湖南大学材料科学基础

湖南大学材料科学基础（9篇）

1.湖南大学材料科学基础 篇一

材料科学基础(1)

课程编号: 3035006

4课程名称：材料科学基础（1）

英文名称：Fundamentals of Materials Science

学 分：4

先修课程：普通物理、物理化学、工程力学

教 材：材料科学基础，潘金生、仝健民、田民波，清华大学出版社，1998

一、课程简介：

“材料科学基础”是在原来“金属学”、“物理冶金”、“材料科学”、“金属物化”、“陶瓷物化”、“固体材料结构基础”等课程的基础上，为强化基础，突出共性，拓宽专业而向我系本科生开设的专业基础课。本课程以材料科学与工程的基础理论，如晶体学、合金相理论、固体缺陷理论、热力学和动力学等为纲，讲授材料科学的基本概念和基础理论，是学生学习其他专业课的基础，也是今后从事材料研究工作的基础。《材料科学基础1》重点讲授晶体学、固体材料的结构、晶体缺陷和范性形变、固体中的扩散等材料科学基础理论。

二、基本要求：

本课程是材料系最重要的专业基础课之一，内容多，覆盖面广，理论和概念比较集中，要求学生掌握材料科学的基本概念、基础理论及其应用。

三、内容提要：

第一章 晶体学基础 12学时

1.1 引言

1.2 空间点阵、晶胞和原胞、点阵常数

1.3 晶面指数和晶向指数

1.4 常见的晶体结构及其几何特征、配位数、紧密系数和间隙

1.5 晶体的堆垛方式、FCC、HCP和菱方晶体的比较

1.6 晶体的投影*

1.7 倒易点阵*

1.8 菱方晶系的两种描述：菱方轴和六方轴

1.9 晶体的宏观对称性--点群*

1.10 晶体的微观对称性--空间群：意义、表示、应用*

第二章 金属材料 14学时

2.1 引言

2.2 原子结构

2.3 结合键

2.4 分子的结构

2.5 晶体的电子结构

2.6 元素的晶体结构和性质

2.7 合金相结构概念

2.8 影响合金相结构的主要因素：原子/离子半径、电负性、电子价态

2.9 固溶体：意义、分类、特点、规律、性质等

2.10 离子化合物：特点、类型、应用

2.11 硅酸盐结构：基本特点及分类

2.12 金属间化合物（Ⅰ）：正常价化合物

2.13 金属间化合物（Ⅱ）：电子化合物

2.14 金属间化合物（Ⅲ）：尺寸化合物（1）、拓扑密排相（2）、间隙相

2.15 金属间化合物（Ⅳ）：σ相和其他复杂化合物

2.16 合金相结构符号*

第三章 晶体的范性形变 12学时

3.1 引言

3.2 滑移系统和Schmid定律

3.3 滑移时参考方向和参考面的变化

3.4 滑移过程中晶体的转动

3.5 滑移过程的次生现象

3.6 单晶体的硬化曲线

3.7 孪生系统与原子运动

3.8 孪生要素和长度变化规律

3.9 孪晶和基体的位相关系

3.10 孪生系统的实验测定*

3.11 滑移和孪生的比较

3.12 多晶体范性形变的一般特点

3.13 冷加工金属的储能和内应力

3.14 应变硬化

3.15 多晶材料的择优取向（织构)

3.16 纤维组织和流线

3.17 晶体的断裂（Ⅰ）：微观方面*

3.18 晶体的断裂（Ⅱ）：断裂力学简介*

3.19 晶体的断裂（Ⅲ）：断口分析简介*

3.20 应变软化和超塑性*

第四章 晶体缺陷 14学时

4.1 引言

4.2 点缺陷的基本特征

4.3 点缺陷的实验研究

4.4 位错理论的提出

4.5 什么是位错

4.6 位错的普遍定义和博格斯矢量

4.7 位错的运动

4.8 位错密度和晶体的变形速率

4.9 位错的基本性质

4.10 固体弹性理论简介

4.11 位错应力

4.12 位错的弹性能和线张力

4.13 作用于位错的力

4.14 位错与位错间的交互作用

4.15 位错与点缺陷间的交互作用

4.16 位错的启动力：P-N力

4.17 镜像力

4.18 位错的起源与增殖

4.19 位错的塞积

4.20 位错的交割

4.21 面心立方晶体中的位错

4.22 位错反应

4.23 密排六方和体心立方晶体中的位错*

4.24 其他晶体中的位错*

4.25 小角度晶粒边界

4.26 大角度晶粒边界*

4.27 位错的实验观测*

4.28 位错理论的应用*

第五章 固体中的扩散 8学时

5.1 引言：意义、特点、分类

5.2 Fick定律

5.3 稳态扩散及其应用

5.4 非稳态扩散、各种边界条件下扩散方程的解*

5.5 D-C关系、悮野方法*

5.6 Kirkendall效应：现象与规律、实际意义

5.7 分扩散系统、Darken公式

5.8 扩散的微观理论和机制

Fick定律的微观形式

扩散机制：激活能、激活熵与激活自由能、频率因子

扩散系数计算简介

5.9 扩散的经验规律：成分、晶体结构、晶粒度、第三组元、温度应力等的影响

5.10 反应扩散：中间相形成规律和动力学

5.11 扩散动力学：Fick定律的普遍形式、原子迁移率、热力学因子、分扩散系数与自扩散系数的关系*

5.12 离子晶体中的扩散D-α关系，杂质对具有Frenkel缺陷对和Schottky缺陷对的晶体的导电性的影响*

5.13 实际应用：烧结和材料的相容性*

四、实验

1.Laves相结构的计算机模拟

2.滑移系统的计算机分析

3.Cu-Zn系反应扩散的相分析

五、参考书：包永千等,金属学基础,冶金工业出版社,1986Elements of Materials Science and Engineering, Van Vlack.L.H.5h ed，Addison-Wwsley Publishing Co，1985巴斯特CS，陶琨等译，金属的结构，机械工业出版社，1987汪复兴，金属物理，机械工业出版社，1980张孝文，固体材料结构基础，中国建筑工业出版社，1980Cahn RW，Haasen P.Amsterdam et，Physical Metallurgy,3rd ed，North-Ho-Land Publishing，1983

2.湖南大学材料科学基础 篇二

一、领导高度重视, 充实机构, 健全体制, 为做好心理健康教育工作提供了组织保障

一是学校调整和充实了校心理健康领导小组, 由现任校党委常务副书记为组长, 三位主管校党委副书记、副校长为副组长, 校学工部、心理健康咨询中心、教务、人事、财务、保卫、校医院、研工部、后勤和相关业务院系负责人为成员。校心理健康领导小组全面负责协调全校的心理健康教育工作。。二是学校成立了新的郑州大学心理健康教育中心。中心作为正处级机构, 归口学工部, 学工部部长任中心主任, 配备了专职人员。三是学校加强了院系心理健康教育工作的领导。各院系成立了以主管院领导负责的心理健康领导小组, 有专职辅导员负责落实心理健康教育工作, 各院系所有班级设有心理健康宣传员, 宿舍长负责心理健康教育信息收集上报任务。通过调整和充实, 学校进一步加强了组织领导, 完善了组织机构, 健全了工作网络, 明确了各级部门的任务和职责。

二、依托专业优势, 充实队伍, 调整结构, 为高水平、高质量的心理健康教育与咨询工作提供了智力支持

学校心理健康教育中心以教育系心理学专业为依托, 以心理咨询和心理健康素质教育课程为平台, 不断增强心理健康教育和咨询工作的师资队伍力量, 优化师资队伍结构。目前, 学校心理健康教育中心共有专兼职心理咨询老师20人, 均具有心理学、教育学、医学学历背景, 其中博士8人、硕士9人、本科3人, 职称结构为教授6人、副教授7人、讲师7人。

学校高度重视心理健康教育和咨询教师队伍建设, 从2006年起就实行了心理咨询按照课时工作量计算的制度, 教务部门每年平均投入专兼职教师心理咨询工作量4000课时。学校不断加大心理健康教育培训工作力度, 把心理健康教育的内容与方法列入辅导员技能培训计划, 并吸收那些具有较高心理学知识的辅导员到心理健康教育的兼职队伍中来, 扩充心理健康教育工作的力量。

目前, 学校心理咨询教师分别开设了《大学生情绪心理学》《生涯设计与团体辅导》等8门选修课程, 选修学生共计11800人次。

三、完善规章制度, 严格管理, 标准化建设, 确保心理健康教育工作的科学化、规范化

学校心理健康教育中心十分注重试点单位创建的科学化和规范化, 近期对中心的工作范围、中心主任工作职责、中心咨询老师年度工作任务、兼职咨询老师年度工作任务等进行了调整和明确, 并将任务职责张贴上墙, 起到示范、监督作用。心理健康教育中心还制定了《心理咨询工作者职业道德规范》《咨询员守则》《来访者须知》等规章制度, 对来访者的预约、访谈、回访和保密制度也有明确规定, 确保心理咨询工作科学规范进行。

为方便各校区学生就近咨询, 学校心理健康教育中心在新校区及3个老校区共设有6个心理咨询点, 并且在新校区和研究生心理工作坊设有心理咨询室、团体辅导室等, 中心总面积达515平方米。学校心理健康教育中心对各个咨询点及院系心理咨询室进行统一、规范管理, 所有专兼职教师都分配有固定的咨询室和值班时间, 确保每个工作日均可接待学生咨询服务。

四、加强宣传教育, 创新载体, 社团参与, 增强心理健康教育工作的生动性、参与性

近年, 学校心理健康教育中心充分利用广播、校刊、橱窗、宣传板和校园网络等媒介, 积极开展心理健康知识的普及、宣传、教育工作, 营造了良好的心理健康教育氛围。目前, 学校已经连续10年举办了不同主题的心理健康教育宣传月活动, 现场师生心理交流和每周一次的心理主题讲座深受学生欢迎。

学校心理健康教育中心还积极支持和指导学生心理协会工作, 帮助协会制订工作计划, 为协会提供活动场地, 参与协会的心理沙龙、朋辈心理咨询训练、团体心理咨询等活动。

五、加强危机干预, 健全体系, 注重培训, 为危机事件的有效处置提供保障

学校心理健康教育中心不断加强心理危机干预体系建设, 把危机早期发现并实施有效的干预作为处置心理危机事件的关键来抓。中心利用学校高素质的辅导员队伍, 通过新生心理普查约谈, 对有严重心理问题、心理疾病和危机倾向的学生实行定期跟踪、动态管理。中心与学校第一附属医院精神科建立联系, 对于有严重精神障碍的学生及时实行转介制度。中心加强对危机干预的体系建设, 设计的《心理危机干预流程图》在我省及全国部分高校推广应用。

学校心理健康教育中心注重加强对危机干预队伍的专项培训, 在每年9月份会安排心理咨询教师对全校新入职的辅导员、班主任进行至少4个学时的心理咨询技术与应用等心理健康教育专题培训, 同时对后勤和宿舍管理人员开展如何关爱学生等心理学常识的培训。

六、重视硬件建设, 设立专项, 加大投入, 为开展心理健康教育工作提供坚实支撑

学校为心理咨询中心配备了必要的办公设备, 购买了专业的心理测试和统计分析软件, 建设了心理学图书馆、沙盘室、心理放松室、心理宣泄室等, 能够完全满足心理咨询工作的需要。学校心理健康教育与咨询工作的专项经费单独列支, 实现了逐年增加, 2014年按每年生均10元的标准纳入学校年度预算。2013年, 学校投入了500万元建设心理实验室, 购置了脑成像、眼动仪心理研究仪器, 建立了行为观察室, 为心理健康教育和咨询工作的进一步提升与科学发展提供了良好条件。2014年, 学校专门设立了大学生心理健康教育专项经费, 总额达280余万元, 主要用于心理健康教育师资培训、宣传教育、中心心理咨询室建设、院系心理咨询室建设和大学生心理健康素质拓展训练基地的建设, 将有力保障心理健康教育和咨询工作的开展。

3.湖南大学材料科学基础 篇三

关键词： 材料科学基础    教学思考    教学改革

《材料科学基础》是我校材料类专业学生必修的专业基础课，课程内容涉及物理、化学、热力学、金属学及陶瓷学等多个相关学科，其特点可用“三多”概括，即叙述性原理、规律多; 需要记忆的概念、术语多;课程内容头绪多[1]。学生普遍反映该课程有“三难”，难记忆，难理解，难以灵活运用，存在担忧与抵触心理，缺课现象时有发生。因此，针对本课程教学内容、教学方法和教学手段进行改革探索和实践，对激发学生学习热情，增强课程教学效果，为后续课程打下坚实基础具有十分重要的意义。

1.优化、精简教学内容

结合专业培养目标，我们选择上海交通大学石德柯主编的《材料科学基础》作为教材，该教材编排新颖，论述清晰，利于学生自学。但该教材将金属材料无机、非金属材料及高分子材料的部分基础理论结合在一起，是典型的以“大材料”专业为背景的教材，知识信息量较大，如果不顾及实际情况，在专业学时本就不多的情况下，一味贪图大而全，就会导致教师难以讲授透彻，学生学习倍感吃力。因此，课程教学中，我们不求大而全，合理优化和精简授课内容，适当降低课程难度与深度。如在晶体结构章节里，只介绍与后续晶体缺陷和材料形变紧密相关的内容，而舍去晶体的对称性，极射投影和倒易点阵等相对较抽象的内容，该部分内容可在后续晶体学基础课程中讲述。二元相图章节里，只介绍三种典型的二元匀晶、共晶和包晶相图及合金凝固过程，并用以分析铁-碳相图，而舍去与凝固有关的动力学理论部分，这些内容可以开设专门的材料热力学与动力学课程讲授。再如该教材在三元相图部分的内容较为繁多。对此，我们根据培养目标和定位在讲授范围方面做了一定的取舍。最终，课堂主要讲授内容包括：三元相图基础、三元匀晶相图、三元共晶相图（固相完全不互溶，固相有限互溶）和三元相图小结（包括三类四相平面的形状、四个平衡相成分点的位置、四相平面上下的相区分布特点、液相线走向特征等）。

2. 合理引入最新科研成果

在材料科学基础课程教学过程中，紧跟时代步伐，引入最新相关领域的科研成果。抓住“90后”学生喜欢新鲜事物的猎奇心理，学生觉得所学知识非常新鲜和超前，从而提高学习兴趣，这样学生不仅能及时了解本学科的前沿动态，对传统知识的理解亦会更深刻，利用这种教学方法能够获得良好的教学效果。比如，在讲授柯肯达尔效应前，先介绍一个利用柯肯达尔效应制备空心纳米材料的实例[2]。首先用气-液-固法制备ZnO纳米线，实心的，再沉积一层AlO，形成ZnO-AlO核壳纳米线。将核壳结构的纳米线在700℃下退火3小时，接着来是见证奇迹的时刻，实心的纳米线变成了空心的ZnAlO纳米管，这样，学生的好奇心就被调动起来，接下来讲解柯肯达尔的实验及相关概念。又如弥散强化是一种典型的第二相粒子强化方式，但本身概念较抽象，学生在这里容易分神，因此，在讲弥散强化概念前，先介绍一篇nature关于制备低密度钢材的工作[3]，这种低密度钢材具有比昂贵的钛合金更好的强度和韧性，讲解过程中，穿插介绍nature期刊，激发学生的兴趣，然后转入说明弥散强化在其中的作用，学生自然而然领会弥散强化的概念。另外，还可以尝试将教师自身科研成果融入课堂教学，如用于农药废水处理的光催化材料，新型高分子材料农用地膜等知识，都可以增强教学时效性，使学生感觉学有所用，并加强理论知识与生产实际的联系，达到很好的教学效果。

3.实现多媒体和板书的有机结合

随着社会不断进步，多媒体教学在大学课堂教学中已经非常普及。多媒体教学有很多优点，能创造出有声有色、图文并茂的教学环境，把抽象的事物直观化，把复杂的问题简单化，为教师教学顺利实施提供形象的表达工具，从而激发学生的学习兴趣[4]。但是，有时过度依赖多媒体教学反而导致教学效果降低，这是由多媒体教学的本质决定的，如不利于教学进度控制，不利于教师与学生的情感交流，学生多不记笔记，导致思维涣散，跟不上老师的思维节奏[5]。

因此，课堂教学中必须使用恰当的教学方式，利用板书和多媒体课件相结合的方式授课。将一些不宜使用板书的教学内容用多媒体课件呈现，如晶体缺陷章节里，位错运动的概念涉及抽象的晶体内部微观内容，学生理解起来非常困难，这里适当运用动画演示，可以有效帮助学生理解。又如在三元相图章节里，对于固态有限互溶的三元共晶相图，因其空间结构比较复杂，学生通常难于理解，而空间结构是学生进一步理解并分析投影图的基础。所以，合理运用多媒体将三元相图拆分、旋转、重组，直观表现出内部各个相区的位置和形态，帮助学生理解三元相图的空间结构，避免教师讲不清，学生听得一头雾水的尴尬。对于一些具有推导性、连贯性的知识点，以及学生应重点掌握的知识点则使用板书形式着重强调。如讲述二元共晶相图的平衡凝固及组织时，采取板书的方式逐步罗列不同温度区间合金的凝固过程，并推导相组成物，组织组成物含量的计算方法，给予学生充分的理解时间，体现教与学的互动性。再如位错反应是位错一节需要重点掌握的知识点，历年都有部分学生在判断位错反应时出现错误，这里，我们采取板书方式，以实际习题演算跟学生重点强调判断位错反应应该从几何条件和能量条件两个角度进行判断，二者缺一不可，加深学生印象，取得较好的教学效果。

总体来说，要想实现教学过程中多媒体与板书的完美结合，教师必须在教学前充分分析和准备，精心组织每堂课的知识点，设计提纲挈领的教案，编制独具优势的课件，从而达到板书与多媒体教学 的完美结合，保证教学按照预期顺利进行。

参考文献：

[1]王卷刚.基于材料化学专业材料科学基础课程研究与实践[J].焦作大学学报，2011，2：86.

[2] FAN，H.Monocrystalline spinel nanotube fabrication based on the Kirkendall effect[J].Nature，2006，5：627.

[3]Kim，S.Brittle intermetallic compound makes ultrastrong low-density steel with large ductility[J].Nature，2015，518：77.

[4]張敬尧.传统与多媒体教学在材料科学基础课程中的和谐统一[J].科教文汇，2011，10：54.

[5]贾淑果.材料科学基础多媒体教学探讨[J].中国现代教育装备，2010，5：87.

4.湖南大学材料科学基础 篇四

一、选择题

就记着几道了：

1、在大塑性变形条件下，金属中可能产生（）

A、大量空位B、不记得了C、位错缠结D、位错网络

2、计算位错间距（之前真题考过的原题）

3、下列哪一种相变中成分不变而结构改变（）

A、块状转变B、珠光体转变C、魏氏组织转变D、渗碳体析出

二、综合题

1、在面心立方中有一汤普森四面体如图所示，（1）标出各晶面指数；

（2）标出各晶向指数；

（3）一位错位错线为BC，柏氏矢量为AD方向，问该位错能否滑移？

（4）写出ADC面上柏氏矢量为CD的位错分解的位错反应，并从几何条件和能量条件判

断是否可行；

（5）写出ABC面上可能的滑移系，若拉伸轴为

【100】方向，试问哪个滑移系先开动。

2、已知Mg2+的半径（具体数字）和O2-的半径（具体数字），求MgO晶体的密度和致密度。

3、在奥氏体和马氏体中有如下对应关系：

K-S关系：

K-W关系：

请证明从K-S关系绕【111】轴旋转5°得到K-W关系。

4、给出Fe-N相图，使分析在某一温度下（具体温度给出）渗氮材料的内部组织，并说明为什么没有两相区存在。

5、给出一三元相图，（是三元共晶相图）写出计算式即可。

（1）写出图中四相反应的名称和反应式；

（2）画出图中O点和O’点的平衡冷却曲线并写出室温组织；

（3）用作图法计算O点室温相组成物的相对量；

（4）用作图法计算O’点在略高于四相平衡反应时相组成物的相对量。

5.湖南大学材料科学基础 篇五

1.系统定义：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。(1)包含若干部分(2)各个部分之间存在某种联系(3)具有特定的功能。

控制对象：泛指任何被控物体（不含控制器）。

控制：使某个控制对象中一个或多个输出量随着时间的推移按照某种预期的方式进行变化。实现：靠控制系统去完成。

开环系统：不存在稳定性问题，控制精度无法保证。

闭环系统：可实现高精度控制，但稳定性是系统设计的一个主要问题。

2.实现闭环控制的三个步骤一是对被控量(即实际轧出厚度或压下位置)的正确测量与及时报告；二是将实际测量的被控量与希望保持的给定值进行比较、PID计算和控制方向的判断；三是根据比较计算的结果，发出执行控制的命令，使被控量恢复到所希望保持的数值上。

闭环控制系统的基本组成和要求

（1）被控对象

（2）被控量（3）干扰量(或叫扰动量)

（4）自动检测装置(或叫自动检测环节)（5）给定量(或叫给定值)

（6）比较环节

（7）调节器

（8）执行控制器

古典控制策略主要包括：PID控制、Smith控制和解耦控制。

古典控制策略的应用要满足下面几个条件：

(1)系统应为线性定常系统；(2)系统的数学模型应比较精确；(3)系统的运行环境应比较稳定。PID算法的特点

PID算法综合了系统动态过程中的过去、现在以及将来的信息

PID算法适应性好，有较强的鲁棒性

PID算法有一套完整的参数设计与整定方法 PID控制能获得较高的性价比

对PID算法的缺陷进行了许多改良 形成具有实用价值的复合控制策略

PID控制的显著缺点是不适于

具有大时滞的被控系统(G(s)e-s)变参数及变结构的被控系统

系统复杂、环境复杂、控制性能要求高的场合

3.PID控制完全依靠偏差信号调节会带来很大调节延迟。对偏差信号进行比例、积分和微分调节运算称为PID控制，它可以提高控制品质。这是将偏差放大或通过微分给与短时间的强烈输出，加快启动，减少死区。积分是将偏差累积起来，进行调整，达到消除静差的目的。减少比例放大或增加对象变动的阻尼可以减少震荡幅度，但也降低系统响应频率。自适应控制

基本思想：在控制系统的闭环回路之外建立一个由参考模型和自适应机构组成的附加调节回路。系统用参考模型的输出代表系统的理想输出，当系统运行过程中发生参数或特性的变化时，输出与期望输出之间的误差进入自适应机构，由自适应机构进行运算后，制订出改变控制器参数的策略，或对控制对象产生等效的附加控制，使输出与期望输出趋于一致。变结构控制

变结构控制策略与其它控制策略的根本区别在于：控制器的结构是不固定的，可根据控制对象所处的状态改变。

神经网络控制的特点

(1)具有对大量信息的分布存贮能力和并行处理能力；

(2)具有对多种形式信息(如图像、语音、数字等)的处理和利用能力；(3)具有很强的处理非线性问题的能力；(4)具有对不确定问题的自适应和自学习能力。

神经网络控制应用方式基本分为两类：单神经元和神经网络。

4.自动控制自动控制是采用自动检测、信号调节（包括数字调节器、计算机）、电动执行等自动化装置，组成的闭环控制系统，它使各种被控变量（如流量、温度、张力、轧机辊缝和轧机转速等）保持在所要求的给定值上。过程自动化是指在生产过程中，由多个自动控制系统组合的复杂过程控制系统。

5.自动控制目的生产过程实现自动化的目的是：提高工序质量，用有限资源，制造持久耐用的精美产品；在人力不能胜任的复杂快速工作场合中实现自动操作；把人从繁重枯燥的体力劳动中解放出来；不轻易受人的情绪和技术水平的影响，稳定工序质量。实现自动化大批量生产，提供质量好、性能稳定、价格具有竞争力的产品，为企业生存发展提供更大的空间。6.现代钢铁生产过程的特点控制项目众多、调节速度快、参数之间相互耦合影响、控制结果综合性强。

7.轧制过程技术现状与自动化发展：轧钢生产日益连续化、轧制速度的不断提高、生产过程计算机控制、产品质量和精度高标准交货、操作者具有高度水平。

8.中国冶金自动化的发展在基础控制方面，以PLC，DCS，工业控制计算机为代表的计算机控制取代了常规模拟控制，在冶金企业全面普及。近年来发展起来的现场总线、工业以太网等技术逐步在冶金自动化系统中应用，分布控制系统结构替代集中控制成为主流。在控制算法上，重要回路控制一般采用PID算法，智能控制、先进控制在电炉电极升降控制、连铸结晶器液位控制，加热炉燃烧控制，轧机轧制力控制等方面有了初步应用，取得一定成果。在电气传动方面，用于节能的交流变频技术普遍采用；国产大功率交直流传动装置在轧线上得到成功应用。在过程控制方面，计算机过程控制系统普及率有较大幅度提高。

第三章 轧制控制计算机系统的数学模型

数学模型是计算机自动控制系统设定计算的工具。与先进工艺、精良设备、精心保养、严格原料等因素一道，成为轧制自动化控制系统的基础。其合理与否、对生产过程产量的高低、产品质量的优劣和生产事故的多少等均有重要的影响。轧制数学模型的基本特点

1.生产过程由多个环节组成，初始环节偏差影响后续环节

2.由于轧制过程表面摩擦、前后张力随机变化，模型参数不可能跟踪变化，这样即便静态模型准确，使用也不很准确。

3.随着通讯、微电子、自动化等高新技术不断发展，以及高新技术进一步应用于冶金工业去创造新工艺、开发新产品，计算机技术支持下的建模和模拟都是经常使用的有效手段。数学模型的分类

1)确定性模型和随机性模型 2)静态模型和动态模型，3)线性模型和非线性模型 4)耦合模型

5）离散模型和连续模型，模型的自学习也叫作模型的自适应修正。进行模型自学习的目的是为了消除和减弱一些变化或干扰因素造成的模型误差，保持和提高数学模型的计算精度。

1.BP网络：其基本思想是，学习过程由信号的正向传播与误差的反向传播两个过程组成。正向传播时，输入样本从输入层传入，经隐层逐层处理后传向输出层。若输出层的实际输出与期望输出（教师信号）不符，则转向误差的反向传播阶段。误差的反向传播是将输出误差以某种形式通过隐层向输入层逐层反传，并将误差分摊给各层的所有单元，从而获得各层单元的误差信号，此误差信号即作为修正各单元权值的依据。这种信号正向传播与误差反向传播的各层权值调整过程是周而复始地进行。权值不断调整的过程，也就是网络的学习训练过程。此过程一直进行到网络输出的误差减少到可以接受的程度，或进行到预先设定的学习次数为止。

BP神经网络包含输入层、输出层和一个隐层

2.为什么要预测轧制压力和变形抗力：热轧轧制压力的预报计算计算是个老问题。在热轧生产中，如何准确地预测在具体生产条件下的轧制压力重要，如果轧制压力太大，会导致轧辊的断裂甚至电机的烧毁；如果轧制压力太小，会导致轧制能力的浪费。通过准确地预报轧制力可使工厂的技术人员确定合适的轧制工艺。金属塑性变形抗力是表征钢材压力加工性能的一个基本量，正确确定不同变形条件下金属的变形抗力，是制定合理的轧制工艺规程的必要条件。

3.自学习的流程1)采集实际数据(1)同时数据。在同一时刻采集所有机架的有关数据(2)同点数据。在轧件同一点上采集所有机架的有关数据2)检查实际测量数据检查各种实测数据的合理性，对实际数据进行极限值检查，判断设定值与实际值的偏差是否超过了给定的限制值。如果数据异常时，就输出报警，对本块钢不再进行数学模型的自学习，以避免由于测量数据的异常而造成的错误自学习。主要检查的数据有：PDI数据、带坯的厚度、宽度、温度、精轧温度、轧制力、轧制功率、轧机速度、电流、电压等3)计算实际测量数据的平均值采用如下算法对实际数据计算平均值即去掉一个最大值，去掉一个最小值，然后取其平均值。4)更新自学习系数首先计算各个自学习项目的“瞬时值”，然后进行指数平滑法的修正，最后更新自学习系数。即把新的自学习系数存储到学习文件中，供下次轧制时使用。

4常用数学模型：初等模型、简单的优化模型、数学规划模型、微分方程模型、差分方程模型、统计回归模型。

第四章 轧制过程计算机控制系统

轧制过程计算机控制的发展

（1）系统结构逐步分散化（2）控制功能不断完善(3)控制范围不断扩大(4)控制速度不断提高 工业控制计算机特点

(1)可靠性高

(2)有开放式的总线结构(3)软件采用组态软件(4)采用专用键盘和面板 PLC的主要模块 1）CPU模块

2）信号模块

3）特殊功能模块

4）接口模块

5）电源模块

6）编程设备

L0级也称数字传动级，它包括各种DDC/PLC控制的执行设备，这些执行设备本身成为各自独立又有通讯的闭环自动控制系统，可以对调节器进行比例、积分、微分等各种算法设置

L1级是SCC操作过程控制级，主要是在程序控制下，进行轧制过程如AGC/AFC等具体控制，即所有相关设备工作的状态控制。人工操作也可进行干预。

L2 级称为模型控制级（Pattern Integraded Calculation)，主要按照产品要求和原料情况，制定压下规程，并按照各工艺环节的数学模型进行预报运算，包括各架辊缝、转速设定，厚度AGC、板形AFC等计算比较。同时接受L1级控制的结果，进行轧件跟踪、滤波辨识、自学习修正模型系数，特别是控制轧制节奏。

L3级（Procdut Control System）生产控制级，它主要进行全系统生产的计划和调度，安排L2级和L1级进行工作。这一级又可以按企业的规模和管理范围的大小，分成几级，例如分成车间管理、工厂管理和公司管理级。PCS级的计算机都是通讯能力强大的通用计算机，要求数据处理和内外存的容量大。L3级还完成资源调度，质量控制，材料设计、合同跟踪等相应功能，以实现整个热轧生产线的生产控制、调度与管理。

L4级是公司管理级，主要完成合同跟踪、成本核算、生产计划编制、各生产部门协调安排，作业计划的下发（L3 级），跟踪生产情况和质量情况等。

第五章 连续铸钢生产过程控制

1.实现连铸生产过程自动化的意义:(1)提高产品的质量(2)提高生产率(3)减少人为干扰因素(4)实现现代化管理(5)改善工作环境、降低劳动强度。

2.连铸机的主要装置:(1)结晶器：钢水→铸坯外壳(2)结晶器振动装置：防止坯壳与结晶器粘结，改善铸坯表面质量(3)二次冷却装置：铸坯加速凝固(4)拉坯矫直装置：克服结晶器与二冷区的阻力，拉出铸坯；调节拉速；保证铸坯质量。

3.连续铸钢检测技术：(1)钢包钢水温度检测(2)浸入式水口混入钢渣检测(3)无氧化浇注的微气量检测(4)结晶器钢水液面检测(5)坯壳与结晶器壁间摩擦力检(6)铸坯拉漏检测(7)铸坯短边凹度检测(8)铸坯凝固外壳厚度检测(9)铸坯表面缺陷检测（10）拉矫辊检测。4.连续铸钢自动控制：(1)钢包钢水脱氧自动控制(2)保护渣自动加入控制(3)结晶器锥度及宽度自动控制(4)全自动浇注系统①中间罐液位控制②结晶器液位控制③拉速控制(5)火焰切割毛刺自动清理系(6)自动打印装置（7）钢坯搬运吊车的自动化。

5.二次冷却水控制：在二次冷却过程中，最好能使铸定，尽量减小铸坯表面的热应二次冷却区的冷却水量分布铸坯、断面、拉速等因素确定。（1）通过常规仪表对冷却水进行调

节，水流量的设定值由操作人员按经验确定。（2）根据工艺要求，按不同钢种、断面、拉速等，计算出所需要的冷却水量及分布，编制成计算机软件，在浇注时，由人工确定。（3）按照二次冷却水的数学模型或冷却水预定曲线，得到设定的流量值及气水的比值，由计算机进行自动控制。

5.连铸生产过程计算机控制系目的：（1）提高生产效率（2）提高钢水收得率（3）提高产品质量（4）改善工作条。

第六章 连续加热炉的自动控制

空气过剩率μ  μ值应按下式计算：

 At—入炉空气量

 Ar—燃烧中实际空气用量

μAtAr1.双交叉限幅燃烧控制方式：（1）是一种低氧燃烧控制系统，将空气过剩率μ控制在低空气过剩率区域内。通过这种控制系统可提高热效率，减少炉内废气中的有害成分，如NOx、SOx等。（2）系统在串级控制的基础上，增加了交叉限幅控制方式。炉温调节与燃料及空气流量调节构成串级控制系统。（3）在燃料流量控制回路中，温度调节器输出与空气流量实测值(赋予负偏置a3 后)一同送入高选器HS(选择特性为高值通过)；高选器输出值再与空气流量实测值(赋予正偏置a1 后)一同送入低选器LS(选择特性为低值通过)。低选器输出值即为燃料流量调节器的设定值。（4）类似地，在空气流量控制回路中，温度调节器输出与燃料流量实测值(赋予正偏置a2 后)一同送入低选器LS；低选器输出值再与燃料流量实测值(赋予负偏置a4 后)一同送入高选器HS。高选器输出值即为空气流量调节器的设定值。（4）上述a1，a2，a3，a4 的值均很小，一般取为燃料流量实测值和空气流量实测值的1-3%且a2 = a3 > a1 = a4。双交叉限幅燃烧控制系统不仅能在热负荷恒定的工况下保持适当的空燃比，而且在热负荷变化的工况下，仍能保持适当的空燃比，不会因空气不足产生黑烟现象，也不会因空气过量产生过氧燃烧现象。

2.炉膛压力控制模型：炉膛压力:反映炉膛内气体充满程度。炉膛压力控制：影响炉温、燃料消耗及加热炉设备的寿命。控制目标：控制均热段炉膛压力等于微正压。对于带有余热锅炉的加热炉，可通过调节引风机的抽力实现炉膛压力控制；对于没有余热锅炉的加热炉，则可通过调节烟道翻板的开度实现炉膛压力控制。

3连续式加热炉生产过程自动控制：连续式加热炉：热轧生产线的重要设备之一。作用：加热钢坯，使其达到热轧所需温度。工艺过程：连续地经过预热段、加热段和均热段的加热和保温，最后出炉。加热要求：钢坯内外温度均匀，不能产生过热或过烧现象。控制目的：炉内各段温度分布均匀、调整方便；提高燃烧效率，尽可能减小环境污染。

4.加热炉炉温控制原理：在加热炉的上部和下部各有若干个加热区段，各加热区段配置有烧咀，燃料由调节阀门经烧咀进入炉内进行燃烧；每个加热区段设有热电偶，用于测量炉内温度，温度实测值作为反馈信号；各加热区段的预期温度通过温度设定值进行设定及调节；对于采用集散控制系统进行控制的加热炉，温度设定及调节可以通过上位机进行，也可以通过各个加热区段的控制仪表进行；在加热炉中，每个加热区段的控制是类似的，以下为简便起见，均以一个加热区段为例介绍其控制原理。

第七章高速线材的自动控制

1.斯太尔摩冷却线：美国摩根公司的斯太尔摩控制冷却法目前已成为应用最普通、发展最成熟、使用最稳妥可靠的一种控制冷却法。这种冷却法的工艺布置特点是使热轧后的线材经两种不同的冷却介质进行两次冷却(即一次水冷, 二次风冷)。重点是在风冷段实现均匀地控制线材的冷却速度, 形成产品的最终金相组织与用户需求的物理性能。

2.高速自动控制系统的功能：1)人－机通讯系统2)速度设定3)微张力控制4)自动活套控制：为了保证产品尺寸精度，在中轧机组与预精轧机组之间、预精轧机组与精轧机组之间以及预精轧机各机架之间设有水平活套或垂直活套，通过控制活套高度来实现无张力轧制。每个活套处设一个活套高度检测器，用于检测实际的活套高度，并与活套高度设定值进行比较，当实际活套高度大于设定值时，上游（或下游）轧机全部降速（或升速）；当实际活套高度小于设定值时，上游各轧机升速（或减速），直到活套高度回到设定范围内为止。为了防止轧件甩尾产生事故，轧件尾部到达活套之前时，活套前轧机降速，使活套高度降低；5)速度级控制6)手动机架间控制7)低速运行8)点动爬行9)轧机起/停控制10)粗、中轧机准确停车控制11)轧件跟踪和事故处理12)飞剪剪切控制13)其它控制14)生产报告

第八章板带材生产过程厚度自动控制

1.带钢热连轧的三种基本形式：半连续式、四分之三连续式、全连续式。粗轧区的控制对象：(1)粗轧机组各设备的设定项目：R1、R3和R4的压下位置和轧制速度；R2的轧制道次及其各道次的压下位置和轧制速度。(2)带坯宽度的控制。精轧区域的控制对象：(1)精轧区域各设备的设定：各机架轧制压力和压下位置设定；张力的设定。(2)精轧厚度自动控制：厚度自动控制方式的选择；各种厚度自动控制系统中的工艺参数的计算和设定。(3)精轧温度自动控制。

2.板带钢厚度波动的原因：（1）辊缝变化的影响：进行轧制时，因轧机部件的热膨胀、轧辊的磨损和轧辊偏心等原因会使辊缝发生变化，从而影响轧件出口厚度变化（2）温度变化的影响:温度变化对轧件厚度波动的影响，实质就是温度差对轧件厚度波动的影响，温度波动主要是通过对金属变形抗力和摩擦系数的影响而引起厚度差。(3)轧辊速度变化的影响:主要是通过改变摩擦系数、变形抗力、轴承油漠厚度来改变轧制压力和压下量而起作用。(4)张力变化的影响:张力是通过影响应力状态，改变金属变形抗力，从而引起厚度发生变化。张力过大时，不仅会影响厚度，甚至会引起宽度的改变，热连轧过程中一般采用微套量恒定小张力轧制，冷轧时采用较大张力进行轧制。（5）来料厚度的影响：主要通过改变轧制力影响辊缝，导致出口厚度变化。3.厚度自动控制：是通过测厚仪或传感器对带钢实际轧出厚度连续地进行测量，并根据实值与给定值相比较后的偏差信号，借助于控制回路和装置或计算机的功能程序，改变压下位置、张力或轧制速度，把厚度控制在允许偏差范围内,实现厚度自动控制的系统称为“AGC”。

厚度自动控制系统的组成厚度的检测部分

厚度自动控制装置

执行机构

第九章 连轧张力及活套控制

1.张力：轧制过程中，由于轧件长度方向上存在速度差导致不同部位的金属发生相对位移而产生。前张力：与轧制方向一致的张力。后张力：与轧制方向相反的张力。

2.张力的作用：防止轧件跑偏、使带钢的板形平直、降低变形抗力和变形功、适当调节主电机的负荷、适当调节带钢厚度。

3.直接法控制张力一般采用两种方法：(1)张力计实测张力，与张力设定值比较后，通过调整机架间的速度，保持张力恒定。(2)采用活套高度自动控制，保持张力恒定。

间接保持张力恒定可采用两种方法：(1)保持Ia = c.且Φ/D =c.(2)Ia正比于D /Φ而变化

4.活套高度自动控制系统原理：设定活套高度目标值，通过调整机架间的速度来控制活套高度，从而保持张力恒定。

第十章

1.板型：用于描述成品带钢的翘曲程度.主要指标：横向：成品带钢的断面形状（凸度、楔形等）纵向：成品带钢的平直度等。成因：轧制期间板带材纵横变形不均匀。板带钢质量指标：纵横向凸度、高点、翘曲、边部局部减薄。

2.板形的数量表示方法：(1)凸度：绝对凸度CR：为带钢宽度方向中点与两侧左右标志点厚度平均值之差。(2)楔形：左右标志点厚度之差(3)边部减薄(4)中浪：带钢中部的压下率大于边部(5)边浪：带钢边部的压下率大于中部。3.表示板形最常用的四种方法：用相对波峰值表示、用松弛系数表示、用张力差表示、用板形参数表示。

板形参数：αHδ/h-1当α时，为板形良好的条件；当α时，带钢必将出现中部浪形；当α时，带钢必将出现边部浪形。板形闭环反馈控制：控制目的：消除实测板形与设定板形的偏差。系统工作原理：以板形仪实测板形信号为反馈信号；计算实测板形与设定板形的偏差；分析消除偏差所需的板形控制手段及计算对应的调节量；对轧机的各种板形控制机构发出控制信号驱动板形控制机构。6.有载辊缝形状由下列因素决定：工作辊的原始辊型ΔDW0工作辊的热辊型ΔDWT工作辊的磨损凸度ΔDWM工作辊的弯曲挠度fWb工作辊的压扁变形FWb ，带钢横向厚度差与诸多因素有关：

8.板形控制的主要手段有：控制工作辊弯曲(控制J1)控制支撑辊弯曲(控制J2)控制工作辊热凸度(控制ΔDW)9.轧制压力P变化对板形的影响：轧制压力的变化，将导致板形发生变化因此，从板形控制的角度看，进行厚度控制时引起的轧制压力波动，也是对成品带钢凸度的扰动量，需在生产过程中加以排除。

10.当原料凸度Δ变化，压下量不变时，板形将发生变化。要保持板形良好，压下量应进行相应的改变Δ↑，H-h↑因此，原料凸度的波动，是影响成品带钢凸度的扰动量，在生产过程中对原料凸度的波动应进行约束。

11.板型控制方式：（1）人工板型控制：按经验合理分配各道次的压下率和凸度（2）液压弯辊装置：通过液压系统对工作辊或支承辊端部施加一可变的弯曲力，使轧辊在线有限弯曲来控制轧辊凸度以矫正带钢的板形。正弯工作辊、负弯工作辊、正弯支承辊（3）HC（High Crown）辊：在工作辊与支撑辊间加上了中间辊，通过中间辊的抽动来改变与工作辊的接触长度及改变辊系的弯曲刚度（4）PC（Pair Cross）辊：上下工作辊轴线有一个交叉角，将形成一个相当于有辊型的辊缝形状（5）CVC系统（Continuously Variable Crown）瓶状辊型的工作辊在相对向里或向外抽动时，使空载辊缝形状发生变化。

PP1oA:Pkm(hS0)B:P(h)h1S0HhS

实际轧出厚度随辊缝而变化的规律

图10.2 弹塑性曲线叠加的

6.湖南大学材料科学基础 篇六

A．客体论 ． B．价值论 C．方法论 D．主体论 2．精神分析理论是由奥地利精神病学家()首创的，对整个心理学带来了很大冲击。

A．冯特 B．弗洛伊德 C．格式塔 D．华生 3．教材所介绍的调查方法中，哪一种具体方法是与政治选举的预测一起发展起来的？()A．完全参与观察 B．半参与观察 C．非参与观察 D．抽样调查 4．创立了学年制和班级授课制的是捷克斯洛伐克民主主义思想家、教育家()。

A．夸美纽斯 B．培根 C．昆体良 D．赫尔巴特 5.()是介于经济学和教育学之间的，研究教育与经济的相互关系，并着重对教育进行经济分析的交叉学科。

A．教育政治学 B．教育心理学 C．教育经济学 D．比较教育学 6．下列学科中没有明显阶级倾向的是()。

A．政治学、历史学 B．法学、新闻传播学 C．伦理学、人类学 D．语言学、考古学 7．发动了早期有组织的全球问题研究活动并陆续发表《增长的极限》、《回答未来的挑战——学无止境》等一系列著名的研究报告的学术团体是()。

A．罗马俱乐部 B．斯坦福国际问题研究所 C．兰德公司 D．赫德森研究所 8.20世纪中国人文社会科学发展走过了曲折的道路，显示了前所未有的活力和希望的时期是()。

A．“五四”新文化运动前后 B．20年代 C．50年代 D．80年代之后 9．据有关资料分析，1978年以后当代中国人文社会科学研究成果最为突出的学科是()。

A．经济学 B．管理学 C．历史学 D．政治学 10.“兴于诗，立于礼，成于乐”的教育观点出于()。

A.孔子 ． B．老子 C．韩非子 D．庄子 二、名词解释【每小题5分，共20分）11.人文社会科学：就是以人的社会存在为研究对象，以揭示人的本质和人类社会规律为目的的科学。它是互相交叉联结的人文科学和社会科学的总称，是与广义的自然科学相关联又相对应的一大科学部类。

12.语言与言语：索绪尔提出区分语言和言语：语言是语言符号相互关联的系统，言语则是实际话语。前者是社会的、主要的，后者是个人的、从属的。

13.接受美学：是从接受主体（欣赏者）的反应和接受方面去研究文艺，把欣赏者的理解着作作品的构成因素的一种文艺学——美学思潮。

14．终身教育论：所要回答的基本问题是：教育如何适应迅速变化的社会，如何适应人的终身发展需求。它的主要内容有全程教育、全域教育、全民教育和全面教育四个方面。

三、简答题（每小题15分，共30分）15.20世纪历史学研究模式有哪些变革？ 答：(1)“欧洲中心论”或“欧美中心论”失去其统治地位；

(4分)(2)传统的“政治史”模式被打破；

(4分)(3)现代历史学研究的主体性的张扬；

(4分)(4)历史学研究方法和技术手段的更新。（3分）16.20世纪下半叶现代心理学的三股新潮是什么？ 答：一是在认识理论领域中，认知心理学取得重要进展；

（5分）二是在人格理论领域中，人本主义心理学的崛起；

（5分）三是在情绪理论领域中，情绪心理学提出了新的假说。（5分）四、论述题（本题目要求理论与实际相结合，但答案不求一致，尤其鼓励具有创新意识的分析和体会。共30分）17.以文理综合为导向的教育教学改革是当今教育领域的重要潮流之一。请你结合实际，说说这场改革与人文社会科学综合发展、人文社会科学与自然科学综合发展趋势的关系。

答：(1)教育是文化事业的组成部分，教育观念和教育实践深受科学文化思潮发展的直接影响。人类科学的发展，总是沿着较低水平的综合向较为精细的分化，再由分化向较高水平的综合螺旋式路线前进。有分化才有综合，有较高水平的综合才有较高水平的分化。20世纪下半叶，综合发展逐步成为人文社会科学和自然科学界的自觉追求。“打破学科孤立发展的围城”、“不要让一个专业的人在一张桌子上吃饭”、“理论的力量在于综合，在于协同运用”的呼声日益强烈；

研究骨干通才化；

研究人员群体化：出现了文一文沟通，理一理沟通，文一理沟通，共同创造一个综合性的大科学体系的现实可能性。当前的世界和中国，从小学到大学，都在改革教学内容和课程体系；

这场改革的重要指导思想之一，就是强调文理综合。这正是当代人文社会科学乃至大科学综合发展的理论和实践的产物。（11分）(2)教育观念和科学文化思潮，说到底，都是社会实践需求和时代精神的反映。文理综合的教育观念和倡导综合发展的科学文化思潮，同样反映了20世纪下半叶新的社会实践的需求，体现了新的时代精神。所谓新的社会实践的需求，就是信息社会、知识经济对人的知识能力结构的需求；

所谓新的时代精神的召唤，就是提高人的整体素质的召唤。新的世纪，要求人类走出自然科技“指数增 长”而人文精神失落的“半个人的时代”；

要求自然科学和人文社会科学结盟、交融；

7.湖南大学材料科学基础 篇七

关键词：材料科学基础,核心课程,教学质量,教学效果

材料是社会文明和科技进步的物质基础和先导, 材料科学和能源科学、信息科学一起被列为现代科学技术的三大支柱, 其发展水平更是成为一个国家综合国力的主要目标之一[1]。为了培养更多材料领域的人才, 国内自20世纪70年代开始, 在不同高校设置材料科学与工程一级学科并相应的开设了一系列材料相关的专业课程, 而在这些课程中《材料科学基础》的地位可以谓之为重中之重, 它立足于阐明材料制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律, 训练学生材料设计、材料性能和产品质量控制、材料开发与检测的基本能力, 在公共基础课和专业课程之间起着纽带的作用, 对构建材料科学与工程学科人才整体能力结构、知识结构及素质结构具有奠基性的作用[2,3]。

具体到笔者所在的安徽理工大学材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业, 《材料科学基础》在学生大二学年下学期开放, 是学生最先学习的一门专业课程, 它既是学生学习后续各门专业课程的保障, 也是学生以后从事材料相关生产和科学研究所必备的理论基础, 因而保证该门课程的教学质量意义非常重大。然而, 就笔者备、授课的经历来看, 该课程具有术语概念多、涉及知识面广及抽象枯燥等特点, 学生在学习过程中不易抓住重点, 且学习难度大, 学生不易产生足够的学习兴趣, 针对上述问题, 结合本院的具体情况, 笔者提出提高该课程教学效果的几点想法。

1 重视基础, 注重术语解读

针对无机非金属材料工程专业的特点, 笔者目前所使用的教材为武汉理工大学出版社出版, 由张联盟、黄学辉、宋晓岚主编的《材料科学基础》。该教材能较全面的覆盖一级学科的基本内容, 既阐述了金属、无机非金属、高分子等典型材料结构上的共性, 又突出了无机非金属材料的个性;既描述了热力学平衡状态下的问题, 又兼顾了非平衡条件下的材料结构的形成过程;既以材料制备、加工过程中的科学原理及共性规律为主, 又兼顾了材料服役中的环境行为效应, 做到了将科学与工程融为一体。但在教学时, 笔者发现学生在自己研读教材时会感觉到生涩难懂, 究其原因是由于很多涉及到材料类的专业术语教材没有详细的介绍, 而这些专业术语是学习材料科学的基础, 一旦一知半解、含混不清就会影响到对相关整个知识点的掌握, 而一个个小知识点的理解不清最终导致学生对整门课程的掌握不到位, 失去对课程的学习兴趣。例如在学习第二章的晶体结构时, 学生对晶面及晶界的概念理解不清, 为此笔者做了很生动的动画来解释, 单晶材料是由一个晶粒生长而成的, 因而它只具有一圈大大的晶界, 同时它的 (hkl) 晶面是唯一的平行族;而多晶材料是由多个晶粒生长而成的, 因而它的晶界包括各个小晶粒一圈圈的界, 同时每一个晶粒由于生长取向不同具有自己的 (hkl) 晶面, 因而多晶材料的 (hkl) 晶面是多个相互交叉的平面。结合笔者的绘图, 学生很快对这些基本概念有了很深的理解和认识, 因而在学习后续的结晶学指数、晶向与晶面关系等结晶学基本内容时非常顺利, 收到了不错的教学效果。

2 突出重点, 注重理论体系融会贯通

《材料科学基础》这门课程内容繁多, 在本院有限的72个学时里对每个章节均仔细讲解, 做到面面俱到是一项不可能完成的任务。因而, 需要对知识点进行梳理, 在有限的时间里突出重点, 同时将知识点串联起来, 让整个理论体系融为一体, 这样学生在学习完课程后也会倍感轻松, 受益匪浅。例如在学习晶体结构时, 考虑到金属结构模型主要为等径球体堆积模型, 而无机非金属材料的晶体结构主要为不等径球体堆积模型, 两者的知识点是相通的。因而在讲述时, 笔者着重以金属结构模型为例进行动画展示, 从立体结构的各个方向讲述, 如何堆垛, 并结合制作的球棍模型让学生充分理解最密排堆积及配位数这些基础概念, 学生对金属堆垛有了全面、深刻的认识后, 自己主动对教材上关于无机化合物的晶体结构进行理解, 在提问时发现学生对AX、AX2、A2X3的空间结构均有着较正确的认识, 抓住了重点, 很多知识的传授就变得容易了很多。另外, 理论体系的融会贯通对该课程的学习也大有裨益, 在学习鲍林规则时, 笔者要求学生认真掌握鲍林第二及第四规则, 运用第二规则去判定离子化合物的可靠性, 运用第四规则去检验硅酸盐晶体岛群结构的稳定性, 加深了学生对硅酸盐晶体结构的认识, 促进了学生对硅酸盐晶体具有的结晶、解离及介电性能差异的理解。

3 拓宽专业, 加强前沿成果介绍

由于我院无机非金属材料工程专业的学生毕业后不仅是进入各种传统建材 (包括玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料) 企业工作, 近几年的签约情况看相当部分的学生最终会从事纳米、新材料开发等领域的工作。拓宽专业, 在教学中适度的把目前社会上较前沿和热点的知识引入课堂教学, 并对传统材料科学基础教学内容进行适当的知识延伸和拓展, 这不仅让学生强烈地感受到科学发展的脉搏和动力, 有效的拓宽学生的知识结构, 开阔学生的视野, 而且也给课堂教学增添了活力[4]。例如在讲授共价键晶体结合时, 笔者通过查阅最新发表的相关文献, 介绍了目前碳纳米管和石墨烯的一些最新研究进展, 结果学生在课堂上自发的展开了针对石墨烯结构与性能的讨论, 表现出对新材料探索的强烈欲望。事实表明, 在教学中加强前沿成果的介绍能够激发学生的学习兴趣, 大大提高《材料科学基础》课程的教学效果。

参考文献

[1]代凯.大学本科材料科学基础课程教改初探[J].牡丹江师范学院学报 (自然科学版) , 2011 (1) :66-68.

[2]潘建梅, 唐丽永, 乔冠军.材料科学基础课程教学改革的探索与实践[J].广州化工, 2016, 44 (3) :148-149.

[3]刘冠辰, 耿树东, 陈连发, 王巍, 于晓波, 王辰, 张钰.初探材料化学专业材料科学基础课程的教学改革[J].吉林化工学院学报, 2015, 32 (10) :42-44.

8.为文化科学奠定哲学基础 篇八

恩格斯曾经有过这样一个断言：全部哲学都随着黑格尔体系没落了，“在以往的全部哲学中还仍旧独立存在的，就只有关于思维及其规律的学说——形式逻辑和辩证法。其他一切都归到关于自然和历史的实证科学中去了。”(《反杜林论》)恩格斯所说的“全部哲学”，是指“凌驾于其他科学之上的哲学”，这种哲学又被称为“科学的科学”，黑格尔体系既是它的“最后的最完善的形式”，也是它没落的标志。哲学史的事实证明，作为“科学的科学”的哲学确实是无可挽回地没落了。但是，作为人类思维的最高成果的哲学却不会没落，也不会被实证科学所代替。在旧哲学涅的圣火中诞生了新哲学，这些哲学不再把眼光只朝向无生命的自然，也不再把自己的标杆只停在摹写和反映自然的水准上。

从黑暗的中世纪到近代文明的过渡，其最本质的变化是人的觉醒，是人对自己在自然界中的主体地位的意识。十六世纪是以布鲁诺被宗教裁判所烧死在罗马降下帷幕的，而培根则以这样一段话拉开十七世纪的序幕：“人类以往有时梦想着自己的身份只比天使稍低一点儿，现在却认为自己既是自然的仆人，又是自然的主人。这同一个演员是不是能扮两个角色还有待证实。”进入十八世纪，康德却以他的“哥白尼式的革命”公开宣告了人在自然中的主体地位。他断言，对象意识的成立，取决于自我意识，对象要符合我们的直观能力，这是人在认识领域里的主体地位的体现；他断言，人是目的，任何财富珍宝都代替不了人，道德使人超出一切自然物之上，这是人在实践领域里的主体地位的体现。

梁启超说：“有思潮之时代必文化昂进之时代”。十九世纪就是一个思潮迭起文化昂进的时代，在起伏嬗递的思潮之中，新康德主义尤其引人注目。提到新康德主义，我们自然会联想起它“回到康德去”的口号，并本能地与“对抗马克思主义的反动流派”划上等号，这兴许是苏联和我国的一些哲学史著作给我们留下的“后遗症”。说新康德主义提出自己的理论，就是要与马克思主义相对抗，这是不符合事实的；也许把他们说成与十九世纪五十年代在德国出现的庸俗唯物主义者相对抗，会更合适一些(其实也不尽然)。这股思潮的最大特色就在于它力图恢复和突出在康德哲学中关于人的主体地位和能动作用的思想。它在思想史上起了一种桥梁作用，这座桥梁把康德和本世纪西方人文哲学家联结了起来。因此，它在哲学史上的地位是不容忽视的。一八九九年问世的《文化科学和自然科学》在二十世纪八十年代的中国翻译出版，这件事本身就表明了新康德主义的价值。

新康德主义者都称自己是“康德世界观的使徒”，并坚信自己“永远是康德的真正传人”，但他们也和其它任何学派一样，对自己宗师的学说加以修正补充，希冀灌注给它新的生命，因此，不免各有所持，门派分裂。在康德的旗帜下，马堡学派和巴敦学派就发生了这样的分裂。马堡学派认为新的哲学可以在自然科学的基础上建立起来，那托普(Natorp)说：“我们是把作为哲学对象的自然、把自然科学的自然看成人类文化的一个重要基础”，哲学就是在自然科学的基础上“拼写出经验”。他们致力于寻找科学的先验逻辑结构，寻找自然的规律，认为人的创造性活动的根源就是这些“规律”。这些规律是自然的普遍联系，但又是先于自然的人的知识的先验形式，它们极其类似柏拉图的“理念”，那托普声称“我们力图用柏拉图来深化康德”，其原因皆出于此。

自然科学能否代替哲学？“理念”能否代替现实？巴敦学派和马堡学派相反，作了否定的回答。巴敦学派的文德尔班把哲学喻之为莎翁悲剧中的李尔王，把自然科学喻之为李尔王的诸女儿，李尔王把所有的财产都分给了女儿，自己却只留下一个乞丐的讨饭袋。如果自然科学真能代替哲学，那么，哲学除了束手待毙，没有别的出路。这种命运当然不是巴敦学派所希望的。巴敦学派指责马堡学派的泛自然主义，指责他们把伦理学和历史自然化。李凯尔特指出，他们“认为‘理念’就是现实；而且，由于理念是一般的，是与处处特殊的、个别的而其实本来并非真实的感性世界相对的，因此个别的东西不是真实的，只有一般的东西，因而反映理念的表象，才是真实的”(《文化科学和自然科学》第28页)。在这种认识论的指导下，“专门科学的认识局限于直接所与的、内在的感性世界，它的任务仅仅在于模拟这个世界。”(第29页)这样，科学只能起到一面反映现实的“镜子”的作用。在李凯尔特看来，如果只是让这种由理念组成的自然科学代替认识现实的一切科学，那么，科学所起到的作用还远远及不上一面镜子。因为，现实是异质的连续。它具有普遍性，所以是连续的；它具有个别性，所以是异质的。普遍概念只能反映前者，因此，自然科学“不能借助于概念而表述所研究的对象的一切特征”。(第40页)

李凯尔特从自然科学与现实的鸿沟以及理念与现实的鸿沟中，得出了自然科学不能代替哲学、理念不能代替现实的结论。这个结论也可以追溯到康德。李凯尔特承认，正是康德，“在哲学中结束了自然概念的独霸地位”；康德在理论上把自然科学的世界观，“从一种自以为绝对合法的地位下降到一种相对合法的地位，从而把自然科学的方法限制于专门研究。”(第9页)这里还可以顺便提一下，在《文化科学和自然科学》发表前半个世纪，丹麦思想家克尔凯戈尔(Kierkegaard)也提出了相类似的看法。克尔凯戈尔指责抽象思维为了追求普遍和永恒而抹杀了具体的现实的个人，好比医生为了消退病人的高烧，先用药毒死病人一样，他不无激忿地说：“所有的腐败最终来自自然科学”。克尔凯戈尔从非理性主义的立场、李凯尔特从理性主义的立场，不约而同地都对自然科学的绝对合法地位投以怀疑的眼光，这种眼光出自于十九世纪自然科学和理性主义全面凯旋的时代，应当引起我们的思索。十九世纪中叶在德国曾出现过以毕希纳为代表的“把唯物主义庸俗化的小贩”，他们在自然科学成就面前忘乎所以，断然宣布自然科学可以代替一切，而把以往的哲学体系都视之为“精神骗术”。恩格斯嘲笑这些小贩“实际上什么事也没有做”，列宁则把他们称为思想僵化的不能从唯心主义粪堆中啄出珍珠的“一群雄鸡”。与这群“雄鸡”相比，李凯尔特等人的眼光不失为哲学家的眼光，它尽管不合时宜和过于偏激，但其可贵就在于具有智慧的火花，这些火花可以把人类的视线引向更深邃的远方。事实上，进入二十世纪之后，以牛顿力学为支柱的旧自然科学体系就迅即崩溃，由之构画的世界图式也随之而销匿。

对于普遍和个别，李凯尔特的态度是：鱼，我所欲也，熊掌，亦我所欲也；他要把普遍和个别都纳入科学领域。根据认识方法的不同，自然科学采用普遍化方法，文化科学采用个别化方法。读者也许会问：自然由个别的物体和事件组成，为什么对自然的认识要采用普遍化方法？文化具有普遍性，为什么对文化的认识要采用个别化方法？这可以用一句话来回答：自然不具有价值，文化具有价值。李凯尔特在另一部著作《自然科学概念构成的界限》里举了一个例子来说明不具有价值的自然和具有价值的文化之间的区别。他把一块煤比作自然的个体性，而把英国王室珍藏的科伊诺大钻石比作文化的个体性。一块煤随时可被另一块煤代替，它的个体性不具有任何价值，所以谁也不会看重它，人们把这块煤分割或砸碎，可它依然还是煤。而科伊诺大钻石则不同，它永远不可能用另一块钻石去代替，它的价值就在于它的个体性，把它分割或砸碎就不成其科伊诺大钻石。自然的个体性如同一块煤的个体性，不具有任何价值，科学不可能也不必要去认识它，自然可以被数量化(分割和砸碎，也就是抽象)，认识自然的科学应当也只能采用普遍化方法。文化的情况就不同了，“文化产物是人们播种之后从土地里生长出来的”(第20页)，每种文化现象都只出现一次，它们对于人的意义就在于“这一次”和“这一个”，如果用普遍化方法去认识它们，抽象掉它们的个别性，那就无异先把科伊诺大钻石砸得粉碎再珍藏起来一样。

指责李凯尔特把自然和文化、一般和个别形而上学地对立起来也许是不公正的，因为在他的论述中，没有任何地方表明，他竟无知到去否认自然界里有个别的东西以及社会历史领域里有一般的东西。其实，他并不排斥自然科学“对于个别特殊与细节作详尽深入的考察”，也不排斥历史学家可以利用普遍化的科学。李凯尔特只是认为，科学应当作为人对现实的能动的认识，而不是消极的反映。“认识不是反映，而是改造”(第30页)，因此人与现实相比较，应当始终采取居高临下的审视态度。人有自己的价值观，因此，“科学需要一个选择原则”(第34页)，把所研究的对象加以改造，选择其本质成分，省略其非本质成分。面对一尊商鼎，凡夫俗子立时联想到的也许是和尚庙里的香炉，因为他选择了庙祭礼器作为这尊鼎的本质成分；而一位考古学家则不会作如是的联想，他的眼光只盯住“这一尊”，他要研究的也只是“这一尊”，他完全明白，面前的鼎，对于人类的价值就在于“这一尊”，显然，考古学家选择了文化价值作为这尊鼎的本质成分。

要把个别性作为科学研究的对象真是谈何容易，从亚里士多德以来就没有这种关于单一的和特殊的东西的科学，在自然科学旁边要安插一门文化科学，无异是想在他人卧榻之侧安睡一样。李凯尔特对这个困难是充分认识到的，他指出，直到今日，文化科学“还没有获得大体上近似自然科学那样广阔的哲学基础”(第11页)。可以说，《文化科学和自然科学》一书的意义就在于要为文化科学奠定哲学基础。李凯尔特认为，文化科学与自然科学的区别并不在于研究对象的不同。科伊诺大钻石是件自然物体，但它对人类具有其他自然物体所不可能替代的意义，因而被人保存珍藏，从而成为文化科学的对象；美尼尔氏综合症是人类的精神现象，但却可以成为自然科学的研究对象。在他看来，文化科学与自然科学的真正区别在于方法的(即形式的)区别。与自然科学的普遍化方法不同，文化科学利用个别性概念，采用个别化方法，这对我们也许是陌生的。举个例子来说，歌德和某个普通人都是现实的个体，普通人的个别性是任何别的普通人都可以替代的，而歌德却具有普通人都不具有并因此永远不能被替代的个别性，这种个别性就是他对人类的意义，也就是他的个别性与文化的价值联系，这种联系是文化科学在歌德身上所选择的本质成分，概括这种成分，就形成了歌德的个别性概念，而用个别性概念去进行研究的方法就是个别化方法。文德尔班最先运用这种方法，并把它称为表意化方法。李凯尔特的个别化方法与这种表意化方法有所不同，文德尔班追求突出事实性的直观效果，李凯尔特则追求意义性的概念效果。

十九世纪是人类值得自豪的一个世纪，一提到它，人们就会想起达尔文在生物学领域的突破、马克思在哲学经济学社会学领域的突破，以及类似铁路电报的数不清的发明。然而，怀特海(Whitehead)的说法却出人意料：十九世纪最大的发现是找到了发现的方法。他指出：“我们的注意力必须集中在方法本身，这才是震撼古老文明基础的真正新鲜事物”。巴敦学派特别是李凯尔特所提出的个别化方法是社会科学方法论探索的一个突破，并且已经在实际的科学研究中取得一定的成果。十九世纪末二十世纪初马克斯·韦伯(MaxWeber)的社会学研究，现在已越来越为各国哲学家和社会学家瞩目，他确定历史和社会学研究以主体的价值判断和主体的价值取向为对象，断言概念形成的基础，不是客体共性的抽象，而是主体对问题的设定。韦伯在研究方法上的重大变革，正是从李凯尔特那里获得启示的。探索，攀登，独辟新径，我在阅读《文化科学和自然科学》一书时，对于作者的理论勇气，是时时生发出一种敬佩之感的。

人们爱读史书，这不仅因为史书“事显而义浅”，便于浏览，更因为它所记载的人事兴废，变迁沉浮，最能激起人的共鸣。梁启超称赞王船山的历史评论最富价值，认为“他有他的特别眼光，立论往往迥异流俗”。其实，也不尽然。人们喜爱《史记》《汉书》，往往“读项羽之破王离，则须眉皆奋而杀机动；览田延年之责霍光，则胆魄皆张而戾气生”。在司马迁和班固的笔下，项羽田延年这些历史人物的个性栩栩如生、震撼人心，这本来是值得称道的，王船山却斥之为“喜为恢奇震耀之言”。史书应当具有鲜活生动的特色，古人曰，“欲免迂儒，必兼读史”，这也许是他们痛定思痛后的经验之谈。

李凯尔特历史观的一个明显特点，就是强调历史的个别性。他在《自然科学概念构成的界限》一书中提出，历史概念的构成问题就在于：“能不能对直观的现实作出一种科学的处理和简化，而不至于象在自然科学的概念中那样，在处理和简化中同时失掉了个别性。”在《文化科学和自然科学》中，他进一步提出：“历史学认为对一次性的特殊的和个别的东西作出表述是它自己的课题”(第50页)。我国史学界是否有必要借鉴一下李凯尔特的观点呢？“历史的个体对众人的重要性恰恰在于他的与众不同之处”。人们读到的拿破仑，应当是不同于亚历山大与恺撒的拿破仑；读到的贝多芬，应当是不同于巴哈与勃拉姆斯的贝多芬；读到的黑格尔，也应当是不同于柏拉图的黑格尔。这样的著作才称得上是政治史、艺术史和哲学史。

写到这里，我忽然想起了马克思的《路易·波拿巴的雾月十八日》，这不正是一部有鲜明历史个别性的著作吗？恩格斯称誉它是“天才的著作”，绝不是出于寻常的恭维，这部著作需要天才的历史洞察力和富有独创性的选材和表述能力。这部历史著作表述了一八四八年二月路易—菲力浦被推翻到一八五一年十二月路易·波拿巴复辟帝制这段时期法国的阶级斗争，在它里面没有“铁的规律”、“必然性”和“曲折性”这类用语，有的是对这段时期法国社会的阶级关系的具体分析。书中出现的不是一般的农民，而是这段特定时期的小农，闭塞隔离的生产方式、落后的交通、自给自足、相互敌对、迷信的传统，使他们成了波拿巴复辟帝制的支柱。书中表述的军队是“没有从共和党人中得到光荣和附加军饷”的军队；这段时期的大资产阶级把波拿巴作为恢复君主制度的“一个跳板”，而无产者和小资产阶级则把他作为对共和派将军卡芬雅克的一种惩罚。正是这些具体的个别性的历史关系，使路易·波拿巴这位不只丧失法国公民资格而且当过英国特别警察的平庸可笑人物有可能扮演了“英雄”的角色。这部非凡的历史著作在我们眼前活现了路易·波拿巴帝制复辟的闹剧。据说，马克思这部著作的这一特色已引起国外学者的浓厚兴趣，并出现了专题研究论文。我想，在这方面参考李凯尔特关于历史科学的论述，不会是没有益处的。

康德说：全部哲学就在于了解我是谁，我是什么，以及我的更深邃的自我是谁。历史是文化的积累过程，在这过程中，沉积着各个时期人类的认识功能、道德实践和审美情感的结晶。这里贮存着各个时期人类创造意识、心理素质和价值观念的无数信息。对于哲学来说，这里展现了一个更广阔的天地，在这天地里驰骋和开掘，可以达到对人类自身的更深邃的认识。今日，当我们处在方兴未艾的“文化热”之中时，对于文化科学的倡导者李凯尔特，也许是会产生一种亲切感的。

一九八六年八月二十五日

9.无机材料科学基础教案 篇九

绪论

1、材料的发展动向及本课程的重要地位；

2、本课程的特色及基本要求。

3、无机材料物理化学的科学内涵

4、无机材料物理化学的研究方法

5、参考文献

第一章

结晶学基础

§1-1—§1-6内容在结晶学课程中讲授 §1-7

晶体化学基本原理

一、结晶化学定律（Goldschmidt——哥希密特定律）

1、数量关系

2、大小关系

3、极化性能

二、决定晶体结构的基本因素

（一）原子半径和离子半径

（二）球体紧密堆积原理

1、等径球的最紧密堆积及其空隙（1）六方最紧密堆积 1）六方最紧密堆积方式 2）六方最紧密堆积特点（2）面心立方最紧密堆积 1）立方最紧密堆积方法 2）立方最紧密堆积特点（a）最紧密堆积的堆积系数

（b）紧密堆积中的空隙类型与数目

2、不等径球的堆积

一、配位数与配位多面体

1、配位数（CN）

2、配位多面体

二、离子极化

三、电负性（X）

四、鲍林规则（L.Pauling）

（一）第一规则——配位多面体规则

1、第一规则的意义

2、配位数与临界半径比（极限半径比）

（二）第二规则——电价规则（最重要的规则）

1、电价规则的意义——可确定负离子的CN或电价

2、可分析晶体结构是否稳定并分析结构中配位多面体的连接方式

（三）第三规则—共顶、共面、共棱规则

（四）第四规则——岛式规则

（五）第五规则——节约规则 作业：P37 1-10 四面体键角109.28； 思考题： P37

1-7； 1-9；

第二章

晶体结构与结构缺陷

§2-1

典型结构类型

一、金刚石结构与石墨结构

（一）描述晶体结构的方法

1．点坐标法—描述结构基元的位置 2．投影法—也叫标高法。

3、球体紧密堆积法—反映质点的堆积特点和充填情况；

4．多面体的连接方式——对复杂的晶体结构，其质点数目多，用其他方法表示不易找出特点，而用此法则简单明了地描述其结构特点。

（二）金刚石结构

（三）石墨结构

金刚石是目前硬度最大的材料，石墨则是最软的材料。性质差异的原因是结构上的差异。

二、NaCl型结构

NaCl从化学式上说是属于AX型化合物：

（一）NaCl型结构分析

NaC晶体的空间群：Fm3m F——表示布拉格点阵类型（面心立方）

m——表示对称面[在（001）面上有一对称面]； 3——对称轴[在（111）面上有一个三次轴；

m——表示倒转轴[在垂直于（110）方向有对称面）

[

2=m]



1、从堆积方式上分析

＋－

2、Na、Cl在晶体中的位置分布规律

（二）具有NaCl型结构的物质有32种

氧化物：MgO、CaO、SrO、BaO、MnO、FeO、CoO、NiO 氮化物：TiN、LaN、TiC、ScN、CrN、ZrN 这些物质其晶系、堆积方式、正负离子配位数、点阵类型均相同，仅晶格常数不同。

三、闪锌矿型结构——（ZnS）

1、立方型ZnS结构分析

2、具有闪锌矿结构的晶体——有27种

四、纤锌矿型结构——（ZnS）

1、六方ZnS结构分析

2、具有六方ZnS结构的晶体——有23种如： BeO、ZnO、AlN

五、萤石型（CaF2）结构

（一）萤石结构

1、萤石结构分析

2、结构特点

（1）内部空隙较大——1/2有立方体空隙是空的

（2）可看作是正离子作面心立方堆积，F-离子充填在四面体中；

3、晶体的特性

（1）该结构的晶体可作离子导电体即此结构有利于负离子扩散；因为内部存在较大的空隙（立方体空隙）

（2）沿（111）面有解理；在（111）面上Ca-Ca之间距最小，有斥力，易沿此面解理

4、具有萤石结构的晶体

（二）反萤石结构

1、反萤石结构

——保持萤石结构中的晶型和点阵类型不变，只是将正负离子的位置互换而构成的结构称之

2、具有反萤石结构的晶体

这类化合物的共同特性是：熔点低——常作为助熔剂使用

六、金红石（TiO2）型结构

1、金红石结构分析

2、晶体的特性

七、碘化镉（CdI2）型结构

八、刚玉型结构（-Al2O3）

1、结构分析

2、晶体特性

3、类似结构的晶体：

九、钙钛矿型（CaTiO3）结构 结构通式：ABO3

A——低价离子（二价或一价）B——高价离子（四价或五价）

1、钙钛矿型结构分析

2、晶体的特性

3、类似结构的晶体

十、尖晶石型结构（MgAl2O4）通式：

AB2O4（正尖晶石）其中：

A——低价（2+）

B——高价（3+）

[总价=+8]

（一）MgAl2O4尖晶石结构分析

1、结构分析

2、正尖晶石结构的规律

3、晶体的特性

（二）反尖晶石结构

典型结构分析方法归纳：

A、负离子的堆积方法——由晶胞图可点阵类型来分析 B、正负离子的配位数——分别由第一、第二规则来分析 C、正离子充填情况——由化学式和第一规则直接判断 D、多面体之间的连接方式——由第二规则来分析 §2-2 硅酸盐晶体结构

一、硅酸盐晶体的组成、结构特点与分类

（一）化学组成表示法

1、化学式——氧化物表示法

2、结构式——无机络盐的表示法

3、结构式的意义

（二）结构的共性规律

（三）结构分类

二、岛状结构

（一）硅酸盐晶体结构的分析方法

1、按O/Si比判断结构类型

2、分析附加阳离子的作用并由鲍林第一规则确定其配位数；

3、分析各多面体之间的连接方式（应用第二规则）

4、结合晶胞图或投影图，分析了解硅氧骨干在晶胞中的分布规律或特点；

（二）Mg2SiO4结构分析

三、组群状结构

（一）组群状结构的特点

1、由n个[SiO4]构成结构单元其n=2,3,4,6；O/S=3～3.5；

2、硅氧骨干之间不直接连接，由附加阳离子将其连成整体。

（二）绿宝石（绿柱石）结构

1、结构特点

2、具有类似结构的材料及其特性

四、链状结构

（一）特点与类型

1、特点

2、类型

A、单链——通式{SinO3n} O/Si=3；透辉石 CaMg[Si2O6] B、双链——由2条单链平行连结而成；通式——[SinO3n-1] O/Si=2.5～2.75

（二）透辉石晶体结构

1、O/Si=3 n=2——单式2元链

2、链之间由CaMg相连接

3、Ca.Mg可由其他离子取代，（三）晶体特性

A、附加正离子的电价——环状有二、三价；链状只有[2价]低价； B、外加正离子大小——与CN及空隙大小有关，环状中空隙大。

五、层状结构

（一）层状结构的形成与特点

1、所有桥氧都在同一平面上，所有活性氧都指向相同方向。

2、结构通式

3、晶体是由[SiO4]与八面体层[附加阳离子充填层]沿C轴重叠堆积而成。

（二）高岭石结构

1、结构分析

（1）[Si2O5]是单网形[2层矿]（2）附加阳离子Al的CN=6，（3）属于二八面体矿物

2、矿物特性

3、类似结构的矿物

（三）蒙脱石结构

1、结构分析

2、矿物特性

3、类似矿物

（四）伊利石与白云母结构

1、伊利石结构

2、白云母结构 KAl2 [AlSi3O10](OH)2

（五）分析层状结构归纳

1、矿物的层型（单网或复网

2、八面体形式（二八面体、三八面体）

3、层中离子的取代位置和程度（是发生在四面体内还是八面体内）

4、层间结合力（范氏力、氢键、离子键）

5、层间水的有无

六、架状结构

（一）形成与特点

（二）石英晶体结构

1、石英的主要晶型

2、石英、鳞石英、方石英结构上的主要差异（1）石英晶体结构（2）鳞石英（3）方石英

（三）长石晶体结构

1、特点

2、长石晶体的特性

3、透长石的结构分析 §2-3 晶体结构缺陷

一、点缺陷

（一）点缺陷的类型

1、点缺陷的存在形式

2、热缺陷

（1）弗仑克尔（Frenker）缺陷（2）肖特基(Schttky)缺陷

3、杂质缺陷（组分缺陷）

4、非化学计量结构缺陷

（二）缺陷化学反应表示法

1、克罗格—明克符号

2、缺陷反应方程式的规则

3、缺陷反应式的写法举例

（三）缺陷浓度的计算

（四）点缺陷的化学平衡

1、弗仑克尔缺陷

2、肖特基缺陷

3、缺陷平衡浓度计算举例

二、固溶体

（一）固溶体的基本概念

（二）固溶体的分类

分类方法有二种：

1、按溶质原子在溶剂晶格中的位置分类（1）置换式（取代式）（2）间隙式

2、按溶质的溶解度分类（1）连续固溶体

(2)有限固溶体（也叫不连续固溶体或部分互溶固溶体）

（三）连续置换型固溶体的形成条件

1、离子尺寸因素

2、晶体的结构类型

3、离子电价或总电价

4、电负性

（四）不等价置换固溶体中的缺陷形式

1、不等价取代固溶体中缺陷类型

2、固溶分子式的写法

(A)以基质（溶剂）的分子式为基准形式(B)基质原子写在前，取代原子写在其后

(C)根据缺陷式的位置数取代情况，将取代后的原子分数（或小数）写在相应原子的右下角

（五）间隙型固溶体的影响因素

1、杂质原子半径大小

2、基质晶格间隙大小

3、不等价取代时，电价的平衡可由形成空位或复合阳离子置换来满足

三、非化学计量化合物

（一）非化学计量化合物特点

（1）由外界条件变化而引起的，缺陷浓度随氧分压而变化（2）产生在变价元素的氧化物晶体中；（是同一元素不同价氧化物构成的固溶体）（3）材料中往往存在自由电子和电子空穴，故材料有半导性

（二）非化学计量化合物类型

有正负离子空位、正负离了填隙共四类：

1、阴离子缺位型（TiO2-x、ZrO2-x）

2、阳离子填隙型（Zn 1+xO）

3、阴离子填隙型(UO2+x)

4、阳离子缺位型(FeO1-x、CuO2-x)

（三）非化学计量化合物意义

四、固溶体的研究方法及意义

（一）研究内容

（二）固溶体类型判别

（三）研究固溶体的意义

五、线缺陷（位错）

P73

（一）刃位错及其特点

1、刃位错的形成

2、刃位错的符号

3、刃位错的特点

（二）螺位错及其特点

作业 P75 2-1、6、7、8、9、11、12

第三章 熔体与玻璃体

本章主要讨论硅酸盐熔体和玻璃体的结构、性质、产生原因与形成条件及其影响因素等。熔体——物质在高温时以液体存在的一种状态； 玻璃体——由熔体过冷却而形成的非晶态固体。§3-1 熔体结构的聚合物理论

一、关于熔体结构的聚合物理论要点

随着研究手段和测试技术的进步，对熔体结构的认识已逐渐形成。由许多实验结果表明，熔体的结构与玻璃结构十分相近，其共同特点是：近程有序——从局长小范围看质点排列有规则；

远程无序——从整体结构上看内部质点排列是无序的；

二、聚合程度与温度、组成的关系

——熔体的聚合程度取决于温度和组成。

（一）温度的影响（组成不变时）

（二）组成的影响（温度不变时）§3-2 熔体的性质

一、粘度

（一）粘度的定义及表达式

1、粘度的定义

2、粘度的理论解释（略讲）（1）绝对速度理论（2）自由体积理论（3）过剩熵理论

（二）影响粘度的因素

1、温度

2、组成（1）R2O的作用（2）RO的作用（3）RO的作用

3二、表面张力-表面能

（一）表面张力与比表面能

（二）影响因素

1、组成的影响

2、温度的影响 §3-3 玻璃的通性 通性——指无论其化学组成如何，只要是玻璃都具有的宏观共性。

一、各向同性

二、介稳性

三、熔融态向玻璃转化的可逆性与渐变性

四、熔融态向玻璃态转化时理化性质随温度变化的连续性 §3-4 玻璃的形成

主要介绍玻璃形成时的动力学条件和结晶化学条件。教学主要围绕以下内容： 玻璃是怎样形成的？——形成方法

什么样的条件才能形成玻璃？——动力学条件 什么样的物质易形成玻璃？——结晶化学条件 ——主要是探讨玻璃形成的内在规律与外部条件；

一、形成方法

(略讲)玻璃的形成方法较多，大体上可从传统玻璃、与特种玻璃两方法来介绍

1、传统玻璃

2、特种玻璃

二、玻璃形成的热力学条件

三、玻璃形成的动力学条件（略讲，在相变一章中详细讲解）

（一）临界冷却速率

1、临界冷却速率

2、转变的体积分数与时间、温度的关系

3、三T图的意义

(二)影响临界冷却速率的因素

临界冷却速率是随熔体组成而变化的，组成对临界冷却速率的决定作用可具体表现为：

1、高温粘度

2、Tg比值

Tm

四、玻璃形成的结晶化学条件

主要是从物质内部的化学键特性、质点的排列状况等本质原因上来寻求解释

（一）键强（单键能）

键强（P）也叫单键能——由化合物的分解能除以正离子配位数

1、玻璃网络形成体

P＞335 KJ/mol

2、网络改（变）性体

P＜250 KJ/mol

3、网络中间体

P=250~330 KJ/mol

（二）键型

§3-5 玻璃的结构

一、晶子假说

（一）实验发现

1、折射率在573℃有突变

2、X-射线（XRD）衍射分析表明钠硅玻璃的衍射峰与偏硅酸钠晶体的相一致

3、红外光谱分析表明玻璃与晶体的吸收波的极大值相一致

（二）理论要点

（三）存在问题

二、无规则网络假说

（一）理论要点

（二）实验支持

1、XRD小角度衍射结果表明：

径向分布函数曲线进一步说明玻璃中的有序程度仅为10~12Å左右；与晶胞大小相近。

2、径向分布函数图的意义

3、玻璃的径向分布函数图分析：

（三）对玻璃性质的解释

（四）两假说的异同 §3-6 常见玻璃类型

一、硅酸盐玻璃

（一）石英玻璃

1、石英玻璃的结构

2、特性

（二）硅酸盐玻璃

1、结构描述

2、玻璃的性质

（三）网络结构参数

1、网络参数及意义

2、Y值的计算示例

3、Y值与玻璃性能的关系

二、硼酸盐玻璃

（一）硼酸盐玻璃的结构

（二）硼反常现象

作业：P104~105：——3—1、2、3、4、5、6、8、11、12

第四章

表面与界面

§4-1 固体的表面

一、固体表面的特征

（一）固体表面的不均一性

（二）固体表面力场

1、范德华力（短程力）（1）定向作用力（2）诱导作用力

（3）色散力（分散作用力）

2、长程力

二、晶体表面结构

（一）离子晶体的表面结构

1、离子晶体表面双电层结构

2、表面双电层与离子极化性能及的关系

（二）玻璃体表面结构

（三）晶体表面的几何结构

三、固体的表面能

1、表面能理论式的推导

2、共价键晶体的表面能计算示例

3、离子晶体的表面能计算示例 §4-2 界面行为

一、弯曲表面效应

（一）曲面压差

（二）曲面上的蒸气压

（三）微小晶粒的溶解度及熔点

二、润湿与粘附

（一）接触角与润湿作用

（二）润湿的三种类型

1、铺展润湿

2、附着润湿（也叫粘附润湿）

3、浸渍润湿

（三）影响润湿的因素

三、吸附与表面改性

（一）吸附与表面改性定义

（二）表面改性在硅酸盐工业中应用的实例

1、改善成型性能（1）Al2O3瓷

（2）CaTiO3电容器陶瓷

2、减水作用

3、提高球磨效率

（三）润湿与相分布

1、固-固-气接触系统

2、固-固-液接触系统 §4-3 晶 界（略讲）§4-4 粘土-水系统胶体化学

一、粘土的荷电性

1、负电荷——主要来自两个方面

2、两性电荷——断键引起

3、净电荷

二、粘土的离子吸附与交换性

（一）粘土阳离子吸附与交换的特点

1、粘土阳离子吸附与交换现象

2、粘土阳离子吸附与交换特点

3、交换条件

（二）粘土阳离子交换容量及影响因素

1、交换容量的意义（2、影响交换容量的因素

（三）粘土阳离子交换序

三、粘土胶体的动电性质

（一）粘土与水的作用

1、作用原因

2、粘土胶团中水的存在形式

3、结合水量及其影响因素

（二）粘土胶体的电动电位——ζ电位

1、粘土胶团与ζ电位

2、影响ζ电位的因素

3、ζ电位与泥浆性能的关系

四、粘土-水系统的胶体化学性质

（一）流变学基础——流变曲线的类型（略讲）

下面根据流动曲线，介绍流动类型、流动方程及其特点：流体的流动分为以下几类：

1、牛顿型流动

2、宾汉型流动

3、塑流型

4、假塑性流动——也叫剪切稀释型

5、胀流型——也叫剪切稠化型

（二）泥浆的流动性与稳定性

1、流动性、稳定性

2、稀释现象及机理

3、稀释条件

4、稀释效果与注浆性能

（三）泥浆的触变性

1、触变性

2、触变结构

3、影响触变性的因素（1）泥浆含水量（2）矿物的组成（3）颗粒大小与形状（4）电解质种类与加入量（5）温度

（四）粘土的可塑性

1、应力-应变曲线

2、可塑泥料中引力-斥力分析

3、影响可塑性的因素

4、调整改善可塑性的方法

五、瘠性料的悬浮与塑化

（一）瘠性料的悬浮

1、控制料浆的PH值

2、PH值与和-电位的关系

3、Al2O3胶团结构及形成

（二）有机添加剂对瘠性料的作用

1、悬浮作用

2、聚沉作用

3、塑化作用

作业：

P139—4—1、2、3、4、5、7、9、10

第六章

相平衡

§6-1 硅酸盐系统相平衡特点

一、热力学平衡态与非平衡态

（一）平衡态的特征与条件

（二）硅酸盐系统的特点

（三）相图的指导意义

二、硅酸盐系统中的组分、相及相律

1、相律

2、自由度数

3、相

4、凝聚系统的相律 §6-2 单元系统一、水型物质与硫型物质

（一）单元相图回顾

（二）水型物质与硫型物质相图特征

二、具有多晶转变的单元相图 相区、界线、点代表的意义

1、相区

2、界线

3、点

三、SiO2系统

（一）相图简介

1、各点、线、面的含义

2、晶型转变点

（二）SiO2多晶转变特点

（三）多晶转变对生产的影响

1、各种转变产生的体积效应

2、体积效应对生产的影响

（四）SiO2相图应用

四、ZrO2系统

§6-3 二元系统一、基本类型简介

（一）最简单二元相图

1、相图特征

2、各点线面的含义

3、析晶路程分析

4、杠杆规则及应用

（二）生成化合物的二元相图

1、生成一个一致熔化合物的二元相图

2、生成一个不一致熔化合物的二元相图

3、生成一个固态分解化合物的二元相图

（三）具有多晶转变的二元相图

（四）生成固溶体的二元相图

1、形成连续固溶体的二元相图

2、形成有限固溶体的二元相图

（五）形成二液分层的相图

1、相图特征：

2、析晶路程：

二、实际二元相图举例

（一）分析二元相图的一般方法

（二）Al2O3-SiO2相图

1、相图特征

2、相图应用

（三）MgO-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用

三、凝聚系统相图测定方法

作业：P224 6—2、3、5、6、7、8、9 §6-4 三元系统 一、三元相图概述

（一）组成表示法

1、浓度三角形

2、读取方法

（二）浓度三角形中组成变化的规则

1、等含量规则

2、定比例规则

3、背向性规则

（三）杠杆规则

（四）重心原理

1、重心位规则

2、交叉位规则

3、共轭位规则

（五）最简单三元系统立体图与投影图

1、立体图

2、平面投影图

3、温度表示法

4、析晶路程分析

（1）在初晶区内的析晶（2）在界线上的析晶（3）在三元无变点上的析晶（4）各相量的计算 二、三元相图的基本类型

（一）生成一个一致熔二元化合物的三元相图

1、相图特征

2、相图分析

（二）生成一个不一致熔二元化合物的三元相图

1、相图特征

2、分析三元相图的几个重要规则（1）连线规则（2）切线规则（3）重心原理（4）三角形规则

（5）划分副三角形的原则与方法

3、析晶路程分析

4、熔融（加热）过程分析

（三）生成一个固态分解的二元化合物的三元相图

1、相图特征

2、过渡点（R）的特性

生成一个一致熔三元化合物三元相图

1、相图特征

2、相图分析

（四）生成一个不一致熔三元化合物的三元相图

1、具有双升点（单转熔点）的类型

2、具有双降点（双转熔点）的类型

作业：P226 6—1、10、11、12、13

（五）其他类型简介

1、具有多晶转变的相图

2、形成一个二元连续固溶体的相图（1）相图特点

（2）析晶路程分析示例

3、具有液相分层的相图

分析三元相图方法与步骤归纳

1、怎样判读三元相图

2、析晶路程的方法归纳

3、分析熔融路程的方法 三、三元实际相图举例

（一）K2O-Al2O3-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用举例

（二）MgO-Al2O3-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用

（三）Na2O-CaO-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用举例

作业：P226~227 6—

18、第七章

扩散与固相反应

§7-1 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程

一、扩散的基本概念与特点

1、何谓扩散

2、固体中扩散的特点

二、扩散动力学方程——宏观规律

（一）菲克第一定律（Fick）

1、公式推导

2、各向异性体的扩散方程

3、适用条件

（二）菲克第二定律

（三）扩散的布朗运动理论

1、无序扩散——即无规则行走（布朗运动）

2、无序扩散系数

三、扩散动力学方程的应用举例

（一）稳定扩散举例

（二）不稳定扩散举例

1、短时解

2、长时解

§7-2 扩散过程的推动力、微观机构与扩散系数

一、扩散的热力学解释

（一）扩散的推动力

（二）自扩散系数与互扩散系数

1、自扩散系数

2、互扩散系数

二、微观机构与扩散系数

（一）固体中扩散的方式

1、空位扩散

2、间隙扩散

3、推填式扩散（亚间隙式）

4、易位扩散

5、环形换位扩散

（二）扩散系数的理论公式

（三）本征扩散与非本征扩散

1、本征扩散与非本征扩散

2、各自的特点

三、非化学计量化合物中的扩散

1、正离子空位扩散型

2、氧离子空位扩散型 §7-3影响扩散的因素

一、扩散介质的组成、键性与结构

（一）晶体组成的影响

（二）键强与键性

（三）晶体结构

1、扩散介质的结构紧密程度

2、表面及晶界的影响

二、扩散物的本性

1、半径的影响（电价相同时）

2、电价的影响

三、温度与杂质的影响

1、温度的作用

2、杂质的影响

作业：

P254~255：7—1、2、3、5、6 §7-4 固相反应及其动力学特征

一、固相反应及其特点

（一）固相反应的定义

（二）固相反应的特点

二、固相反应的分类

（一）按反应物的聚集状态分类

（二）按反应的性质分类

（三）按反应控制机理分类 §7-5 固相反应动力学方程 一、一般动力学关系

(一)固相反应速率表达式(二)固相反应控制过程的确定

二、化学反应控制的动力学方程

三、扩散控制的动力学方程

（一）杨德尔方程

1、平板模型——抛物线方程

2、杨德尔方程（Jander）

（二）金斯特林格方程

1、推导条件：

2、金氏方程与杨氏方程的比较

（三）卡特方程（1960年提出）（略讲）§7-6 影响固相反应的因素

一、反应物的化学组成与结构

1、活性与热处理条件

2、晶型转变点附近晶格活化反应能力大

3、新分解产物的反应活性大

二、颗粒尺寸及分布

三、温度、气氛、压力

1、温度

TKD

2、气氛

3、成型压力

四、矿化剂的作用

1、影响晶核形成速率

2、活化晶格

3、降低熔点，形成低共熔物

作业：

P254~255

7——7、8、9、10、11、12、13

第八章

相

变

一、研究相变过程的意义

二、本章目的与要求 §8-1 相变的分类

一、相变的热力学分类

（一）一级相变

（二）二级相变

二、按相变机理分类

（一）成核-生长相变

（二）连续型相变（Spinodal分解）

（三）马氏体相变

（三）有序无序转变

三、按质点迁移特征分类

（一）扩散型相变

（二）无扩散型相变 §8-2 液-固相变热力学

一、相变过程的不平衡态及亚稳区

1、不平衡与亚稳区

2、亚稳区的性质

二、相变过程的推动力

1、相变过程的温度条件

2、压力条件和浓度条件

三、晶核形成条件

（一）成核过程的能量变化

（二）临界晶核半径及其意义

（三）临界晶核形成能 §8-3 液-固相变动力学

一、成核过程动力学

(一)均匀成核（本征成核）

1、成核速率（2、IV）

IV—T关系分析

（二）非均匀成核

1、非均匀成核的特点

2、非均匀成核势垒与润湿角的关系

3、非均匀成核速率——

IS

二、晶体生长过程动力学

（一）晶体生长过程分析

（二）晶体生长的线速度

uT关系分析

（三）三、总结晶速率

（一）相变总速率方程（X）

（二）阿伏拉米方程

四、析晶过程及控制

（一）过冷度T对析晶的影响

（二）析晶过程的控制

1、有析晶区存在的系统

2、无析晶区的系统

五、影响析晶能力的因素

（一）熔体组成

（二）熔体的结构

（三）界面状况

（四）外加剂

（五）温度 §8-4 液-液相变过程

一、液相的不混溶现象

（一）分相的机理及特征

1、亚稳分相（成核-生长机理）

2、不稳分相（连续型相变也称Spinodale分解）

3、成核—生长分相与不稳分相比较（1）亚稳分相与不稳分相在在G-C曲线上的特征分析（2）亚稳分相与不稳分相的比较

三、分相的结晶化学观点

作业：

P282：8——1、2、3、5、6、7、9

第九章

烧

结

§9-1 概 述

一、烧结过程与定义

（一）烧结过程

（二）烧结的定义

二、几个概念

1、烧结与烧成

2、烧结与熔融

3、烧结与固相反应

三、烧结的推动力

1、推动力

2、烧结的条件

3、如何判断材料烧结难易

四、烧结模型 §9-2 固态烧结

一、蒸发-凝聚传质

（一）传质原因（机理）

（二）传质的条件

（三）动力学方程

1、冷凝速率(Um)

2、颈部半径增长速率（X/r）

3、公式分析

（四）传质特点

二、扩散传质

（一）颈部应力与空位浓度的关系

（二）扩散途径

（三）扩散传质初期特点及动力学方程

1、初期的特点

2、颈部半径增长率

3、公式分析

（四）扩散传质中期、后期特点及控制

1、中期的特点

2、烧结中期模型

3、烧结中期动力学公式

4、后期的特点及动力学方程 §9-3 液相参与的烧结

一、液相烧结的特点与分类

（一）液相烧结特点

（二）液相烧结的分类

二、流动传质

（一）粘性流动

1、粘性流动初期模型及动力学方程

2、粘性流动中期、后期动力学方程

（二）塑性流动

三、溶解-沉淀传质

（一）传质条件与过程

（二）颗粒重排

（三）溶解-沉淀传质

1、溶解-沉淀传质理论模型

2、致密化速率

四、各种传质机理分析比较 §9-4 晶粒生长与二次重结晶

一、晶体生长

（一）晶粒生长的基本概念

1、晶粒生长的现象

2、晶粒生长的推动力

3、晶界移动速率与晶粒生长速率（1）晶界移动速率（2）晶粒生长速率

（二）晶粒长大的几何规律

（三）晶粒生长的控制

1、晶界移动与气孔移动的几种情况

2、晶粒生长的极限尺寸及控制 二、二次重结晶（晶粒异常长大）

（一）产生原因

（二）工艺控制途径

1、工艺控制途径

2、措施

（三）晶粒生长与二次重结晶的比较

三、晶界在烧结中的作用 §9-5 影响烧结的因素

一、粉料的起始粒度

二、外加剂的作用

1、外加剂与主晶相形成固溶体

2、外加剂与主晶相形成化合物

3、阻止晶型转变

4、外加剂与主晶相形成液相

5、扩大烧结温度范围——使之在较低温度下出现液相，拓宽了下限温度；

三、烧结温度和保温时间

(一)温度

（二）保温时间

四、气 氛

五、成型压力

六、盐类的选择及其煅烧条件

1、煅烧条件

2、盐类的选择

作业题： P317：9—1、2、4、6、8、9、10、12 §9-6 特种烧结原理（略讲）

一、热压烧结