科目代碼：840

科目名稱(chēng)：材料科學(xué)基礎(chǔ)

1、考查目標(biāo)

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》考試內(nèi)容主要涵蓋材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、材料的凝固及固態(tài)相變、變形與斷裂及固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能等。要求考生注重材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝和性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，以研究材料的共性規(guī)律，為研究生階段學(xué)習(xí)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程、從事材料科學(xué)研究和工程技術(shù)工作奠定基礎(chǔ)，同時(shí)能夠解決材料與化工專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題。

2、考試內(nèi)容：

第一章 材料結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)

原子的電子分布；元素周期表及性能的周期性變化；最低能量原理； 一次鍵（離子鍵，共價(jià)鍵，金屬鍵）；二次鍵（范德瓦爾斯鍵，氫鍵）； 混合鍵（一次鍵混合，一次鍵與二次鍵混合）；結(jié)合鍵的本質(zhì)及原子間距；結(jié)合鍵對(duì)材料力學(xué)及物理性能的影響；晶體與非晶體及其性能的主要差別；原子排列的研究方法。

第二章 材料中的晶體結(jié)構(gòu)

基元的特性；表征晶胞形狀的六個(gè)參量；選取晶胞的一般原則；14種布拉菲點(diǎn)陣；7個(gè)晶系；確定晶向指數(shù)的方法；確定晶面指數(shù)的方法；確定六方晶系Miller- Bravais晶面指數(shù)的方法；確定六方晶系Miller- Bravais晶向指數(shù)的方法；晶帶及晶帶定理；面心立方晶體結(jié)構(gòu)的原子排列、原子最密排面和最密排方向、一個(gè)晶胞中的原子數(shù)、原子的配位數(shù)、點(diǎn)陣常數(shù)、致密度、原子間隙、原子堆垛方式；體心立方晶體結(jié)構(gòu)的原子排列、原子最密排面和最密排方向、一個(gè)晶胞中的原子數(shù)、原子的配位數(shù)、點(diǎn)陣常數(shù)、致密度、原子間隙；密排六方晶體結(jié)構(gòu)的原子排列、原子最密排面和最密排方向、面間距、一個(gè)晶胞中的原子數(shù)、原子的配位數(shù)、點(diǎn)陣常數(shù)、致密度、原子間隙、原子堆垛方式；晶體的多晶型性；晶體的原子半徑；離子晶體的主要特點(diǎn)；離子配位數(shù)；負(fù)離子配位多面體的定義及形狀；離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則（鮑林規(guī)則）；離子晶體的典型結(jié)構(gòu)：NaCl晶型，CsCl晶型，立方ZnS (閃鋅礦)晶型，六方ZnS (纖鋅礦) 晶型，CaF₂(螢石)晶型，TiO₂(金紅石)晶型，Al₂O₃(剛玉)晶型；共價(jià)晶體的主要特點(diǎn)；共價(jià)晶體的典型結(jié)構(gòu)：金剛石晶型，SiO₂(AB₂)晶型

第三章 高分子材料的結(jié)構(gòu)

高分子材料的基本概念；高分子材料的合成；高分子鏈的化學(xué)組成； 結(jié)構(gòu)單元的鍵接方式和構(gòu)型；高分子材料的幾何形狀；高分子鏈的構(gòu)象及柔順性；影響高分子鏈柔順性的主要因素；晶態(tài)聚合物的結(jié)構(gòu)；非晶態(tài)聚合物的結(jié)構(gòu)；聚合物的結(jié)晶度與玻璃化溫度；高分子材料的主要性能特點(diǎn)；高分子材料性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系；改變高分子材料性能的途徑。

第四章 晶體缺陷

晶體缺陷的類(lèi)型；點(diǎn)缺陷的類(lèi)型；點(diǎn)缺陷的平衡濃度；過(guò)飽和點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生；點(diǎn)缺陷與材料行為；位錯(cuò)學(xué)說(shuō)的產(chǎn)生；位錯(cuò)的基本類(lèi)型；用柏氏回路確定位錯(cuò)的柏氏矢量；柏氏矢量與位錯(cuò)線(xiàn)的關(guān)系；柏氏矢量的定義；柏氏矢量的表示方法；柏氏矢量的特性；實(shí)驗(yàn)觀(guān)察位錯(cuò)的方法；位錯(cuò)的密度；位錯(cuò)密度與晶體強(qiáng)度的關(guān)系；判定位錯(cuò)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向的右手定則；位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)（刃位錯(cuò)，螺位錯(cuò)，混合型位錯(cuò)環(huán)）；刃位錯(cuò)的攀移運(yùn)動(dòng)；螺位錯(cuò)的交滑移運(yùn)動(dòng)；應(yīng)力和應(yīng)變分析；螺位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)公式的推導(dǎo)；螺位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)公式的表達(dá)式（圓柱坐標(biāo)系中）；螺位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的特點(diǎn)；刃位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)公式的表達(dá)式（直角坐標(biāo)系中）；螺位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的特點(diǎn)；單位長(zhǎng)度位錯(cuò)應(yīng)變能的推導(dǎo)（包括螺位錯(cuò)、刃位錯(cuò)）；單位長(zhǎng)度位錯(cuò)應(yīng)變能的公式（包括螺位錯(cuò)、刃位錯(cuò)、混合位錯(cuò)）；Petch-Koehler公式及其應(yīng)用；外加應(yīng)力對(duì)位錯(cuò)的作用力；兩平行螺位錯(cuò)間的互作用力；同一滑移面內(nèi)兩平行刃位錯(cuò)間的互作用力；平行螺位錯(cuò)與刃位錯(cuò)間的互作用力；平行滑移面內(nèi)兩平行刃位錯(cuò)間的互作用力；位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的彈性互作用；位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的靜電互作用；位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的化學(xué)互作用；位錯(cuò)的線(xiàn)張力；使兩端固定的位錯(cuò)段彎曲的切應(yīng)力與曲率半徑的關(guān)系式；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力；晶體表面對(duì)位錯(cuò)的作用力；全位錯(cuò)及單位位錯(cuò)；金屬晶體結(jié)構(gòu)常見(jiàn)單位位錯(cuò)的柏氏矢量；堆垛層錯(cuò)及層錯(cuò)能；面心立方晶體中常見(jiàn)的不全位錯(cuò)；不全位錯(cuò)與層錯(cuò)的關(guān)系；位錯(cuò)反應(yīng)的條件；擴(kuò)展位錯(cuò)平衡寬度的計(jì)算；層錯(cuò)能對(duì)擴(kuò)展位錯(cuò)平衡寬度的影響；小角度晶界的構(gòu)造（對(duì)稱(chēng)傾斜晶界，扭轉(zhuǎn)晶界）；晶界能與位向差的關(guān)系；晶體表面原子結(jié)合的特點(diǎn)；晶體的表面能及其與晶界能的關(guān)系；晶體的表面形貌與原子面的關(guān)系；晶體的表面能對(duì)材料性能的影響；吸附現(xiàn)象及其特點(diǎn)；表面吸附的種類(lèi)、特點(diǎn)、及其作用；晶界內(nèi)吸附的現(xiàn)象、原因、及其作用；潤(rùn)濕行為及其與界面張力的關(guān)系；潤(rùn)濕行為對(duì)材料顯微組織的影響；潤(rùn)濕行為在煉鋼、釬焊、粉末液相燒結(jié)、鑄造孕育處理方面的應(yīng)用；三岔晶界的平衡及晶粒的穩(wěn)定形狀；相界能與第二相形狀及大小的自發(fā)變化。

第五章 材料的相結(jié)構(gòu)及相圖

間隙固溶體及影響固溶度的因素；置換固溶體及影響固溶度的因素；陶瓷材料中的固溶方式；固溶體中溶質(zhì)原子的偏聚與有序；有序固溶體的形成條件及其性能變化；正常價(jià)化合物的形成條件及其晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)合鍵；電子化合物的形成條件及其晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)合鍵；間隙相的形成條件及其晶體結(jié)構(gòu)；間隙化合物的形成條件及其晶體結(jié)構(gòu)；用熱分析法測(cè)定相圖的基本方法（以Cu-Ni相圖為例）；相律及自由度；二元?jiǎng)蚓鄨D；固溶體的平衡結(jié)晶；杠桿定理；固溶體的不平衡結(jié)晶；二元共晶系典型合金的平衡結(jié)晶；二元共晶系合金的不平衡結(jié)晶及其組織；二元包晶系典型合金的平衡結(jié)晶；二元包晶系合金的不平衡結(jié)晶及其組織；二元共析相圖，二元熔晶相圖，二元偏晶相圖，二元包析相圖；形成穩(wěn)定化合物的二元相圖，形成不穩(wěn)定化合物的二元相圖；由相圖判斷材料的力學(xué)和物理性能；由相圖判斷材料的工藝（鑄造，焊接，壓力加工，切削加工）性能；復(fù)雜相圖的分析方法；復(fù)雜相圖（Cu-Sn，ZrO₂-SiO₂）的分析；鐵-碳合金的組元（純鐵，石墨，F(xiàn)e₃C）分析；Fe-Fe₃C相圖分析；典型鐵-碳合金平衡結(jié)晶過(guò)程分析；碳對(duì)鐵-碳合金平衡組織的影響；碳對(duì)鐵-碳合金力學(xué)性能的影響；碳對(duì)鐵-碳合金流動(dòng)性的影響；碳對(duì)鐵-碳合金可鍛性的影響；鋼中的常存雜質(zhì)元素及其對(duì)性能的影響；鋼的分類(lèi)、牌號(hào)及用途；固溶體的自由能-成分曲線(xiàn)；克勞修斯-克萊普隆方程及其應(yīng)用；溶體中組元化學(xué)位的確定方法；多相平衡的條件；二元系統(tǒng)的相平衡；由吉布斯自由能-成分曲線(xiàn)推測(cè)（勻晶、共晶、包晶、具有調(diào)幅分解的）相圖；三元相圖的成分表示方法（等邊三角形法，等腰三角形法，直角三角形法）；三元?jiǎng)蚓鄨D：空間構(gòu)造，等溫截面，平衡結(jié)晶過(guò)程，變溫截面；三元系中的兩相平衡：平衡條件，兩相區(qū)的空間形狀，水平截面中的兩相區(qū)，垂直截面中的兩相區(qū)；三元系中的三相平衡：平衡條件，三相區(qū)的空間形狀，水平截面中的三相區(qū)及重心法則，三相區(qū)的相轉(zhuǎn)變類(lèi)型，垂直截面中的三相區(qū)；三元系中的四相平衡：平衡條件，四相區(qū)的形狀及反應(yīng)類(lèi)型，垂直截面中的四相區(qū)，液相面投影圖中的四相反應(yīng)；三元系中的相區(qū)接觸；空間構(gòu)造，平衡結(jié)晶過(guò)程分析，等溫截面，液相面投影圖，全投影圖，垂直截面；液相完全互溶固相完全不互溶具有四相共晶反應(yīng)三元相圖。

第六章 材料的凝固與氣相沉積

液體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；結(jié)晶的一般過(guò)程；過(guò)冷現(xiàn)象及過(guò)冷度；結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力及必要條件；均勻形核的臨界晶核半徑及臨界形核功；非均勻形核的臨界晶核半徑及臨界形核功；晶核長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力及必要條件；固/液界面的微觀(guān)構(gòu)造及其對(duì)晶核長(zhǎng)大方式的影響；平衡凝固的特征；正常凝固方程的推導(dǎo)；正常凝固方程及其運(yùn)用；穩(wěn)態(tài)凝固方程的推導(dǎo)；成分過(guò)冷的概念；成分過(guò)冷的臨界條件；成分過(guò)冷對(duì)固/液界面形貌的影響；成分過(guò)冷對(duì)固溶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響；成分過(guò)冷對(duì)合金鑄造性能的影響；共晶體形態(tài)的類(lèi)型及其影響因素；共晶體的形核機(jī)制及生長(zhǎng)機(jī)制；先共晶相形態(tài)的類(lèi)型及其影響因素；鑄錠的凝固組織及偏析；連續(xù)鑄造的組織及熔化焊的組織；凝固法在材料制備技術(shù)中的應(yīng)用（區(qū)域提純，制備單晶、金屬玻璃，定向凝固）。

第七章 擴(kuò)散與固態(tài)相變

擴(kuò)散第一定律；擴(kuò)散第二方程；擴(kuò)散第二方程的誤差函數(shù)通解；利用初始條件或邊界條件求解擴(kuò)散第二方程的特解；無(wú)限長(zhǎng)擴(kuò)散偶中的濃度分布；半無(wú)限長(zhǎng)擴(kuò)散偶中的濃度分布（滲碳方程，脫碳方程）；擴(kuò)散的微觀(guān)機(jī)制（間隙機(jī)制，空位機(jī)制）；擴(kuò)散系數(shù)的微觀(guān)表達(dá)式；間隙原子在立方晶系（簡(jiǎn)單立方，體心立方，面心立方）中的擴(kuò)散系數(shù)；互擴(kuò)散及互擴(kuò)散系數(shù)；間隙擴(kuò)散和空位擴(kuò)散的擴(kuò)散激活能；擴(kuò)散激活能與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系表達(dá)式；擴(kuò)散激活能的實(shí)驗(yàn)測(cè)定原理；擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力及上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散；反應(yīng)擴(kuò)散及其特點(diǎn)；各種因素（溫度，原子鍵力，晶體結(jié)構(gòu)，固溶體類(lèi)型與濃度，晶體缺陷）對(duì)擴(kuò)散的影響。

第八章 材料的變形與斷裂

金屬典型拉伸曲線(xiàn)及其三個(gè)階段；彈性變形的主要特點(diǎn)；彈性模量的物理意義；晶體滑移及其觀(guān)察方法；晶體滑移的機(jī)制；晶體的常見(jiàn)滑移系；孿生變形及其機(jī)制；影響孿生變形的因素；孿生的觀(guān)察；晶體滑移與孿生變形的比較；孿生在塑性變形中的作用；作用在滑移系上的分切應(yīng)力的計(jì)算；確定始滑移系的兩種方法；施密特定律；夾頭固定情況下晶體轉(zhuǎn)動(dòng)的規(guī)律及原因；晶體滑移的種類(lèi)（單滑移，多滑移，交滑移）；單晶體表面滑移線(xiàn)方向的確定；多晶體變形的特點(diǎn)；霍爾-珮奇公式；細(xì)晶強(qiáng)化及其位錯(cuò)機(jī)理；形變強(qiáng)化及其位錯(cuò)機(jī)理；位錯(cuò)增殖的三種機(jī)制；單晶體的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)及位向的影響；單晶體流變應(yīng)力與位錯(cuò)密度的關(guān)系；形變強(qiáng)化的工程意義；固溶強(qiáng)化及其強(qiáng)化機(jī)理；影響固溶強(qiáng)化的主要因素；退火態(tài)低碳鋼屈服的特點(diǎn)及其位錯(cuò)理論解釋?zhuān)煌嘶饝B(tài)低碳鋼的應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象、原因及工程應(yīng)用；可變形第二相微粒的強(qiáng)化機(jī)理——切過(guò)機(jī)制；不可變形第二相微粒的強(qiáng)化機(jī)理——繞過(guò)機(jī)制；鋁合金的時(shí)效序列及時(shí)效強(qiáng)化機(jī)理；冷變形金屬的組織和性能變化；金屬的理論斷裂強(qiáng)度和實(shí)際斷裂強(qiáng)度及二者明顯不同的原因；格雷菲斯理論；冷變形金屬加熱時(shí)的組織和性能變化；回復(fù)的驅(qū)動(dòng)力及回復(fù)的機(jī)制；回復(fù)動(dòng)力學(xué)；再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力及再結(jié)晶形核；再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)；影響再結(jié)晶的因素；再結(jié)晶后晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力及長(zhǎng)大方式；二次再結(jié)晶現(xiàn)象和原因及其對(duì)材料性能的影響；金屬熱變形及其過(guò)程；金屬熱變形的組織和性能變化；金屬的蠕變現(xiàn)象及機(jī)理；金屬的超塑性及應(yīng)變速率敏感指數(shù)；超塑變形機(jī)制及實(shí)現(xiàn)超塑性的條件；陶瓷晶體變形的特點(diǎn)及其原因；熱塑性塑料變形的特點(diǎn)；熱固性塑料變形的特點(diǎn)。

第九章 固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能

能帶的形成；金屬（堿金屬，貴金屬，堿土金屬，過(guò)渡族金屬）的能帶結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性；費(fèi)米分布函數(shù)；溫度對(duì)費(fèi)米分布的影響；費(fèi)米能的意義；導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體能帶結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電性的比較；本征半導(dǎo)體的特性；摻雜半導(dǎo)體的特性；化合物半導(dǎo)體；原子的磁矩；抗磁體、順磁體和鐵磁體；磁化曲線(xiàn)與磁疇結(jié)構(gòu)；軟磁材料和硬磁材料；溫度對(duì)磁性的影響及居里溫度；光子的能量及光的吸收與透射；材料的反光與發(fā)光（熒光，磷光，激光）；摩爾熱容及其特性；材料熱膨脹的原因及熔點(diǎn)的影響；材料（金屬，陶瓷和絕緣體，半導(dǎo)體）的導(dǎo)熱性能；形狀記憶效應(yīng)及其原理簡(jiǎn)介；常用形狀記憶合金；形狀記憶合金應(yīng)用舉例。

3、考試基本題型

主要題型可能有：名詞解釋、判斷題、選擇題、計(jì)算題、填空題、簡(jiǎn)答題或論述題，試卷卷面滿(mǎn)分為150分。

4、參考書(shū)目

石德珂、王紅潔.材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].機(jī)械工業(yè)出版社（第3版），2024年7月。