位错和刃位错。 第三章 熔体与玻璃体
第一节 熔体结构——聚合物理论， 第二节 熔体性质
粘度和表面张力。 第三节 玻璃通性
各向同性；介稳性；熔融态向玻璃态转化的可逆性与渐变性；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 玻璃的形成
玻璃态物质的形成方法简介；玻璃形成的热力学、动力学，结晶化学条件； 第四节 玻璃的结构
晶子学说；无规则网络学说。
第五节 常见玻璃类型
硅酸盐玻璃；硼酸盐玻璃。 第四章 表面与界面 第一节 固体的表面
固体的表面特征；晶体表面结构；固体表面能； 第二节 界面行为，
润湿与粘附；吸附与表面改姓； 第三节 晶界
晶界结构与分类；多晶体的组织；晶界应力。 第四节 粘土—水系统胶体化学
粘土的荷电性；离子吸附与交换；电动性质；胶体性质；瘠性料的悬浮与塑化。 第六章 相平衡。
第一节 硅酸盐系统相平衡的特点
热力学平衡态与非平衡态；硅酸盐系统中的组分、相及相律。 第二节 单元系统
水型物质和硫型物质；二氧化硅系统和氧化锆系统。 第三节 二元系统
二元相图的基本类型；氧化钙—氧化硅相图；氧化镁—氧化硅相图。 第四节 三元系统
相图概述；相图基本类型；氧化钙—氧化铝—二氧化硅相图；氧化钾—氧化铝—二氧化硅相图；氧化镁—氧化铝—二氧化硅相图；氧化钠—氧化钙—二氧化硅相图。 第七章 扩散与固相反应：
第一节 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程
基本特点；扩散过程的推动力；微观结构和扩散系数；固体材料中的扩散及影响扩散的因素。 第二节 扩散过程的推动力、微观机构与扩散系数 第三节 固体材料中的扩散及影响扩散的因素 第四节 固相反应及其动力学特征
固相反应的动力学方程；影响固相反应的因素；结合固相反应实验、实际应用中的有关问题，学生讨论、分析，写出简要结论。 第五节 固相反应动力学方程 第六节 影响固相反应的因素 第八章 相变 第一节 相变分类
按热力学分类；按相变方式分类；按质点迁移方式分类。 第二节 液—固相变过程热力学
相变过程的不平衡状态及亚稳区；相变过程的推动力；晶核形成条件。
第三节 液—固相变过程动力学
晶核形成过程动力学；晶体生长过程动力学；总的结晶速率；析晶过程；影响析晶能力的因素。第四节 液—液相变过程（主要介绍玻璃分相）。 第九章 烧结 第一节 概述
烧结的定义；与烧结有关的概念；烧结过程推动力；烧结模型。 第二节 固态烧结
蒸发—凝聚传质；扩散传质； 第三节 液态参与的烧结
特点和类型；流动传质；溶解—沉析传质。 第四节 晶粒生长与二次再结晶
晶粒生长；二次再结晶；晶界在烧结中的应用。 第五节 影响烧结的因素
综合前边章节所学的相关知识，进行分析讨论，老师提出要点；特种烧结机理。
二、习题课、课堂讨论内容
1．缺陷反应方程及固溶体分子式；非化学计量化合物缺陷浓度与外界条件的定量关系。 2．三元相图析晶过程分析、各平衡相的相对含量计量。
3．根据无机材料物理化学所学知识，举例说明材料制备中添加剂的应用，并分析其作用机理。 4．分别讨论扩散与固相反应、析晶、烧结等过程的联系，并结合实际分析各动力学关系。
三、实验内容
1．等大球体密堆积：
紧密结合课堂教学，侧重立方密堆、六方密堆，并在实验报告中列表比较异同。 2.典型晶体结构分析 3.玻璃析晶：
了解玻璃析晶的条件及机理，通过镜下观察、理论分析、掌握晶体与非晶体的结构、性能差异；掌握析晶温度范围的测试方法。 4.粘土泥浆电位的测定：
实验中可根据分散相的组份、粒度差异、分别测试纯粘土泥浆、注浆用泥浆、可塑泥浆的电位，根据实验结果进行比较、分析。 5.固相反应实验：
在原来实验的基础上，增添对金斯特林格方程的验证，通过了解实验过程及反应条件，综合分析影响固相反应的各种因素。
教学大纲说明书
一、课程的性质与任务
本课程是无机材料科学与工程专业的一门专业基础必修课。其任务主要阐明无机非金属材料的组成、结构、性质之间的相互关系，以及在各种条件下的变化规律。为指导无机材料的生产和研制特定性能的无机非金属新材料提供理论依据和线索。为“无机非金属材料学”等专业课的学习奠定坚实的理论基础。
二、课程与其他课程的联系与分工
物理化学、晶体学为本课程的先修课，而本课程又是无机非金属材料学Ⅰ、耐火材料等专业课的重要基础课程。
三、各章内容的基本要求及重点、难点
绪论
基本要求：掌握材料的发展动向及本课程的重要地位；掌握本课程的特色及基本要求；了解本课程主要内容；了解该课程学习方法和基本要求。
重点：材料的发展动向及本课程的重要地位、本课程的特色及基本要求。 第一章：晶体化学基本原理
基本要求：掌握紧密堆积原理（堆积方式、空隙种类及分布、球数与空隙之比）；熟练利用密堆积原理分析实际晶体结构；了解离子半径、配位数、电负性等概念；能利用鲍林规则验证实际晶体结构；了解离子极化对晶体结构和性能的影响。
重点：能应用紧密堆积原理分析实际晶体结构。 难点：紧密堆积原理
第二章：晶体结构与晶体中的缺陷。
基本要求：熟悉硅酸盐晶体的分类依据和各类特点，能看懂结构投影图，能分析结构与性质的关系；掌握固溶体、非化学计量化合物等概念；了解影响置换型固溶体的主要因素，熟练写出固溶体和非化学计量方程式；熟悉结构与性质之间的关系；了解典型结构类型，能利用投影法、坐标法描述晶体结构；了解与功能材料有关的缺陷知识。
重点：固溶体和非化学计量化合物 。 难点：硅酸盐晶体结构；写缺陷方程。 第三章：熔体与玻璃体
基本要求：了解熔体的结构—聚合物理论；掌握组成、温度对熔体结构、性质的影响（粘度、表面张力）；了解玻璃的四个通性；掌握玻璃成分、结构和性质的关系，能用玻璃结构参数值估计熔体和玻璃体的性质；了解玻璃的形成过程和玻璃的二个结构学说。
重点：熔体的性质。 难点：玻璃的结构与性质。 第四章 表面与界面
基本要求：了解固体表面能、弯曲表面效应，润湿与粘附等概念；理解吸附机理和表面改性对材料性质的影响；了解粘土带电原因，粘土离子吸附与交换序；掌握影响粘土泥浆流动性、稳定性、触变性和可塑性的因素；掌握瘠性料悬浮和塑化的基本原理和方法；了解纳米材料，复合材料的发
展动向。
重点：吸附与表面改性；瘠性料的悬浮与塑化。
难点：表面结构与性质关系的理解；癠性料的悬浮与塑化机理。 第六章 相平衡
基本要求：理解一元、二元、三元相图中点、线、面的意义；对一元、二元、三元相图能进行熟练的相变化分析和各相含量的计算；对专业相图进行熟练分析、并能依相图作指导进行配方设计，解决生产和科研中的实际问题。
重点：三元系统相图；专业相图分析及实际应用。 难点：复杂专业相图相变化分析。 第七章 扩散与固相反应
基本要求：掌握菲克第一、第二定律；了解扩散系数的物理意义，能利用扩散动力学方程解决实际扩散问题；了解影响扩散的诸因素；掌握杨德尔方程和金斯特林格方程；了解影响固相反应的诸因素。
重点：扩散第一、第二定律及实际应用；杨德尔方程和金斯特林格方程及其应用。 难点：扩散机理和固相反应机理。 第八章 相变
基本要求：了解相变过程的温度，压力和浓度条件，了解临界晶核的概念；掌握析晶过程；了解影响析晶的因素；理解玻璃分相的机理，能利用分相理论解决材料制备中的问题。
重点：相变发生的热力学条件、动力学过程；玻璃分相。 难点：玻璃分相机理。 第九章 烧结
基本要求：掌握烧结的四种传质机理；掌握防止二次再结晶的有效方法；了解影响烧结的因素；了解特种烧结原理。
重点：四种基本传质产生的原因，条件、特点和动力学方程。 难点：烧结传质机理。
四、习题课、课堂讨论要求
1.习题课
围绕习题课的内容、通过提问、练习等形式、调动学生学习积极性、在老师的启发下，掌握做题技巧及解题思路。 2.讨论课
针对讨论专题，可以不同的形式展开讨论、以提高学生综合分析问题的能力。课后每人写出1000字左右的讨论报告。
五、实验要求
1.熟悉立方和六方堆积方式，空隙种类及分布、球数与空隙数比例。 2.熟悉晶体的具体结构，掌握结构与性质的关系。
3.掌握玻璃析晶的测试方法。
4.掌握泥浆动电位的测试方法，熟悉影响动电位的因素。 5．掌握固相反应的测试方法，了解影响固相反应的因素。
六、学时分配建议
内 绪论 第一章 晶体化学基本原理 第二章 晶体结构与晶体中的缺陷 第三章 熔体与玻璃体 第四章 表面与界面 第六章 相平衡 第七章 扩散与固相反应 第八章 相变 第九章 烧结 合 计 学 容 1 3 16（2） 8 8 16（2） 8 6 8（2） 74 2 3 3 3 3 14 1 5 19 11 11 16 11 6 8 88 环 时 节 讲课学时 实验学时 小计 七、推荐教材和主要参考教材
推荐教材
《无机材料科学基础》，陆佩文，武汉工业大学出版社，1998年。 参考教材
1、浙江大学等编写.硅酸盐物理化学.北京：中国建筑工业出版社.1980 2、叶瑞伦等.无机材料物理化学.北京：中国建筑工业出版社.1986 3、张联盟编.材料科学基础.武汉：武汉理工大学出版社，2004.08 4、南京化工学院等编.陶瓷物理化学. 北京：中国建筑工业出版社.1981
八、考核方式
期末考试、实验、平时考核相结合。期末考试采用闭卷考试形式，平时考核包括课外作业和考勤，期末考试成绩占总成绩的80%，实验成绩占总成绩的10％，课外作业占总成绩的5％，考勤占总成绩的5％。