相變化

Phase Transformations

學期

111-2

學分

3 學分

當期課號

536305

永久課號

ENMS30037

開課單位

材料科學與工程學系

授課教師

黃爾文

校區

光復

類別

選修

上課時間表

節	週三	週五
2 09:00–09:50	相變化 SC204
3 10:10–11:00		相變化 SC204 2 節連堂
4 11:10–12:00		相變化 SC204 2 節連堂

* 根據陽明交大上課時間表所列

概述

This class will be taught in Chinese. 本課程中文授課使用課本“Phase Transformations in Metals and Alloys”介紹基礎相變化理論推導、重要現象與背後的假設。並藉由報告的模式,引導比對課本內容與學生碩士論文的研究主題。期許同學藉由課程與報告,練習查找與各自研究主題相關的課本模型。 Class time (授課時間): 週三早上9:00~10:00(W2) + 週五早上10:00~12:00(F34), Classroom: 教室為SC204(基礎大樓)

先修科目

Introduction of Materials Science & Engineering; Physical Metallurgy; Thermodynamics 材料導論, 物理冶金, 熱力學

教學方式

助教: 陳思葳、賴敬諠 (習題講解、作業考卷批閱) 教學方法及教學相關配合事項(如助教、網站或圖書及資料庫等): 1. Florida International University Zhe Cheng 教授 (https://www.youtube.com/channel/UCX6ZAA2ANpPqRQLb6NWQ-Bw/search?query=EMA5001) 2. 清大廖建能教授線上教學(https://www.youtube.com/playlist?list=PLS0SUwlYe8cxnf6NBkLyPJ48LHhs-9LH5) 3. 劍橋Harry Bhadeshia教授線上教學 (https://www.youtube.com/c/bhadeshia123/playlists)

評分方式

期中考 (30%) +期末考 (30%) + 團體報告 (10% PPT+10% WORD) + 作業(5%團體+15%個人) 報告為團體成績(3~4人一組,老師評分80%: 依據以下格式要點,就品質達標程度評分+組內互評20%:就團隊貢獻分項評分)  老師評分Reports:符合格式的:報告用PPT版, 學術格式WORD版各一 1. 請用中文 2. 請於期中繳交PPT版 3. 請於期末繳交WORD版 4. 選擇和你的碩士論文相關的課本章節為主題(第一章熱力學、第二章擴散、第三章微結構、第四章凝固...) 5. 相變與你論文相關主題中,各主題有不同的模型,請比對你的題目在該主題兩種模型中,哪種較為明顯? 第一章熱力學:焓vs.熵主導? 第二章擴散:濃度vs. 位能主導? 第三章微結構:化學成分vs. 缺陷主導? 第四章凝固:濃度梯度vs. 熱傳主導? 6. 請用流程圖拆解 7. 請用流程圖說明量測驗證步驟 8. 練習使用專業表達模式,閱讀後於期中以PPT的口頭報告格式與期末用WORD的書面格式分別繳交 9. PPT:MIT3.22 Mechanical Properties of Materials, Spring 2008格式 10. WORD:Scripta Materialia格式(https://www.elsevier.com/journals/scripta-materialia/1359-6462/guide-for-authors) 11. PPT版評分標準: 會用EndNote (5%)+ 套用MIT格式 (5%)+ 明確的主題 (10%):碩士研究主題方向中雖然還未有定論、但值得探討的議題+ 模型一 (15%)+ 模型二 (15%)+ 說明可以分辨是模型一或二的量測方法 (20%)+ 討論符合模型一會有何種實驗特徵 (15%)+ 討論符合模型二會有何種實驗特徵 (15%)  同組戶評:  目的:團體作業中:個人貢獻的自我感覺與同隊成員感受的外部評價。  方法:用google 表單受評者不會看到評分者的個資,但會看到給予的評分與評語  表單:將用以下表單填寫  表單內容:拿自己為對標比較組員、評價OOO組員並對比自己的貢獻並給分自己組員一組員二姓名 1.負責項目 2.PPT報吿的共獻 3.WORD報吿的共獻 4.扣分項目 5.加分項目 6.綜合上述:以100分為滿分來評這位組員的分數

週次計畫

週次	主題
第 1 週	課綱說明:考試、報告、習題報告參考的critique: EMA5001 L00-02 Term paper info (https://www.youtube.com/watch?v=-3gfiVXHx0k&t=96s) 1. 中文撰寫,上限400字 (抬頭、作者、單位、致謝、表單、圖與參考資料不計入字數限制) 2. 選擇主題 3. 依據主題,選擇不同機制的論點 (EX: 介面控制擴散或是濃度控制...) 3.將MIT格式要求的資訊種類,套進Scripta的寫作格式: 3.1 Introduction MIT格式第二頁Big picture 3.2 Background 文獻回顧,含critique,並由此衍伸銜接至本報告所報導的重點:要解決什麼問題 3.3 Critique含解析: 3.3.1 問題的重要性 3.3.2 要解決的切入點、學理公式,所以要什麼資訊?要用什麼量測?(EX: 機械性能、Hall-Petch formula,晶粒大小,SEM) 3.3.3 實驗流程、數據擷取方法、分析方法說明 3.3.4 討論數據時不同文獻支持的觀點、本研究受限的觀點(EX: 成分相關、另有twin、stacking faults、微結構效應...?) 3.3.5:用Decision tree觀念,排序出影響的效應 4. 未來工作的建議 5. 結論 6. 文獻 7. 致謝 Google表單請於2/22之前繳交分組名單 2/17課本教科書介紹  課本的三個版本的介紹  各章節間的關係、授課考試進度  銜接本課程的系上其他課程與線上資源  美國工程學院講座  https://livestream.com/accounts/7036396/events/9376606/videos/213107047 Google表單作業請於3/1之前繳交:分組作業請挑選其中一個講座,簡要說明此報告的內容 (可任擇一主題,限四頁PPT,要用EndNote給文獻出處)  評分標準: 1. 本演講的背景資料 (25%:學者網頁5%+請用EndNote條列演講中的相關文獻5%+請用EndNote條列引用上述文獻的文獻5%+請用EndNote條列此學者的最新文獻5%) 2. 本演講要解決的問題 (25%) 3. 本演講技術可落實下,預期可以達成遠景 (25%) 4. 本演講其技術的目前限制 (25%) Chapter 1: Thermodynamics and Phase Diagrams – 1  Equilibrium & Entropy  Gibbs free energy  Steady state
第 2 週	Chapter 1: Thermodynamics and Phase Diagrams – 1  Metastable  Le Chatelier‘s principle  Intensive vs. extensive  Temperature effects on single component system  Pressure effects on single component system  Driving force for solidification  Binary system: ideal solution: Temperature effects Ch1課本習題作業Google表單請於3/3上課前繳交
第 3 週	Chapter 1: Thermodynamics and Phase Diagrams – 2  Binary system: Chemical potential, regular solution  Exothermic & Endothermic  Activity  Real solution  Characterizations  Heterogeneous systems  Binary phase diagram  Miscibility gap  Phase diagram containing intermediate phases 3/3 ( 五 )助教講解第一章課本習題作業
第 4 週	Chapter 1: Thermodynamics and Phase Diagrams – 3  Vacancy  Phase rule  Kinetics Chapter 2: Diffusion-1  Definitions  Applications & Diffusion directions  Models to describe diffusions  Interstitial diffusion  Thermal activation  Temperature effects  Fick’s 1st & 2nd Laws
第 5 週	Chapter 2: Diffusion-2  Substitutional diffusion  Self-diffusion  Diffusion coefficient  How to measure  Kirkendal effect & Darken’s equation  Atomic mobility  High-diffusivity paths Ch2課本習題作業Google表單請於3/22之前繳交
第 6 週	3/22(三)助教講解第二章課本習題作業 3/24(五)期中考 1. 期中考試為個人成績&可帶一張A4筆記的紙筆測驗 2. 60%基礎題:出處課本與授課講義 3. 40%:約30%課本習題作業題型+10%素養題(跨章節觀念、應用題目)
第 7 週	Chapter 3: Crystal Interfaces and Microstructure-1  Three interfaces  Interfacial energy derivation  Solid/Vapor interface & FCC example  Grain-boundary-migration Driving Forces  Nucleation & Growth  Grain boundary: Single-phase Interface  Special grain boundary Google表單作業請於4/5之前繳交
第 8 週	4/5(三)清明連假 4/7線上e3繳交PPT報吿
第 9 週	4/12~14: 期中PPT分組課堂報告與反饋 4/14之前線上e3繳交互評報吿暨分數
第 10 週	Chapter 3: Crystal Interfaces and Microstructure-2  Grain boundary migration  Alloy effects  Kinetics of grain growth  Solid/liquid interface  Interphase interfaces: coherent, incoherent, semicoherent  Second phase shape  Glissile interface  Interface migration Google表單作業請於4/26之前繳交
第 11 週	Chapter 4: Solidification-1  Additive manufacturing for solidification  Recall Chapter 3  Nucleation in pure metals  Homogeneous nucleation  Nucleation rate  Heterogenous nucleation  Nucleation at melting  Growth of a pure solid  Continuous growth  Lateral growth Google表單作業請於5/3之前繳交
第 12 週	Chapter 4: Solidification-2  Heat flow  Supercooled & Dendritic growth  Alloy solidification  Perfect mixing in liquid  Diffusional mixing in liquid  Constitutional supercooling  Cellular & dendritic solidification  Eutectic solidification  Ingot structure Google表單作業請於5/10之前繳交
第 13 週	Chapter 5: Diffusional Transformation in Solids  Review chapters for Ch. 5  Introduction  Precipitation  Homogenous nucleation  Nucleation rate in homogeneous precipitation  Nose shaped curve of nucleation rate for homogenous precipitation  Solute amounts in the alloys  Heterogeneous nucleation  Rate if heterogeneous nucleation  Precipitate growth & shape  Growth behind planar incoherent interfaces  TTT diagram Google表單作業請於5/17之前繳交
第 14 週	5/17複習第三章 5/19複習第四、五章 Google表單作業請於5/24之前繳交
第 15 週	5/24~26 助教講解習題作業 5/24前線上e3繳交WORD報吿 5/26前線上e3繳交互評報吿暨分數
第 16 週	5/31期末WORD報告分組反饋 6/2 期末考 1. 期末考試為個人成績&可帶一張A4筆記的紙筆測驗 2. 60%基礎題:出處課本與授課講義 3. 40%:約30%課本習題作業題型+10%素養題(跨章節觀念、應用題目)
第 17 週	線上資源: 1. Florida International University Zhe Cheng 教授 (https://www.youtube.com/channel/UCX6ZAA2ANpPqRQLb6NWQ-Bw/search?query=EMA5001) 2. 清大廖建能教授線上教學(https://www.youtube.com/playlist?list=PLS0SUwlYe8cxnf6NBkLyPJ48LHhs-9LH5) 3. 劍橋Harry Bhadeshia教授線上教學 (https://www.youtube.com/c/bhadeshia123/playlists)
第 18 週	線上資源: 1. Florida International University Zhe Cheng 教授 (https://www.youtube.com/channel/UCX6ZAA2ANpPqRQLb6NWQ-Bw/search?query=EMA5001) 2. 清大廖建能教授線上教學(https://www.youtube.com/playlist?list=PLS0SUwlYe8cxnf6NBkLyPJ48LHhs-9LH5) 3. 劍橋Harry Bhadeshia教授線上教學 (https://www.youtube.com/c/bhadeshia123/playlists)

教科書

Phase Transformations in Metals and Alloys Authors: Porter, David A.; Easterling, Kenneth E.; Sherif, Mohamed

Office Hours

地點: 教室
時間: 生師預約
聯絡方式: E3