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无机非金属材料课程设计（434204）教学大纲01．教学单位名称材料科学与工程学院02．实践环节名称无机非金属材料课程设计03．实践环节代码43420404．实践环节学时2周05．实践环节学分2学分06．实践环节性质必修07．实践环节开设学期708．实践环节面向专业无机非金属材料工程09．实践环节教学目的与任务无机非金属材料课程设计的目的是通过对某种材料的从原料到产品的制备、设计及分析测试等全过程，使学生进一步掌握无机非金属材料制备的一般方法、思路、程序、设备和产品评价。对所学过的基础理论能够更深入理解，对材料的开发实践奠定基础。通过该课程设计，正确理解材料制备的设计思路，培养查阅文献和总结归纳资料、获取信息的能力。同时通过实践全面提升学生的动手能力。10．教学基本内容、要求与学时分配课程设计内容可从下述所列内容选任一题目进行，在进行设计的实际操作之前需要预习相关内容并查阅有关的文献资料。设计过程中要用严谨的科学态度认真对待每一项内容。要严格遵守实验室的各项规章制度，服从指导教师及实验室老师的安排。该课程设计安排在第六学期后半段，时间为两周，地点为无机非金属材料专业实验室为主。学生分成课题组（4人），集体完成。设计一、水泥的制备及质量检测1.目的要求：通过设计全面掌握硅酸盐水泥的整个工艺过程及质量检测方法、标准等。2.所需仪器设备及材料：粉碎机、高温炉、材料力学实验机、X-射线衍射仪、红外光谱仪、差热分析仪、粒度分布仪、灰岩、粘土、粉煤灰、铁粉、石膏、硅石、矿化剂、无水甘油、乙醇、苯甲酸、盐酸、氯化钡、硝酸银、酸、碱等。3.设计内容（1）资料查阅：查阅相关资料并认真阅读。（2）水泥制备：原料准备：根据硅酸盐水泥成分要求准备灰岩、粘土、粉煤灰、铁粉、石膏、硅石等原料，并了解其化学成分。配方设计：根据原料的化学成分设计配方。生料粉碎：将按配方设计好的生料混合并进行粉碎。熟料煅烧：选择合理的烧成机制将粉磨好的生料进行煅烧。熟料粉磨：将烧成的熟料粉磨成所需的粒度。（3）水泥质量检测熟料成分测试：包括f-CaO、SO3、烧失量、物相组成等。熟料水化及性能测试：包括凝结时间、3d的抗折和抗压强度、安定性等。（4）硅酸盐水泥原料和熟料的X射线衍射、红外光谱分析，对水泥形成机理进行探讨。注：可选择任意一种普通水泥进行设计。设计二、无机玻璃的制备及强化1.目的要求：通过设计全面掌握无机玻璃的整个工艺过程、质量检测及强化方法等。2.所需仪器设备及材料：粉碎机、高温炉、材料力学实验机、X-射线衍射仪、红外光谱仪、差热分析仪、投射偏光显微镜、硅砂、长石、方解石、碳酸纳、萤石、碎玻璃、酸、碱等。3.设计内容（1）资料查阅：查阅相关资料并认真阅读。（2）玻璃制备原料准备：根据无机玻璃的成分要求准备硅砂、长石、方解石、碳酸纳、萤石、碎玻璃等原料，并了解其化学成分。配方设计：根据原料的化学成分设计配方。配料粉碎：将按配方设计好的配料混合并进行粉碎。玻璃熔制：选择合理的烧成机制将粉磨好的配料进行熔融并成型。（3）玻璃质量检测玻璃成分测试：利用测试仪器或偏光显微镜测定其物相组成、结构等。玻璃物理化学性能测试：包括抗弯和抗压强度、硬度、热稳定性及化学稳定性等。（4）玻璃强化物理强化：采用高温退火处理并进行性能检测对比。化学强化：采用K、Na离子做强化处理并进行性能检测对比。注：可选择任意一种普通玻璃进行设计设计三、普通陶瓷的制备及性能测试1.目的要求：通过设计全面掌握普通陶瓷的整个工艺过程及性能测试方法等。2.所需仪器设备及材料：粉碎机、高温炉、压片机、材料力学试验机、X-射线衍射仪、红外光谱仪、差热分析仪、投射偏光显微镜、石英、长石、粘土、霞石正长岩、硅辉石、透辉石、酸、碱等。3.设计内容（1）资料查阅：查阅相关资料并认真阅读。（2）陶瓷制备原料准备：根据普通陶瓷的成分要求准备石英、长石、粘土、霞石正长岩、硅辉石、透辉石等原料，并了解其化学成分。配方设计：根据原料的化学成分设计配方。配料粉碎：将按配方设计好的配料混合并进行粉碎。坯体成型：将混合好的配料压制成型。坯体干燥：根据坯体的含水性进行干燥处理。陶瓷烧制：选择合理的烧成机制将压好的坯体进行烧制。（3）陶瓷质量检测陶瓷成分测试：利用测试仪器或偏光显微镜测定其物相组成、结构等。陶瓷物理化学性能测试：包括抗弯和抗压强度、收缩率、吸水率、热稳定性及抗腐蚀性性等。（4）陶瓷的原料和产品进行X射线衍射、红外光谱分析，跟据测试结果探讨普通陶瓷的成瓷机理。注：可选择任意一种普通陶瓷进行设计设计四、耐火材料的制备及性能测试1.目的要求：通过设计全面掌握高铝质耐火材料的整个工艺过程及性能测试方法等。2.所需仪器设备及材料：粉碎机、高温炉、荷载升稳设备、压片机、材料力学试验机、X-射线衍射仪、红外光谱仪、差热分析仪、投射偏光显微镜、铝矾土、粘土、酸、碱等。3.设计内容（1）资料查阅：查阅相关资料并认真阅读。（2）耐火材料制备原料准备：根据耐火材料的成分准备铝矾土、粘土、硅石、石灰石等原料，并了解其化学成分。配方设计：根据原料的化学成分设计配方。配料粉碎：将按配方设计好的配料混合并进行粉碎。坯体成型：将混合好的配料压制成型。坯体干燥：根据坯体的含水性进行干燥处理。耐火材料烧制：选择合理的烧成机制将压好的坯体进行烧制。（3）耐火材料质量检测耐火材料成分测试：利用测试仪器测定其物相组成、结构等。耐火材料物理化学性能测试：包括抗压强度、耐火度、高温耐压强度、荷重软化温度、高温体积稳定性、抗热震性及抗腐蚀性等。（4）耐火材料的X射线衍射、红外光谱分析，根据测试结果探讨耐火材料的形成机理。注：可选择任意一种硅质或高铝质耐火材料进行设计。设计五、铁氧体磁性材料的制备及性能测试1.目的要求：通过设计全面掌握铁氧体磁性材料的整个工艺过程及性能测试方法等。2.所需仪器设备及材料：球磨机、高温炉、电感测试仪、X-射线衍射仪、红外光谱仪、差热分析仪、投射偏光显微镜及电子显微镜；MnO、NiO、ZnO、Fe2O3、BaO等。3.设计内容（1）资料查阅：查阅相关资料并认真阅读。（2）多晶铁氧体材料的制备原料准备：根据铁氧体材料的成分要求准备相应的原料，并了解其性能及作用。配方设计：根据所要制备材料的化学成分设计配方。配料：按照设计的配方算出各种化学原料的具体用量，并将其足够准确地称量出来。球磨混合：将称量好的各种原料用球磨机进行混合研磨，以达到所需的粒度尺寸要求。预烧：将混合后的配料在高温炉中加热，促进固相反应，形成具有一定物理性能的多晶铁氧体。成型：将预烧后的粒料压成产品所要求的各种各样的形状，形成一定的坯体。烧结：对成型的坯体在高温炉中烧结，注意烧结温度及气氛。（3）铁氧体磁性材料的性能测试起始磁导率μi、比损耗系数tgδ/μi等测试。饱和磁通密度Bs、剩磁Br及矫顽力Hc等测量。（4）制备样品的X射线衍射、红外光谱、热分析，对铁氧体磁性材料形成机理探讨。注：可选择任意一种铁氧体进行设计。设计六、功能玻璃材料的制备及性能测试1.目的要求：通过设计全面掌握功能玻璃材料的整个工艺过程及性能测试方法等。2.所需仪器设备及材料：粉碎机、高温炉、材料力学实验机、X-射线衍射仪、红外光谱仪、差热分析仪、投射偏光显微镜及电子显微镜、荧光分光光度计等；根据功能玻璃材料的性能及组成选用相应的合适原材料。3.设计内容（1）资料查阅：查阅相关资料并认真阅读。（2）玻璃制备原料准备：根据功能玻璃材料的成分要求准备相应的原料，并了解其作用。配方设计：根据所制备材料的性能要求设计配方。配料：按照设计的配方计算所需各原料的具体用量，并准确称量。混料研磨：将称好的各种原料用球磨机进行混合研磨，以达到所需粒度要求。玻璃溶制：选择合理的烧成制度，将粉磨好的配料进行熔融并成型。（3）玻璃性能检测玻璃成分测试：利用测试仪器或偏光显微镜测定其物相组成、结构等。玻璃物理化学性能测试：包括抗弯和抗压强度、硬度、热稳定性及化学稳定性等。根据所制备的功能玻璃材料进行相应的功能方面的测试：如激光玻璃的折射率、吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命等；磁光玻璃的费尔德常数的测定、折射率、吸收光谱等；发光玻璃的激发光谱、发射光谱、亮度及余辉时间等；光致变色玻璃的透过率、吸收系数、暗化时间和褪色时间等。（4）制备样品的X射线衍射、红外光谱、热分析，根据测试结果探讨相应的功能玻璃材料的形成机理。注：可选择任意一种功能玻璃材料进行设计。设计七、功能陶瓷材料的制备及性能测试1.目的要求：通过设计全面掌握功能陶瓷材料的整个工艺过程及性能测试方法等。2.所需仪器设备及材料：球磨机、高温炉、压片机、材料力学试验机、X-射线衍射仪、红外光谱仪、差热分析仪、投射偏光显微镜及电子显微镜等；根据功能陶瓷材料的性能及组成选用相应的合适原材料。3.设计内容（1）资料查阅：查阅相关资料并认真阅读。（2）陶瓷制备原料准备：根据普通陶瓷的成分要求准备石英、长石、粘土、霞石正长岩、硅辉石、透辉石等原料，并了解其化学成分。配方设计：根据所要制备材料的性能及化学成分设计配方。配料研磨：将按配方设计好的配料混合并用球磨机进行混料研磨。坯体成型：将混合好的配料进行压制成型。坯体干燥：根据坯体的含水性选择不同的方式进行干燥处理。陶瓷烧制：选择合理的烧成机度将压好的坯体进行烧制。（3）陶瓷物相成分、结构及性能测试陶瓷成分、结构测试：利用测试仪器或偏光显微镜测定其物相组成、结构等。陶瓷物理化学性能测试：包括抗弯和抗压强度、收缩率、吸水率、热稳定性、抗腐蚀性以及相应的功能方面测试（如导电陶瓷的电阻率；铁电陶瓷的电滞回线、矫顽电场、剩余极化值等；超导陶瓷的临界转变温度、临界磁场等；半导体陶瓷的阻抗谱；湿敏陶瓷的湿-阻特性；热敏陶瓷的热-阻特性；气敏陶瓷的气体灵敏度；生物陶瓷的生物相容性等）。（4）制备功能陶瓷样品的X射线衍射、红外光谱、热分析，根据测试结果探讨相应的功能陶瓷材料的形成机理。注：可选择任意一种功能陶瓷材料进行设计。设计八、功能梯度材料的制备及性能测试1.目的要求：通过设计全面掌握功能梯度材料的整个工艺过程及性能测试方法等。2.所需仪器设备及材料：粉碎机、高温炉、荷载升稳设备、压片机、材料力学试验机、X-射线衍射仪、红外光谱仪、差热分析仪、投射偏光显微镜及电子显微镜等；根据梯度功能材料的性能及组成选用相应的合适原材料。3.设计内容（1）资料查阅：查阅相关资料并认真阅读。（2）梯度功能材料的制备原料准备：根据梯度功能材料组成的准备相应的原料，并了解其作用。配方设计：根据所要制备材料的性能及化学成分设计配方。制备工艺：根据所要制备材料的性能及原材料的性质选用合适的制备工艺，如化学气相沉积法（CVD），自蔓延高温合成法（SHS），电化学法（EC），物理蒸镀法（PVD），等离子喷涂法（PS），粉末冶金法（PM）等（3）梯度功能材料的性能测试梯度功能材料成分测试：利用测试仪器测定其物相组成、结构等。梯度功能材料的性能测试：力学性能，如弹性模量、断裂强度、疲劳性能、耐磨性、显微硬度；其它功能方面的性能，如热震性能、压缩性能、热处理性能、透光性、耐放射性等。（4）制备样品的X射线衍射、红外光谱、热分析，对制备的相应功能梯度材料的形成机理进行探讨。注：可选择任意一种功能梯度材料进行设计。11．实践环节教学过程管理在课程设计进行之前教师对课程设计的目的、要求、注意事项进行介绍和说明，指导学生按要求选题。课程设计中期阶段对学生的设计进展进行检查和监督，解答设计过程中遇到的问题。在设计过程结束后，按考核要求对个小组的设计进行评定。12．考核要求、考核方式及成绩评定标准课程设计结束通过汇报和答辩，由教师根据完成情况给出成绩。成绩按照优、良、中、及格或不及格评定。优秀：题目新颖，思路清晰、实验设计合理、实验方案可行、数据完整、分析正确、答辩表现突出。良好：题目较新颖，设计规范、实验方案合理、数据完整、分析正确、答辩表现较好。中等：实验设计规范、实验方案合理、数据比较完整，分析正确，答辩表现较好。及格：实验设计较规范、数据比较完整、报告比较规范，答辩表现一般。不及格