T2112A 教學大綱表

教學大綱表 (115學年度第1學期)

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課程名稱 Course Title	(中文) 材料科學與工程導論(二) (英文) Materials Science And Engineering			開課單位 Departments	機械與材料工程學系
				課程代碼 Course No.	T2112A
授課教師 Instructor	吳錫芩徐錦志
學分數 Credit	3.0	必/選修 core required/optional	必修	開課年級 Level	大二
先修科目或先備能力(Course Pre-requisites)：材料科學導論(一)
課程概述與目標(Course Overview and Goals)：Ch8 Failure Ch9 Phase Diagrams Ch10 Kinetics of Phase Transformations Ch11 Properties and Applications of Metals Ch12 Structures and Properties of Ceramics Ch13 Applications and Processing of Ceramics Ch14-15 Polymers Ch16 Composites
教科書(Textbook)	Materials Science and Engineering, An Introduction, 10 edn., William D. Callister, John Wiley & Sons, Inc.
參考教材(Reference)

課程大綱 Syllabus			學生學習目標 Learning Objectives	單元學習活動 Learning Activities	學習成效評量 Evaluation	備註 Notes
序 No.	單元主題 Unit topic	內容綱要 Content summary	學生學習目標 Learning Objectives	單元學習活動 Learning Activities	學習成效評量 Evaluation	備註 Notes
1	課程介紹 & Chap.5 Diffusion	擴散機制：自/相互擴散、空缺/間隙機制與跳躍活化能。穩態擴散：擴散通量（J）與費克第一定律。非穩態擴散：費克第二定律與誤差函數應用（如鋼材滲碳）。	能明確區分自擴散與相互擴散的物理本質。能畫圖並解釋空缺機制與間隙機制的差異，並指出為何間隙擴散速度通常較快。能根據製程條件判斷屬於「穩態」或「非穩態」擴散。能熟練運用費克第一定律進行簡單計算。能操作非穩態擴散公式，並透過查閱誤差函數表（Error Function Table）計算出特定深度與時間下的化學成分濃度。	討論講授個別或小組指導個案研究	作業其他評量-課堂表現出席
2	Chap.5 Diffusion	影響擴散的因素與半導體摻雜應用溫度對擴散係數的影響。擴散活化能（Qd）與擴散路徑（體擴散、晶界擴散、表面擴散）的比較。半導體控制擴散：預沈積（Predeposition）與驅入（Drive-in）製程。	能利用 lnD對1/T作圖，並從斜率求出擴散活化能Qd。能依據結構缺陷（如晶界）預測擴散速率的快慢。能說明半導體製程中，如何透過兩步驟擴散精準控制微量元素的摻雜深度與濃度。	討論講授個別或小組指導個案研究	作業其他評量-課堂表現出席
3	Chap.7 Dislocations and Strengthening Mechanisms	差排與滑移系統：差排類型應變場、滑移系統定義及 FCC/BCC/HCP 延展性。單晶與多晶變形：施密特定律、臨界分解剪應力（tau_{crss}）與晶界效應。塑性變形機制：滑移與孿晶（Twinning）之微觀機制比較。	能描述並畫出刃差排與螺差排在受力下的移動方式。能說明差排周圍的原子受壓（Compression）與受拉（Tension）的應變場分佈。能定義滑移系統，並解釋為什麼 FCC 金屬（如鋁、銅）通常比 BCC 或 HCP 具有更好的延展性。	討論講授個別或小組指導個案研究	作業其他評量-課堂表現出席
4	Chap.7 Dislocations and Strengthening Mechanisms	強化機制原理：以阻礙差排為核心之細晶強化（Hall-Petch）、固溶強化與加工硬化。退火三階段：回復（消除內應力）、再結晶（新晶粒生成）與晶粒成長（降低晶界能）。	強化機制：闡述四大機制阻礙差排原理、應用 Hall-Petch 公式與解析冷加工（%CW）性質曲線。退火三階段：比較回復、再結晶與晶粒成長之微結構變化。熱處理調控：整合退火溫度對機械與物理性質的影響曲線，並能調控目標晶粒尺寸。	討論講授個別或小組指導個案研究	作業其他評量-課堂表現出席
5	Chap.5 Diffusion & Chap.7 Dislocations and Strengthening Mechanisms	習題解說 & 平時考 Test	同前	討論講授個別或小組指導個案研究	作業平時考其他評量-課堂表現出席
6	Chap.8 Failure	延/脆性斷裂：盃錐狀與微孔洞凝聚（延性）vs. 穿晶/沿晶劈裂與人字紋（脆性）。斷裂力學：應力集中效應、應力強度因子（K）與平面應變斷裂韌性（K_{Ic}）。疲勞失效：S-N 曲線、裂縫成核與傳播（海灘紋/條紋），以及表面/環境影響因素。	斷裂分析：辨識延/脆性斷口、計算尖端應力集中與運用 $K_{Ic}$ 評估容許應力。疲勞解讀：分析 S-N 曲線（鐵 vs. 非鐵金屬）與由斷口海灘紋/條紋定位裂縫源。工程改善：提出提升結構件疲勞壽命之設計與表面改質方法（如噴丸處理）。	討論演講個別或小組指導個案研究	作業其他評量-課堂表現出席
7	Chap.8 Failure	蠕變行為、應力與溫度效應、耐高溫合金廣義蠕變曲線的三個階段：初階（Primary）、穩態（Secondary / Steady-state）、末階（Tertiary）蠕變。穩態蠕變速率與破斷時間（Rupture lifetime）。溫度與應力對蠕變速率的影響。數據外推法：拉森-米勒參數（Larson-Miller Parameter）的工程應用。超合金（Superalloys）與高溫耐蠕變材料的微結構設計（例如：單晶渦輪葉片）。	能畫出標準蠕變曲線，並指出為何「穩態蠕變速率」是工程設計中最關鍵的參數。能熟練運用拉森-米勒參數法（Larson-Miller Parameter），將實驗室的短期高溫測試數據，外推預測工業組件在長期運行下的使用壽命。能從材料學角度，說明如何透過控制晶界（如消除晶界、使用單晶）或添加析出物來提升材料的抗蠕變能力。	討論講授個別或小組指導個案研究	作業其他評量-課堂表現出席
8	Chap.8 Failure	習題解說 &測驗	同前	討論講授個別或小組指導個案研究	作業平時考期中考其他評量-課堂表現出席
9	Ch.9 Phase Diagrams	1. Definitions and basic concepts 2. Binary phase diagrams 3. The iron-carbon system	同前	講授	作業平時考出席
10	同前一週	同前一週	同前一週	講授	作業平時考出席
11	Ch.10 Phase Transformations	1. Kinetics of phase transformations 2. Microstructual and property changes in iron-carbon alloys	同前	講授	作業平時考出席
12	同前一週	同前一週	同前一週	講授	作業平時考出席
13	Ch.11 Applications and Processing of Metal Alloys	1. Types of metal alloys 2. Fabrication of metals 3. Thermal processing of metals	同前	講授	作業平時考出席
14	Ch.12 & 13 Types, Structures, Properties, Processing, and Applications of Ceramics	1. Ceramic structures 2. Mechanical properties of ceramics 3. Types and applications of ceramics 4. Fabrication and processing of ceramics	同前	講授	作業平時考出席
15	同前一週	同前	同前	講授	作業平時考出席
16	Final exam.	Final exam.	Final exam.		期末考
17	彈性教學週	期末分組報告(視訊)	期末分組報告(視訊)	討論心得發表個別或小組指導閱讀討論	彈性教學
18	彈性教學週	彈性教學	彈性教學		彈性教學

彈性教學週活動規劃

序 No.	實施期間 Period	實施方式 Content	教學說明 Teaching instructions	彈性教學評量方式 Evaluation	備註 Notes
1	起:2024-01-02 迄:2024-01-14	1.同步遠距教學 Synchronous distance learning	分組: 原則上1或4人。題目: 學期第二週的週五前，將名單(姓名、系級) & 題目貼於Line群組。口頭報告(視訊) 期末考後，學期最後兩週(彈性教學週)，於上課時間舉行；每位組員皆須發言。	10%分數

教學要點概述：
1.自編教材 Handout by Instructor：
□ 1-1.簡報 Slides
□ 1-2.影音教材 Videos
□ 1-3.教具 Teaching Aids
■ 1-4.教科書 Textbook
□ 1-5.其他 Other
□ 2.自編評量工具/量表 Educational Assessment
□ 3.教科書作者提供 Textbook

教學相關配合事項：成績考核方式以期初課堂中所發資料為準，請忽略以下成績考核欄內之記載

成績考核 Performance Evaluation：出席：10% 期末考：15% 期中考：15% 其他評量：10% 報告：10% 彈性教學：10% 平時考：20% 作業：10%

教學資源(Teaching Resources)：
□ 教材電子檔(Soft Copy of the Handout or the Textbook)
■ 課程網站(Website)
課程網站(Website)：網路大學 (TronClass)