2023年湖北大學材料科學與工程專業考研材料科學基礎科目考試大綱

第一部分 考試說明

一、考試性質

《材料科學基礎》是材料學科的專業基礎課，也是學習材料學科專業課的先行課程，設立為材料科學與工程一級學科碩士研究生的入學專業基礎考試課程，由我校材料科學與工程學院命題。考試的評價標準是普通高等學校材料、化學、物理、化工及相近專業優秀本科畢業生能達到的及格或及格以上水平。

二、考試的學科范圍

應考范圍包括：材料的微觀結構，包括原子的排列方式，理想的完整結構、不完整結構(晶體缺陷)、固體中原子和分子的運動(擴散)、材料的變形和回復再結晶;材料組織結構的變化規律，包括單元系的相變、二元合金系的相變規律、三元合金系的相變規律。

三、評價目標

材料科學基礎是材料科學與工程、材料化學、高分子材料科學與工程、新能源材科與器件及相關專業的重要學科基礎課。本課程考試旨在考查考生是否掌握材料科學研究的基礎理論，即各種材料(包括金屬、陶瓷、高分子材料)的微觀結構和宏觀結構規律，考查學生是否能夠運用材料科學的基本原理解決實際工程問題。

四、考試形式與試卷結構

(一) 答卷方式：閉卷，筆試;

(二) 答題時間：180 分鐘;

(三) 參考書目

《材料科學基礎》胡賡祥，蔡珣，戎詠華編著，上海交通大學出版社

第二部分 考查要點

一、 原子結構與鍵合

名詞概念：

金屬鍵、離子鍵、共價鍵、氫鍵、范德瓦耳斯力，主量子數、軌道角動量量子數、磁量子數、自旋角動量量子數、同位素

內容要求：

1. 原子中一個電子的空間位置和能量由哪四個量子數確定：主量子數 n;軌道角動量量子數 l_i;磁量子數m_i;自旋角量子數s_i.

2. 核外電子排布規律遵循的三個原則：能量最低原理;泡利不相容原理;洪特定則。

3. 元素周期表在同一周期中，從左到右各元素的原子半徑、電離能、金屬性、非晶屬性等的變化規律;在同一主族中，從上到下原子半徑、電離能、金屬性、非金屬性等的變化規律。

重難點：

1. 用金屬鍵的特征解釋金屬材料的性質-----①良好的導電、導熱性;②良好的延展性。

2. 用共價鍵的特征解釋共價鍵結合的晶體材料的性質-----延展性和導電性都很差。

二、晶體結構

1、晶體學基礎

(1)空間點陣和晶胞

(2)晶向指數和晶面指數

(3)晶體的對稱性

2、金屬的晶體結構

(1)三種典型的金屬晶體結構

(2)晶體的原子堆垛方式和間隙

(3)多晶型性

3、合金相結構

(1)固溶體

(2)中間相

4、離子晶體結構

5、共價晶體結構

基本概念：

晶體與非晶體、空間點陣、晶格和晶胞、晶向指數和晶面指數、晶帶和晶帶定律、密排面和密排方向、堆垛方向和堆垛次序、固溶體和化合物、配位數

內容要求：

(1)晶向指數和晶面指數的確定(按圖示寫出晶向指數和晶面指數，在圖中畫出對應晶向和晶面)

(2)晶帶定律的應用

(3)晶面間距

(4)金屬中三種典型晶體結構的原子位置、晶胞中原子數、原子半徑和點陣常數關系、致密度和原子間隙大小、配位數、密排方向和密排面

(5)晶體的原子堆垛方式和堆垛間隙

(6)固溶體的基本特征，分類，影響固溶體溶解度的因素，固溶體的性質

(7)金屬間化合物(中間相)的類型，固溶體與中間相的區別

(8)配位數與離子半徑比的關系，離子晶體結構的影響因素，離子晶體的結構規則(鮑林規則)，典型的離子晶體(AB 型、AB2 型等)

三、晶體缺陷

1.點缺陷

(1)點缺陷的形成

(2)點缺陷的平衡濃度

(3)點缺陷的運動

2.位錯

(1)位錯的基本類型和特征

(2)伯氏矢量

(3)位錯的運動

(4)位錯的生成和增值

(5)實際晶體結構中的位錯

3.表面及界面

(1)外表面

(2)晶界和亞晶界

(3)孿晶界

(4)相界

概念知識點理解：

單晶體與多晶體、點缺陷、線缺陷、面缺陷空位位錯伯氏矢量刃型位錯和螺型位錯、混和位錯、滑移與攀移層錯不全位錯位錯反應

內容要求：

(1)點缺陷的形成與平衡濃度

(2)柏氏矢量的確定，物理意義及守恒性

(3)位錯的基本類型和特征，重點注意位錯線與柏氏矢量，位錯線移動方向、晶體滑移方向與外加應力方向之間的關系

(4)位錯運動的兩種基本形式：滑移和攀移的特點

(5)位錯的增殖機制

(6)堆垛位錯與不全位錯

(7)位錯反應的條件

(8)小角度和大角度晶界模型

(9)晶界能與晶界特性

(10)孿晶界與相界

四、固體中原子及分子的運動

1.表象理論

(1)菲克第一定律

(2)菲克第二定律

2.擴散的原子理論

(1)擴散機制

(2)原子跳躍和擴散系數

3. 擴散激活能

4.影響擴散的因素

5.反應擴散

概念知識點理解：

擴散分類、擴散通量、上坡擴散與反應擴散擴散路徑擴散激活能

內容要求：

(1)菲克第一定律的含義和各參數的量綱

(2)“下坡擴散”和“上坡擴散”的熱力學判別條件

(3)擴散的幾種機制，著重點是間隙機制和空位機制

(4)間隙原子擴散比置換原子擴散容易的原因

(5)計算和求解擴散系數及擴散激活能的方法

(6)影響擴散的主要因素

五、材料的形變和再結晶

1.彈性和黏彈性

(1)彈性變形的本質

(2)彈性變形的特征和彈性模量

(3)彈性的不完整性

(4)黏彈性

2.晶體的塑性變形

(1)單晶體的塑性變形

(2)多晶體的塑性變形

名詞概念：

滑移、滑移線、滑移帶、滑移系、滑移面、滑移方向、臨界分切應力、孿生、孿晶面、孿生方向、取向因子、柯氏氣團、固溶強化、細晶強化、彌散強化、第二相強化、纖維組織、胞狀亞結構、加工硬化

內容要求：

(1)了解彈性變形的概念及產生的微觀機制;

(2)熟悉滑移、孿生變形的主要特點;滑移系統及施密特定律;多晶體的塑性變形;

(3)能用位錯理論解釋晶體的滑移過程，滑移帶和滑移線的形成，滑移系的特點;

(4)理解加工硬化、細晶強化、彌散強化、固溶強化等相同點及不同點;不可變形第二相彌散強化，可變性第二相彌散強化

(5)了解纖維組織、胞狀亞結構、加工硬化的的概念以及這些變化的實際意義。

六、單組元相圖及純晶體的凝固

1.單元系相變的熱力學及相平衡

(1)相平衡條件和相律

(2) 單元系相圖

2. 純金屬的凝固

(1)液態結構

(2)晶體凝固的熱力學條件

(3)形核

(4)晶體長大

(5)凝固理論應用

概念知識點理解：相、相變、凝固、組元、相平衡、吉布斯相律冷卻曲線過冷度均勻形核、非均勻形核、能量起伏、結構起伏臨界晶核形核功形核率形核劑、粗糙界面、光滑界面、連續長大方式二維晶核長大方式螺旋位錯長大方式、正(負)溫度梯度平面狀長大樹枝狀長大

內容要求：

(1)熟悉吉布斯相律;

(2)掌握單元系相圖的繪制方法，熟悉水、純鐵和SiO₂的相圖;

(3)理解液態結構特點和凝固本質;

(4)理解相變自由能、理論熔點及相變的熱力學條件;

(5)掌握均勻形核理論，均勻形核與非均勻形核的比較;

(6)理解界面情況對晶體長大方式的影響;

(7)理解界面前端正負溫度梯度與最終生長形態的關系;

(8)了解單晶制備和細晶強化原理

七、二元系相圖及其合金的凝固

1.相圖的表示和測定方法

2. 相圖熱力學的基本要點

3. 二元相圖分析

(1)勻晶相圖和固溶體凝固過程

(2)共晶相圖及其合金凝固

(3)包晶相圖及其合金凝固

(4)復雜二元相圖的分析方法

概念知識點理解：多相平衡、杠桿定律、勻晶、共晶、包晶相組織組成物偽共晶離異共晶

內容要求：

(1)熟悉二元相圖表示方法;

(2)會使用熱分析法繪制二元相圖;

(3)理解化學勢的確定、多相平衡的公切線原理;

(4)熟悉二元相圖的幾何規律;

(5)理解勻晶相圖的特點、形成條件;會分析平衡凝固過程;能與純金屬凝固過程進行比較;掌握非平衡凝固過程;

(6)理解共晶相圖特點、形成條件;能夠分析典型成分平衡凝固過程，做出冷卻曲線，能夠區分相和組織，能使用杠桿定律計算室溫時相含量;會分析非平衡凝固過程分析，理解偽共晶和離異共晶的形成原因及消除辦法;

(7)理解包晶相圖特點、形成條件;能夠分析典型成分平衡凝固過程及非平衡凝固過程;

(8)了解穩定化合物、不穩定化合物及其他類型二元相圖。

八、三元相圖

概念知識點理解：

成分三角形、直線法則、杠桿法則、重心法則、相區接觸法則、水平截面圖、垂直截面圖、投影圖、共軛線、連接線、蝶形曲線

內容要求：

(1)掌握三元相圖表示方法;

(2)會使用直線法則和重心法則。

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2023年湖北大學材料科學與工程專業考研材料科學基礎科目考試大綱