2023年湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)考研材料科學(xué)基礎(chǔ)科目考試大綱

第一部分 考試說(shuō)明

一、考試性質(zhì)

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是材料學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是學(xué)習(xí)材料學(xué)科專業(yè)課的先行課程，設(shè)立為材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科碩士研究生的入學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)考試課程，由我校材料科學(xué)與工程學(xué)院命題。考試的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是普通高等學(xué)校材料、化學(xué)、物理、化工及相近專業(yè)優(yōu)秀本科畢業(yè)生能達(dá)到的及格或及格以上水平。

二、考試的學(xué)科范圍

應(yīng)考范圍包括：材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括原子的排列方式，理想的完整結(jié)構(gòu)、不完整結(jié)構(gòu)(晶體缺陷)、固體中原子和分子的運(yùn)動(dòng)(擴(kuò)散)、材料的變形和回復(fù)再結(jié)晶;材料組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，包括單元系的相變、二元合金系的相變規(guī)律、三元合金系的相變規(guī)律。

三、評(píng)價(jià)目標(biāo)

材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料科學(xué)與工程、材料化學(xué)、高分子材料科學(xué)與工程、新能源材科與器件及相關(guān)專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課。本課程考試旨在考查考生是否掌握材料科學(xué)研究的基礎(chǔ)理論，即各種材料(包括金屬、陶瓷、高分子材料)的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)規(guī)律，考查學(xué)生是否能夠運(yùn)用材料科學(xué)的基本原理解決實(shí)際工程問(wèn)題。

四、考試形式與試卷結(jié)構(gòu)

(一) 答卷方式：閉卷，筆試;

(二) 答題時(shí)間：180 分鐘;

(三) 參考書(shū)目

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》胡賡祥，蔡珣，戎詠華編著，上海交通大學(xué)出版社

第二部分 考查要點(diǎn)

一、 原子結(jié)構(gòu)與鍵合

名詞概念：

金屬鍵、離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵、范德瓦耳斯力，主量子數(shù)、軌道角動(dòng)量量子數(shù)、磁量子數(shù)、自旋角動(dòng)量量子數(shù)、同位素

內(nèi)容要求：

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

2. 核外電子排布規(guī)律遵循的三個(gè)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(guī)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(guī)律。

重難點(diǎn)：

1. 用金屬鍵的特征解釋金屬材料的性質(zhì)-----①良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性;②良好的延展性。

2. 用共價(jià)鍵的特征解釋共價(jià)鍵結(jié)合的晶體材料的性質(zhì)-----延展性和導(dǎo)電性都很差。

二、晶體結(jié)構(gòu)

1、晶體學(xué)基礎(chǔ)

(1)空間點(diǎn)陣和晶胞

(2)晶向指數(shù)和晶面指數(shù)

(3)晶體的對(duì)稱性

2、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

(1)三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)

(2)晶體的原子堆垛方式和間隙

(3)多晶型性

3、合金相結(jié)構(gòu)

(1)固溶體

(2)中間相

4、離子晶體結(jié)構(gòu)

5、共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)

基本概念：

晶體與非晶體、空間點(diǎn)陣、晶格和晶胞、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)、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(shù)

內(nèi)容要求：

(1)晶向指數(shù)和晶面指數(shù)的確定(按圖示寫(xiě)出晶向指數(shù)和晶面指數(shù)，在圖中畫(huà)出對(duì)應(yīng)晶向和晶面)

(2)晶帶定律的應(yīng)用

(3)晶面間距

(4)金屬中三種典型晶體結(jié)構(gòu)的原子位置、晶胞中原子數(shù)、原子半徑和點(diǎn)陣常數(shù)關(guān)系、致密度和原子間隙大小、配位數(shù)、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(zhì)

(7)金屬間化合物(中間相)的類型，固溶體與中間相的區(qū)別

(8)配位數(shù)與離子半徑比的關(guān)系，離子晶體結(jié)構(gòu)的影響因素，離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則(鮑林規(guī)則)，典型的離子晶體(AB 型、AB2 型等)

三、晶體缺陷

1.點(diǎn)缺陷

(1)點(diǎn)缺陷的形成

(2)點(diǎn)缺陷的平衡濃度

(3)點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)

2.位錯(cuò)

(1)位錯(cuò)的基本類型和特征

(2)伯氏矢量

(3)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)

(4)位錯(cuò)的生成和增值

(5)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)

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(shí)點(diǎn)理解：

單晶體與多晶體、點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷空位位錯(cuò)伯氏矢量刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)、混和位錯(cuò)、滑移與攀移層錯(cuò)不全位錯(cuò)位錯(cuò)反應(yīng)

內(nèi)容要求：

(1)點(diǎn)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(cuò)的基本類型和特征，重點(diǎn)注意位錯(cuò)線與柏氏矢量，位錯(cuò)線移動(dòng)方向、晶體滑移方向與外加應(yīng)力方向之間的關(guān)系

(4)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的兩種基本形式：滑移和攀移的特點(diǎn)

(5)位錯(cuò)的增殖機(jī)制

(6)堆垛位錯(cuò)與不全位錯(cuò)

(7)位錯(cuò)反應(yīng)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(yùn)動(dòng)

1.表象理論

(1)菲克第一定律

(2)菲克第二定律

2.擴(kuò)散的原子理論

(1)擴(kuò)散機(jī)制

(2)原子跳躍和擴(kuò)散系數(shù)

3. 擴(kuò)散激活能

4.影響擴(kuò)散的因素

5.反應(yīng)擴(kuò)散

概念知識(shí)點(diǎn)理解：

擴(kuò)散分類、擴(kuò)散通量、上坡擴(kuò)散與反應(yīng)擴(kuò)散擴(kuò)散路徑擴(kuò)散激活能

內(nèi)容要求：

(1)菲克第一定律的含義和各參數(shù)的量綱

(2)“下坡擴(kuò)散”和“上坡擴(kuò)散”的熱力學(xué)判別條件

(3)擴(kuò)散的幾種機(jī)制，著重點(diǎn)是間隙機(jī)制和空位機(jī)制

(4)間隙原子擴(kuò)散比置換原子擴(kuò)散容易的原因

(5)計(jì)算和求解擴(kuò)散系數(shù)及擴(kuò)散激活能的方法

(6)影響擴(kuò)散的主要因素

五、材料的形變和再結(jié)晶

1.彈性和黏彈性

(1)彈性變形的本質(zhì)

(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(yīng)力、孿生、孿晶面、孿生方向、取向因子、柯氏氣團(tuán)、固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、纖維組織、胞狀亞結(jié)構(gòu)、加工硬化

內(nèi)容要求：

(1)了解彈性變形的概念及產(chǎn)生的微觀機(jī)制;

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

(3)能用位錯(cuò)理論解釋晶體的滑移過(guò)程，滑移帶和滑移線的形成，滑移系的特點(diǎn);

(4)理解加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化等相同點(diǎn)及不同點(diǎn);不可變形第二相彌散強(qiáng)化，可變性第二相彌散強(qiáng)化

(5)了解纖維組織、胞狀亞結(jié)構(gòu)、加工硬化的的概念以及這些變化的實(shí)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(xué)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(tài)結(jié)構(gòu)

(2)晶體凝固的熱力學(xué)條件

(3)形核

(4)晶體長(zhǎng)大

(5)凝固理論應(yīng)用

概念知識(shí)點(diǎn)理解：相、相變、凝固、組元、相平衡、吉布斯相律冷卻曲線過(guò)冷度均勻形核、非均勻形核、能量起伏、結(jié)構(gòu)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(xù)長(zhǎng)大方式二維晶核長(zhǎng)大方式螺旋位錯(cuò)長(zhǎng)大方式、正(負(fù))溫度梯度平面狀長(zhǎng)大樹(shù)枝狀長(zhǎng)大

內(nèi)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(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和凝固本質(zhì);

(4)理解相變自由能、理論熔點(diǎn)及相變的熱力學(xué)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(duì)晶體長(zhǎng)大方式的影響;

(7)理解界面前端正負(fù)溫度梯度與最終生長(zhǎng)形態(tài)的關(guān)系;

(8)了解單晶制備和細(xì)晶強(qiáng)化原理

七、二元系相圖及其合金的凝固

1.相圖的表示和測(cè)定方法

2. 相圖熱力學(xué)的基本要點(diǎn)

3. 二元相圖分析

(1)勻晶相圖和固溶體凝固過(guò)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(fù)雜二元相圖的分析方法

概念知識(shí)點(diǎn)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(nèi)容要求：

(1)熟悉二元相圖表示方法;

(2)會(huì)使用熱分析法繪制二元相圖;

(3)理解化學(xué)勢(shì)的確定、多相平衡的公切線原理;

(4)熟悉二元相圖的幾何規(guī)律;

(5)理解勻晶相圖的特點(diǎn)、形成條件;會(huì)分析平衡凝固過(guò)程;能與純金屬凝固過(guò)程進(jìn)行比較;掌握非平衡凝固過(guò)程;

(6)理解共晶相圖特點(diǎn)、形成條件;能夠分析典型成分平衡凝固過(guò)程，做出冷卻曲線，能夠區(qū)分相和組織，能使用杠桿定律計(jì)算室溫時(shí)相含量;會(huì)分析非平衡凝固過(guò)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(diǎn)、形成條件;能夠分析典型成分平衡凝固過(guò)程及非平衡凝固過(guò)程;

(8)了解穩(wěn)定化合物、不穩(wěn)定化合物及其他類型二元相圖。

八、三元相圖

概念知識(shí)點(diǎn)理解：

成分三角形、直線法則、杠桿法則、重心法則、相區(qū)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(nèi)容要求：

(1)掌握三元相圖表示方法;

(2)會(huì)使用直線法則和重心法則。

原文鏈接：

2023年湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)考研材料科學(xué)基礎(chǔ)科目考試大綱