課程資訊

課程共分為六大單元，內容如下：

單元一：原子基礎與結構定義

• 單元主題內容： 固體材料的微觀世界：結晶與非晶
• 涵蓋範圍： 介紹固體材料的原子排列基礎，區分結晶性與非結晶性材料的根本差異。課程將原子結構的定位比喻為 GPS 定位，精確定義原子在空間中的位置、方向與平面，並說明單位晶胞與晶格如何共同建構晶體結構。

單元二：金屬晶體結構與參數解析

• 單元主題內容： 金屬的骨架：FCC、BCC、HCP 結構與理論計算
• 涵蓋範圍： 深入探討金屬中三種最重要的晶體結構：面心立方（FCC）、體心立方（BCC） 與六方最密堆積（HCP）。本單元將教授如何計算晶胞內的原子數目、配位數與原子堆積因子（APF），並利用這些參數計算材料的理論密度。同時，討論同素異形體現象，例如錫在不同溫度下的結構轉換。

單元三：晶體學與 X光繞射 (XRD) 分析

• 單元主題內容： 晶體的身份證：從七大晶系到 XRD 檢測
• 涵蓋範圍： 介紹七大晶系如何定義所有晶體結構，並區分單晶與多晶材料在性質上的等向性與異向性差異。本單元將重點介紹X光繞射（XRD） 技術，說明如何運用布拉格定律分析繞射訊號，精準判定材料的晶體結構與晶面。

單元四：材料機械性質六大核心概念

• 單元主題內容： 材料的語言：量化「堅固」的核心詞彙
• 涵蓋範圍： 介紹描述材料特性的六個關鍵詞彙：剛性、強度、延展性、脆性、韌性與硬度。本單元將明確定義這些特性，例如剛性是抵抗變形的能力，可用楊氏模數量化；強度則是材料破壞前能承受的最大應力。同時，強調標準化規範（如 ASTM） 對於量測結果一致性的重要性。

單元五：拉伸測試與應力-應變曲線

• 單元主題內容： 破壞前的數據：彈性與塑性行為解析
• 涵蓋範圍： 以拉伸測試為核心，詳細解析應力-應變曲線。區分彈性變形（符合虎克定律）與塑性變形（永久性變形），並定義降伏強度（彈性轉塑性的臨界點）、極限抗拉強度（UTS） 等關鍵應力點。同時，討論達到 UTS 後頸縮的現象，該區域將是材料最終斷裂的位置。

單元六：破裂、韌性與安全設計

• 單元主題內容： 終極考驗：破裂行為與設計考量
• 涵蓋範圍： 探討材料的破裂行為，區分延性破裂（有形變警示）與脆性破裂（瞬間斷裂）。本單元將量化韌性（曲線下面積），強調在工程設計中選擇延性材料的重要性。最後，結合安全因子的設計考量，並以鐵達尼號在低溫下發生延脆轉換而脆性斷裂的案例，來驗證理論在實務中的應用。