《陶瓷材料学》课程大纲

《陶瓷材料学》课程大纲

课程代码080116L课程名称中文名:陶瓷材料学英文名:

ScienceofCeramicsmaterials课程类别专业课修读类别必修学

分2.0学

时32开课学期第5学期开课单位材料科学系适用专业无机非金属材料工程专业先修课程材料概论、材料科学基础后续有关专业课程和教学环节无机非金属材料工艺学、专业技能训练主讲教师／职称于刚/副教授、吴红亚/副教授、杨治刚/讲师考核方式及各环节所占比例作业成绩+课堂讨论+实验+期末考试（10%）+（10%）+（30%）+（50%）教材及主要参考书（1）《陶瓷材料学》周玉编，科学出版社，2004年（2）《陶瓷材料导论》关长斌、郭英奎、刘玉成编，哈尔滨工程大学出版社，2005（3）《陶瓷导论》（美）金格瑞、（美）鲍恩、（美）乌尔曼编，高等教育出版社，2010（4）《现代陶瓷材料及技术》，曲远方主编，华东理工大学出版社，2002

一、课程性质和目标《陶瓷材料学》属于无机非金属材料工程专业科学方向的必修课程。本课程主要介绍陶瓷材料的类型、结构、合成与制备方法、性能特点及其应用领域等。注重介绍当前工程行业内广泛应用的典型陶瓷材料（电子陶瓷、多孔陶瓷、高温结构陶瓷等），并以此为基础阐述材料的结构-性能-合成与制备之间的相互关系，结合课程内实验强化基础性实践技能的培养，为解决工程关键问题奠定理论和技术基础。通过本课程的理论和实验教学，使学生具备基本的知识和能力，课程的具体课程目标如下：知识目标：解释典型陶瓷材料的构效关系，正确选择合理的陶瓷合成制备加工方法和测试手段。能力目标：具备阅读、理解和翻译有关的科技英文文献和资料的能力，认识工程行业内特定陶瓷材料的发展现状和趋势，解释生产工艺对材料结构-性能的影响，认识到解决方案的多样性。具备操作关键实验设备的能力，以及使用现代软件对实验数据处进行采集、处理与分析的能力，并通过信息综合得到合理有效的结论。二、本课程所支撑的毕业要求1、本课程所能支撑的毕业要求和课程目标的对应关系序号毕业要求指标点毕业要求指标点具体内容课程目标1毕业要求2-3能结合文献，研究生产工艺对材料结构-性能的影响，发现制约规律，认识到解决方案的多样性，寻求可替代的解决方案。22毕业要求4-3能正确解读测试信息，分析和解释实验过程和实验结果，通过信息综合得到合理有效的结论。14毕业要求5-2能针对复杂无机非金属材料工程问题，运用现代检测技术、先进的制备和加工手段进行结构分析、性能优化和新产品开发。32、本课程内容与毕业要求指标点的对应关系教学内容课程目标毕业要求指标点理论教学绪论22-3陶瓷的显微组织特点1、22-3、4-3氧化锆陶瓷及其相变增韧1、22-3、4-3高温结构陶瓷及其热学性质1、22-3、4-3电子陶瓷1、22-3、4-3透明陶瓷及其光学性质1、22-3、4-3超硬陶瓷及其加工性能1、22-3、4-3多孔陶瓷及其环境工程应用1、22-3、4-3实验教学陶瓷粉体的球磨工艺35-2传统陶瓷的制备35-2溶胶-凝胶法合成BaTiO3陶瓷粉体35-2真空热压烧结法制备Al2O3陶瓷35-2TiO2陶瓷纤维的制备35-2多孔陶瓷材料的制备35-2氧化物陶瓷的结构设计与模拟35-2陶瓷性能的测定35-2三、教学基本内容（一）

理论教学基本内容（16学时）1、绪论

（2学时）（1）基本要求认识陶瓷材料的发展历史与现状，陶瓷材料的概念及其内涵、认识陶瓷材料的分类方法，理解陶瓷生产过程对环境的影响。（2）教学内容①陶瓷材料的发展历史与现状；②陶瓷材料的概念与分类；③陶瓷材料的合成与制备方法；④陶瓷生产过程对环境的影响。（3）重点和难点重点：陶瓷的概念、基本分类及其合成制备方法。难点：陶瓷生产过程的环境效应评价与预防措施。2、陶瓷的显微组织特点（2学时）（1）基本要求认识陶瓷材料中单相和多相陶瓷的显微组织结构特征，熟悉陶瓷晶界与晶界相的特点，陶瓷基复合材料界面结构的控制途径。（2）教学内容①单相和多相陶瓷的显微组织结构特征②晶界与晶界相③陶瓷基复合材料及其界面结构（3）重点和难点重点：单相和多相陶瓷的显微组织结构特征；晶界和晶界相。难点：陶瓷基复合材料界面结构的控制途径。3、氧化锆陶瓷及其相变增韧（2学时）（1）基本要求氧化锆陶瓷的结构特点及应用领域，陶瓷材料脆性的本质及其增韧方法；氧化锆陶瓷相变增韧的基本原理。（2）教学内容①氧化锆陶瓷的结构特点及应用领域；②陶瓷材料脆性的本质及其增韧方法；③氧化锆陶瓷相变增韧。（3）重点和难点重点：氧化锆陶瓷的结构特点及应用领域；陶瓷材料脆性的本质及其增韧方法。难点：氧化锆陶瓷相变增韧的基本原理。4、高温结构陶瓷及其热学性质（2学时）（1）基本要求典型高温结构陶瓷的种类及其应用领域，陶瓷材料高温蠕变、抗热震性、导热、热膨胀等热学特性的基本概念及其表征方法；理解陶瓷热学性质与结构之间的关系。（2）教学内容①高温结构陶瓷的种类及其应用领域②陶瓷材料高温蠕变和抗热震性③陶瓷材料导热与热膨胀（3）重点和难点重点：典型高温结构陶瓷的种类及其应用领域；陶瓷热学性质的基本概念及其表征方法难点：陶瓷热学性质与结构之间的关系。5、电子陶瓷（2学时）（1）基本要求认识电子陶瓷的电学（导电、绝缘、介电、压电、热释电、铁电、超导等）性能，几种电介质陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、铁电陶瓷的结构组成和应用领域。（2）教学内容①电子陶瓷的电学性能②电介质陶瓷③压电陶瓷④热释电陶瓷⑤铁电陶瓷（3）重点和难点重点：电子陶瓷的电学性能与应用领域难点：电子陶瓷结构与性能的关系6、透明陶瓷及其光学性质（2学时）（1）基本要求认识陶瓷的光学特性（光学非线性、光吸收、光反射和光传输）；几种透明陶瓷及其应用领域；理解透明陶瓷结构与光学特性的关系。（2）教学内容①陶瓷的光学特性②典型的透明陶瓷材料及其应用领域③透明陶瓷结构与光学特性的关系（3）重点和难点重点：陶瓷的光学特性、典型的透明陶瓷材料及其应用领域难点：透明陶瓷结构与光学特性的关系。7、超硬陶瓷及其加工方法（2学时）（1）基本要求认识超硬陶瓷的种类及其应用领域；陶瓷加工的特点和方法。（2）教学内容①超硬陶瓷的种类②超硬陶瓷的应用③陶瓷加工的特点和方法（3）重点和难点重点：超硬陶瓷的种类及其应用领域、陶瓷加工的特点和方法。难点：陶瓷材料结构与硬度的关系。7、多孔陶瓷及其环境工程应用（2学时）（1）基本要求认识泡沫陶瓷、蜂窝陶瓷、气凝胶等多孔陶瓷的结构特点；认识多孔陶瓷在三废（废气、废水和固废）处理中的实际应用。（2）教学内容①泡沫陶瓷②蜂窝陶瓷③气凝胶④多孔陶瓷的环境工程应用（3）重点和难点泡沫陶瓷、蜂窝陶瓷、气凝胶等多孔陶瓷的结构特点及其环境应用。（二）实验教学内容（16学时）序号实验项目实验要求实验内容学时1陶瓷粉体的球磨工艺行星式球磨机和激光粒度分析仪的操作方法和工作原理；学会对陶瓷粉体进行筛分；使用球磨机对陶瓷粉体进行研磨，并采用激光粒度分析仪对产物粉体进行粒度分析。22传统陶瓷的制备压制成型和注浆成型的基本原理和操作方法；高温烧结炉的结构和操作方法；学会制定合理的烧结制度。日用瓷（电瓷）的成型与烧结实验。分别采用压制成型和注浆成型两种方法。23溶胶-凝胶法合成BaTiO3陶瓷粉体溶胶-凝胶法的基本原理；认识前驱体溶胶水解-缩聚过程的影响因素。采用溶胶-凝胶法合成BaTiO3陶瓷粉体24真空热压烧结法制备Al2O3陶瓷真空热压烧结炉的结构和使用方法；理解热压烧结方法的优缺点。以氧化铝陶瓷的制备为例，学习真空热压烧结炉的结构和使用方法。25TiO2陶瓷纤维的制备陶瓷纤维的制备方法和基本原理。采用溶胶-凝胶法结合离心甩丝工艺制备TiO2陶瓷纤维26多孔陶瓷材料的制备多孔陶瓷材料的制备方法和基本原理采用模板法（碳黑、羧甲基纤维素等）制备Al2O3多孔陶瓷27氧化物陶瓷的结构设计与模拟MaterialsStudio计算软件MaterialsStudio软件计算氧化物陶瓷的弹性模量28陶瓷性能的测定陶瓷性能的测试方法（标准）和设备原理。陶瓷密度、吸水率、硬度、白度、抗弯曲强度、热膨胀系数和热导系数的测试。2四、达成课程目标的途径和措施1.教学方法（1）课堂讲授理论教学过程中，采用的教学方法有“讲授与视频结合法”、“文献综述法”、“讨论法”、“案例分析法”等，具体根据教学内容和目标不同采取更合适的教学方法。（2）学生实验本课程安排了16学时共6个实验项目，多以综合性和设计性实验为主。一方面，强调基本实验技能的训练,设置若干实验操作技能考试环节。另一方面强调实验报告书写的规范性和思考深度。要求学生实验报告中体现对实验过程问题的思考，对实验报告进行批阅后进行公示。学生通过实验能够更好地认识陶瓷材料结构-性能-合成与制备之间的关系，并提高分析复杂工程问题的能力。（3）学生作业作业可采用查阅文献、分析文献和讲解文献的方式完成，也可采用布置题目、完成题目和讲解题目的形式进行。对于作业中发现的共性问题，教师选定时间集中集中答疑。通过作业情况，能够认识学生对重要知识和理解方面的问题。课程讲授结束时征集学生对教学方面的意见，为持续改进提供参考。2.教学手段本课程利用采用现代化的教学手段，采用“多媒体”结合“板书”的教学手段进行授课，“多媒体”可将抽象的内容生动化，“板书”可用于辅助表达，二者充分发挥优势，扬长避短。3.课外阅读要求推荐学生利用互联网资源、校园网资源（校园网数据库）、图书馆资源（期刊、专业文献）等多种手段获取外文期刊、资料，进行课外阅读。通过阅读最新的专业英语文献，能跟踪学科的发展动态。五、课程综合记分方法课程考核由作业、课堂讨论、实验和期末考试四部分组成，内容须覆盖全部课程目标和毕业要求指标点。各考核环节及所占比重见下表：考核环节比重（%）作业10课堂讨论10实验30期末考试50总计100（注：无故况勤1/3者，不允许参加期末考试。）各个环节的评分标准如下：作业：占总评成绩的10%。每次作业按100分评价，按权重计入总成绩。作业成绩取所有成绩的平均成绩，占总成绩的20%。作业（文献类）评分标准观测点80-100分60-79分0-60分独立查阅文献完全要求自行、熟练的查阅文献能按照要求自行查阅文献，但不够熟练不能独立完成或未进行查阅文献梳理和翻译能力文献总结和翻译完全准确文献总结有较多瑕疵但基本准确，翻译基本准确文献总结和翻译错误太多，基本点未能列出；或不能总结和翻译文献讲解能力文献讲解完全到位文献讲解有较多疏漏，但基本准确文献讲解过程中不能把握基本点；或不能进行文献讲解。作业（习题类）评分标准观测点80-100分60-79分0-60分答题准确性答题完全准确。答题基本准确。答题错误较多，出错率达40%以上，或关键点未能答对。答疑情况主动交流。主动参加但不交流。不参加。习题讲解能力讲解完全到位。讲解基本到位，思路正确，但过程有疏漏。习题不能讲解。2、课堂讨论：占总评成绩的10%。课堂讨论成绩是根据学生课堂对话、专题讨论综合给出，占总成绩的10%。课堂讨论评分标准观测点80-100分60-79分0-60分知识理解和运用讨论问题有理有据，对所学知识的理解和运用完全到位。对所学知识的理解和运用基本到位。不能针对问题合理的运用所学知识进行阐述。问题理解能力问题理解完全准确，关键点把握完全正确问题理解基本准确，关键点把握基本正确不能把握问题关键点思维严谨性讨论问题时思路严谨准确，讲述完全流畅讨论问题时思路基本准确，讲述基本流畅思路混乱，回答问题偏离关键点3、实验：占总评成绩的30%。实验成绩是根据实验报告、实验操作考试两部分构成，主要针对课程目标3的达成度进行评定。实验报告按每次5分制进行评价，不交或迟交实验报告均按0分计。根据观测点指标值乘以权重进行评定后，将所有实验报告成绩百分化，占课程总评成绩的10%。具体评分标准如下：实验报告评分标准观测点优秀（4-5分）合格（3-4分）不合格（0-3分）书写规范性框架完整且不缺项框架基本完整，但个别地方未按要求进行正确书写。框架混乱；未按照要求进行书写；缺项。实验过程记录实验过程记录完全详实，数据统计完整可靠实验过程记录基本详实，数据统计基本可靠，有个别疏漏情况。缺少必要的实验现象描述和数据统计实验结果分析分析有依据，结果完全准确分析思路正确，但结果有误分析依据不合理造成结果错误回答思考题回答思路和结果完全正确回答思路正确，但结果有误。思路混乱，回答问题偏离关键点实验操作考试分为必做（占课程总评成绩的10%）和选做（抽签决定，占课程总评成绩的10%）题目，不参加考试者为0分。每项考试按10分计，根据指标点乘以权重进行评定后进行百分化。实验操作考试评分标准观测点优秀（8-10分）合格（6-8分）不合格（0-6分）操作准备和完毕工作着实验服和防护用具；仪器开关操作正确；设备名称解释准确；原料识别正确；模具使用前后清理到位。（以上5条至少有4条达成）着实验服和防护用具；仪器开关操作正确；设备名称解释准确；原料识别正确；模具使用前后清理到位。（以上5条至少有3条达成）着实验服和防护用具；仪器开关操作正确；设备名称解释准确；原料识别正确；模具使用前后清理到位。（以上5条有3条以上未达成）操作过程准确性操作过程熟练，关键步骤完全准确。基本完成操作过程，但不够熟练，其中关键步骤有1-2个环节有误。操作过程中关键步骤有2个环节以上不正确。操作过程讲解对操作基本环节的讲解准确无误。1-2个操作基本环节的讲解有误。2个以上基本操作环节讲解不准确4、期末考试：占总评成绩的50%期末考试成绩是通过闭卷考试的卷面成绩给出，考核内容覆盖课程所讲陶瓷材料的类型、结构、合成与制备方法、性能特点及其应用领域等，注重典型陶瓷材料结构与性能关系的理解与把握。按期末考试的标准答案和评分标准百分制评分。为了确保考核试卷的信度和效度，必须针对教学目标、把握能力层次，进行试卷蓝图设计。试卷蓝图设计课程目标把握能力层次（对应试题）目标分值百分比（%）记忆理解应用1//////////101010210201040403/////30/////3030410/////102020各项分值205030100

百分比（%）205030

100六、评估方法每学期课程结束后进行课程评估。本课程采用基于课程目标（即预期学习成果）的评估方法，包括：1）根据课程目标设计并实施相应的学习任务和学习活动；2）收集学习活动中各种学习成果的评估资料；3）分析和评估实际的学习成果，做出正确的判断。4）写出反思和持续改进报告（包括评估过程、评估结果、教学反思和持续改进）。课程目标1的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点解释典型陶瓷材料的构效关系，正确选择合理的陶瓷合成制备加工方法和测试手段解释氧化锆陶瓷的结构特点和相变过程的基本规律期末考试对陶瓷增韧的方法，特别是相变增韧基本原理的把握程度。列举几种高温结构陶瓷，解释高温结构陶瓷的结构特点和热学性质的关系期末考试对高温蠕变、热膨胀、热导和抗热震性基本概念及其与结构之间关系的把握程度列举几种电子陶瓷及其应用领域，解释电子陶瓷的结构特点和电学性质的关系课堂讨论回答问题的准确性期末考试对典型介电、压电、热释电和铁电陶瓷及其应用领域的把握程度列举几种超硬陶瓷及其应用，解释超硬陶瓷的结构特点和加工性能的关系课堂讨论回答问题的准确性期末考试针对典型超硬陶瓷加工方法的把握程度列举典型陶瓷粉体合成制备方法（溶胶-凝胶法、自蔓延烧结、机械化学法）和成型方法（等静压成型、热压成型、注浆成型等），阐述其基本原理期末考试正确总结的能力；对基本原理的把握程度认识陶瓷显微组织特点期末考试对晶界和晶界相特点，以及陶瓷基复合材料界面结构特点和控制措施的把握程度

课程目标2的评估设计学习成果学习任务、过程和观测预期学习成果细化的预期学习成果及实施准则预设的学习任务观测点具备阅读、理解和翻译有关的科技英文文献和资料的能力，认识工程行业内特定陶瓷材料的发展现状和趋势，解释生产工艺对材料结构-性能的影响，认识到解决方案的多样性。

通过查阅文献和资料，认识陶瓷材料在合成与制备方法的研究现状和发展趋势。课堂讨论讨论主动性、材料准备完善性、讲解准确性作业文献查阅的独立性（提问如何查阅）、文献的梳理和翻译能力通过查阅文献和资料，认识典型电子陶瓷的研究现状和发展趋势，解释流延工艺等成型工艺对陶瓷材料产品性能的影响。课堂讨论讨论主动性、材料准备完善性、讲解准确性作业文献查阅的独立性（提问如何查阅）、文献的梳理和翻译能力通过查阅文献和资料，认识透明陶瓷的研究现状和发展趋势，解释热压烧结工艺对透明陶瓷产品性能的影响课堂讨论讨论主动性、材料准备完善性、讲解准确性作业文献查阅的独立性（提问如何查阅）、文献的梳理和翻译能力通过查阅文献和资料，认识超硬陶瓷的研究现状及其发展趋势课堂讨论讨论主动性、材料准备完善性、讲解准确性作业文献查阅的独立性（提问如何查阅）、文献的梳理和翻译能力认识多孔陶瓷的研发现状及其在环境工程中应用，解释挤出成型工艺对陶瓷材料产品性能的影响。课堂讨论讨论主动性、材料准备完善性、讲解准确性作业文献查阅的独立性（提