《材料性能學》課程教學大綱

一、課程基本信息

課程編碼：

課程類別：必修課

適用專業(yè)：材料化學

總學時：48

學分：3

課程簡介：本課程是材料化學專業(yè)主干課程之一，屬專業(yè)基礎課。本課程主要內容為

材料物理性能，以材料通月性物理性能及共同性的內容為主。通過本課程的教學，使學生

獲得關于材料物理性能包括材料力學性能（受力形變、斷裂與強度）、熱學、光學、導電、

磁學等性能及其發(fā)展和應月，重點掌握各種重要性能的原理及微觀機制，性能的測定方法

以及控制和改善性能的措施，各種材料結構與性能的關系，各性能之間的相互制約與變化

規(guī)律。

授課教材：《材料物理性能》，吳其勝、蔡安蘭、楊亞群，華東理工大學出版社，2006,

10。

2、參考書目:

1.《材料性能學》，北京工業(yè)大學出版社，王從曾，2007.1

2.《材料的物理性能》，哈爾濱工業(yè)大學出版社，邱成軍等,2009.1

二、課程教育目標

通過學習材料的各種物理性能，使學生掌握以下內容：各種材料性能的各類本征參數

的物理意義和單位以及這些參數在解決實際問題中所處的地位；弄清各材料性能和材料的

組成、結構和構造之間的關系；掌握這些性能參數的物質規(guī)律,從而為判斷材料優(yōu)劣、正

確選擇和使用材料、改變材料性能、探索新材料、新性能、新工藝打下理論基礎；為全面

掌握材料的結構，對材料的原料和工藝也應有所認識，以取得分析性能的正確依據。

三、教學內容與要求

第一章：材料的力學性能

重點與難點：

重點：應力、應變、彈性變形行為、Griffith微裂紋理論，應力場強度因子和平面應變

斷裂韌性，提高無機材料強度改進材料韌性的途徑。

難點：位錯運動理論、應力場強度因子和平面應變斷裂韌性。

教學時數：10學時

教學內容：

1.1應力及應變：應力、應變;

1.2彈性形變：Hooke定律；彈性模量的影響因素、無機材料的彈性模量、復相的彈

性模量、彈性形變的機理；

1.3材料的塑性形變：晶體滑移、塑性形變的位錯運動理論；

1.4滯彈性和內耗：粘彈性和滯彈性、應變松弛和應力松弛、松弛時間、無弛豫模量

與弛豫模量、模量虧損、材料的內耗；

1.5材料的高溫蠕變：蠕變曲線、蠕變機理、影響蠕變的因素；

1.6材料的斷裂強度：理論斷裂強度、Inglis理論、Griffith微裂紋理論、、Orowan

理論；

1.7材料的斷裂韌性：裂紋擴展方式、裂紋尖端應力場分析、幾何形狀因子、斷裂韌

性、裂紋擴展的動力與阻力；

1.8裂紋的起源與擴展：裂紋的起源、裂紋的快速擴展、影響裂紋擴展的因素、材料

的疲勞、應力腐蝕理論、高溫下裂紋尖端的應力空腔作用、亞臨界裂紋生長速率與應力場

強度因子的關系、根據亞臨界裂紋擴展預測材料壽命、蠕變斷裂；

1.10顯微結構對材料脆性斷裂的影響：晶粒尺寸、氣孔的影響；

1.11提高材料強度及改善脆性的途徑：金屬材料的強化、陶瓷材料的強化；

1.12復合材料：復合材料的分類、連續(xù)纖維單向強化復合材料的強度、短纖維單向強

化復合材料；

1.13材料的硬度：硬度的表示方法、硬度的測量。

教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握材料的彈性變形、塑性變形、高溫蠕變及其它力學性能的理論描述、

產生的原因、影響因素。掌握斷裂的現象和產生、斷裂力學的原理出發(fā)，通過理論結合強

度、應力場的分析，斷裂的判據，應力場強度因子、平面應變斷裂韌性、延性斷裂、脆性

斷裂、沿晶斷裂、靜態(tài)疲勞的概念，并根據此判據來分析提高材料強度及改進材料韌性的

途徑。了解斷裂的現象，弄清產生斷裂的原理（斷裂理論），通過應力場的分析。要求掌握

斷裂的判據，并根據此判據來分析提高材料強度及改進材料韌性的途徑。

第二章：材料的熱學性能

重點與難點：

重點：材料的熱膨脹，材料的熱穩(wěn)定性。

難點:材料的熱傳導,材料的熱穩(wěn)定性。

教學時數：6學時

教學內容：

2.1熱學性能的物理基礎；

2.2材料的熱容：晶體固體熱容的經驗定律和經典理論，晶體固體熱容的量子理論回

顧，無機材料的熱容；

2.3材料的熱膨脹：熱膨脹系數、熱膨脹機理、熱膨脹和其他性能的關系、多晶體和

復合材料的熱膨脹；

2.4材料的熱傳導：固體材料熱傳導的宏觀規(guī)律，固體材料熱傳導的微觀機理、影響

熱傳導的因素、某些無機材料的熱傳導；

2.5材料的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性的表示方法、熱應力、抗熱沖擊斷裂性能，抗熱沖擊

損傷性、提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。

教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握材料熱容的各種理論及其比較，熱膨脹的定義及其基本機理，熱傳導

的宏觀規(guī)律和微觀機理，熱穩(wěn)定性的表示和抗熱沖擊斷裂性能。要求掌握各種熱應力斷裂

抵抗因子?？偨Y出提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。

第三章材料的光學性能

重點與難點：

重點：光的反射和折射、材料對光的吸收和色散、光的散射

難點：光的散射、電-光效應、光折變效應、非線性光學效應

教學時數：8學時

教學內容：

3.1光傳播的基本性質：光的波粒二象性、光的干涉和衍射、光通過固體現象；3.2

光的反射和折射：反射定律和折射定律、折射率的影響因素、晶體的雙折射、材料的反射

系數及其影響因素；

3.3材料對光的吸收和色散：吸收系數與吸收率、光的吸收與波長的關系、光的色散；

3.4光的散射：散射的一般規(guī)律、彈性散射、非彈性散射；

3.5材料的不透明性與半透明性：材料的不透明性、材料的乳濁、半透明性、透明材

料的顏色、材料的著色；

3.6電-光效應、光折變效應、非線性光學效應：目光效應及電光晶體、光折變效應、

非線性光學效應；

3.7光的傳輸與光纖材料：光纖發(fā)展概況和基本特征、光纖材料的制備、光纖的應用；

3.8特種光學材料及其應用：固體激光器材料及其應用、光存儲材料。

教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握金屬、半導體、絕緣體的電子能帶結構，光傳播電磁理論、反射、光

的吸收和色散、晶體的雙折射、介質的光散射等各種光現象的物理本質。了解影響材料光

學性能的各種因素。簡要了解光纖材料、激光晶體材料及光存儲材料等光學材料。

第四章：材料的電導性能

重點與難點：

重點：離子電導,電子電導。

難點：無機材料的電導，半導體陶瓷的物理效應。

教學時數：8學時

教學內容：

4.1電導的物理現象：電導率與電阻率、電導的物理特性；

4.2離子電導：載流子濃度、離子遷移率、離子電導率、離子電導率的影響因素、固

體電解質ZrO2;

4.3電子電導：電子遷移率、載流子濃度、電子電導率、電子電導率的影響因素

4.4金屬材料的電導：金屬電導率、電阻率與溫度的關系、電阻率與壓力的關系、冷

加工和缺陷對電阻率的影響、電阻率的各向異性、固溶體的電阻率；

4.5固體材料的電導：玻璃態(tài)電導、多晶多相固體材料的電導、次級現象、固體材料

電導混合法則；

4.6半導體陶姿的物理效應：晶界效應、表面效應、西貝克效應、p-n結；

4.7超導體：超導體的概念、約瑟夫遜效應、超導體的應用。

教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握各種電導的宏觀參數和物理量及日導的豐要基本公式；圍繞此公式來

討論各種電導的電導率（離子電導率、電子電導率）及其影響因素，材料的電導混合法則

和半導體陶瓷的物理效應。

第五章材料的磁學性能

重點與難點：

重點：抗磁性和順磁性、鐵磁性與反鐵磁性

難點：鐵磁性與反鐵磁性

教學時數：8學時

教學內容：

5.1基本磁學性能：磁學基本量、物質的磁性分類；

5.2抗磁性和順磁性：原子本征磁矩、抗磁性、物質的順磁性、金屬的抗磁性與順磁

性、影響金屬抗、順磁性的因素；

5.3鐵磁性與反鐵磁性：鐵磁質的白發(fā)磁化、反鐵磁性和亞鐵磁性、磁疇、磁化曲線

和磁滯回線；

5.4磁性材料的動態(tài)特性：交流磁化過程與交流回線、磁滯損耗和趨膚效應、磁后效

應和復數磁導率、磁導率減落及磁共振損耗；

5.5磁性材料及其應用：軟磁材料、硬磁材料、磁信息存儲材料、納米磁性材料.

教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握固體物質的各種磁性（抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性）

的形成機理及宏觀表現；重點掌握磁性表征參量、各類磁性物質的內部相互作用；磁性材

料在交變磁場中的磁化過程及宏觀磁性；了解磁性材料及其應用C

第六章材料的功能轉換性能

重點與難點：

重點：介質的極化與損耗、介電強度、壓電性能、鐵電性

難點：壓電性能、鐵電性

教學時數：8學時

教學內容：

6.1介質的極化與損耗：介質極化相關物理量、極化類型、宏觀極化強度與微觀極化

率的關系、介質損耗分析、材料的介質損耗、降低材料介質損耗的方法；

6.2介電強度：介電強度、固體電介質的擊穿、影響材料擊穿強度的因素；

6.3壓電性能：壓電效應及其逆效應、壓電材料的研究進程、壓電材料主要表征參數、

壓電陶瓷的預極化、壓電陶瓷的穩(wěn)定性、壓電材料及其應用；

6.4鐵電性：鐵電性的概念、鐵電體的分類、鐵電體的起源、鐵電體的性能及其應用、

反鐵電體；

6.5熱電性能：熱電效應、熱電材料、熱電材料的應用；

6.6光電性能：光電效應、光電材料及其應用；

6.7熱釋電性能：熱釋電效應及其逆效應、熱釋電材料、熱釋電材料的應用；

6.8智能材料：智能材料的特征與構成、智能材料的分類、智能金屬材料、智能無機

非金屬材料、智能高分子材料。

教學方式：課堂講授與多媒體教學相結合。

教學要求：掌握電介質的介電性能，