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《 材 料 科 学 基 础 》 考 试 大 纲
第 一 部 分 考 试 说 明
一 、 考 试 性 质
《 材 料 科 学 基 础 》 是 材 料 学 科 的 专 业 基 础 课 ， 也 是 学 习 材 料 学 科
专 业 课 的 先 行 课 程 ，设 立 为 材 料 科 学 与 工 程 一 级 学 科 硕 士 研 究 生 的 入
学 专 业 基 础 考 试 课 程 ， 由 我 校 材 料 科 学 与 工 程 学 院 命 题 。 考 试 的 评 价
标 准 是 普 通 高 等 学 校 材 料 、 化 学 、 物 理 、 化 工 及 相 近 专 业 优 秀 本 科 毕
业 生 能 达 到 的 及 格 或 及 格 以 上 水 平 。
二 、 考 试 的 学 科 范 围
应 考 范 围 包 括 ： 材 料 的 微 观 结 构 ， 包 括 原 子 的 排 列 方 式 ， 理 想 的
完 整 结 构 、 不 完 整 结 构 （ 晶 体 缺 陷 ）、 固 体 中 原 子 和 分 子 的 运 动 （ 扩
散 ）、 材 料 的 变 形 和 回 复 再 结 晶 ； 材 料 组 织 结 构 的 变 化 规 律 ， 包 括 单
元 系 的 相 变 、 二 元 合 金 系 的 相 变 规 律 、 三 元 合 金 系 的 相 变 规 律 。
三 、 评 价 目 标
材 料 科 学 基 础 是 材 料 科 学 与 工 程 、 材 料 化 学 、 高 分 子 材 料 科 学 与
工 程 、 新 能 源 材 科 与 器 件 及 相 关 专 业 的 重 要 学 科 基 础 课 。 本 课 程 考 试
旨 在 考 查 考 生 是 否 掌 握 材 料 科 学 研 究 的 基 础 理 论 ， 即 各 种 材 料 （ 包 括
金 属 、 陶 瓷 、 高 分 子 材 料 ） 的 微 观 结 构 和 宏 观 结 构 规 律 ， 考 查 学 生 是
否 能 够 运 用 材 料 科 学 的 基 本 原 理 解 决 实 际 工 程 问 题 。
四 、 考 试 形 式 与 试 卷 结 构
(一 ) 答 卷 方 式 ： 闭 卷 ， 笔 试 ；
(二 ) 答 题 时 间 ： 180 分 钟 ；
(三 ) 参 考 书 目
《 材 料 科 学 基 础 》 胡 赓 祥 ， 蔡 珣 ， 戎 咏 华 编 著 ， 上 海 交 通 大 学 出 版 社
第 二 部 分 考 查 要 点
一 、 原 子 结 构 与 键 合
名 词 概 念 ： 金 属 键 、 离 子 键 、 共 价 键 、 氢 键 、 范 德 瓦 耳 斯 力 ， 主 量 子
数 、 轨 道 角 动 量 量 子 数 、 磁 量 子 数 、 自 旋 角 动 量 量 子 数 、 同 位 素
内 容 要 求 ：
1. 原 子 中 一 个 电 子 的 空 间 位 置 和 能 量 由 哪 四 个 量 子 数 确 定 ： 主 量 子
数 n； 轨 道 角 动 量 量 子 数 li； 磁 量 子 数 mi； 自 旋 角 量 子 数 si.
2. 核 外 电 子 排 布 规 律 遵 循 的 三 个 原 则 ： 能 量 最 低 原 理 ； 泡 利 不 相 容
原 理 ； 洪 特 定 则 。
3. 元 素 周 期 表 在 同 一 周 期 中 ， 从 左 到 右 各 元 素 的 原 子 半 径 、 电 离 能 、
金 属 性 、 非 晶 属 性 等 的 变 化 规 律 ； 在 同 一 主 族 中 ， 从 上 到 下 原 子
半 径 、 电 离 能 、 金 属 性 、 非 金 属 性 等 的 变 化 规 律 。
重 难 点 ：
1. 用 金 属 键 的 特 征 解 释 金 属 材 料 的 性 质 -----① 良 好 的 导 电 、 导 热
性 ； ② 良 好 的 延 展 性 。
2. 用 共 价 键 的 特 征 解 释 共 价 键 结 合 的 晶 体 材 料 的 性 质 -----延 展 性
和 导 电 性 都 很 差 。
二 、 晶 体 结 构
1、 晶 体 学 基 础
（ 1） 空 间 点 阵 和 晶 胞
（ 2） 晶 向 指 数 和 晶 面 指 数
（ 3） 晶 体 的 对 称 性
2、 金 属 的 晶 体 结 构
（ 1）三种典型的金属晶体结构
（ 2）晶体的原子堆垛方式和间隙
（ 3）多晶型性
3、合金相结构
（ 1）固溶体
（ 2）中间相
4、离子晶体结构
5、共价晶体结构
基本概念：
晶体与非晶体 、 空间点阵 、 晶格和晶胞 、 晶向指数和晶面指数 、 晶带
和晶带定律 、 密排面和密排方向 、 堆垛方向和堆垛次序 、 固溶体和化
合物、配位数、
内容要求：
（ 1） 晶向指数和晶面指数的确定 （ 按图示写出晶向指数和晶面指数 ，
在图中画出对应晶向和晶面）
（ 2）晶带定律的应用
（ 3）晶面间距
（ 4）金属中三种典型晶体结构的原子位置、晶胞中原子数、原子半
径和点阵常数关系 、 致密度和原子间隙大小 、 配位数 、 密排方向和密
排面
（ 5）晶体的原子堆垛方式和堆垛间隙
（ 6）固溶体的基本特征，分类，影响固溶体溶解度的因素，固溶体
的性质
（ 7）金属间化合物（中间相）的类型，固溶体与中间相的区别
（ 8）配位数与离子半径比的关系，离子晶体结构的影响因素，离子
晶体的结构规则（鲍林规则 ），典型的离子晶体（ AB 型、 AB2 型等）
三、晶体缺陷
1. 点缺陷
（ 1）点缺陷的形成
（ 2）点缺陷的平衡浓度
（ 3）点缺陷的运动
2. 位错
（ 1）位错的基本类型和特征
（ 2）伯氏矢量
（ 3）位错的运动
（ 4）位错的生成和增值
（ 5）实际晶体结构中的位错
3. 表面及界面
（ 1）外表面
（ 2）晶界和亚晶界
（ 3）孪晶界
（ 4）相界
概念知识点理解：
单晶体与多晶体 点缺陷 线缺陷 面缺陷 空位 位错 伯氏矢量 刃型
位错和螺型位错 混和位错 滑移与攀移 层错 不全位错 位错反应
内容要求
（ 1）点缺陷的形成与平衡浓度
（ 2）柏氏矢量的确定，物理意义及守恒性
（ 3）位错的基本类型和特征，重点注意位错线与柏氏矢量，位错线
移动方向、晶体滑移方向与外加应力方向之间的关系。
（ 4）位错运动的两种基本形式：滑移和攀移的特点
（ 5）位错的增殖机制
（ 6）堆垛位错与不全位错
（ 7）位错反应的条件
（ 8）小角度和大角度晶界模型
（ 9）晶界能与晶界特性
（ 10 ）孪晶界与相界
四、固体中原子及分子的运动
1. 表象理论
（ 1）菲克第一定律
（ 2）菲克第二定律
2. 扩散的原子理论
（ 1）扩散机制
（ 2）原子跳跃和扩散系数
3. 扩散激活能
4. 影响扩散的因素
5. 反应扩散
概念知识点理解：
扩散分类 扩散通量 上坡扩散与反应扩散 扩散路径 扩散激活能
内容要求
（ 1）菲克第一定律的含义和各参数的量纲
（ 2）“ 下坡扩散 ” 和 “ 上坡扩散 ” 的热力学判别条件
（ 3）扩散的几种机制，着重点是间隙机制和空位机制。
（ 4）间隙原子扩散比置换原子扩散容易的原因
（ 5）计算和求解扩散系数及扩散激活能的方法
（ 6）影响扩散的主要因素
五、材料的形变和再结晶
1. 弹性和黏弹性
（ 1）弹性变形的本质
（ 2）弹性变形的特征和弹性模量
（ 3）弹性的不完整性
（ 4）黏弹性
2. 晶体的塑性变形
（ 1）单晶体的塑性变形
（ 2）多晶体的塑性变形
名词概念
滑移 、 滑移线 、 滑移带 、 滑移系 、 滑移面 、 滑移方向 、 临界分切应力 、
孪生 、 孪晶面 、 孪生方向 、 取向因子 、 柯氏气团 、 固溶强化 、 细晶强
化、弥散强化、第二相强化、纤维组织、胞状亚结构、加工硬化
内容要求：
（ 1）了解弹性变形的概念及产生的微观机制；
（ 2）熟悉滑移、孪生变形的主要特点；滑移系统及施密特定律；多
晶体的塑性变形；
（ 3）能用位错理论解释晶体的滑移过程，滑移带和滑移线的形成，
滑移系的特点；
（ 4）理解加工硬化、细晶强化、弥散强化、固溶强化等相同点及不
同点；不可变形第二相弥散强化，可变性第二相弥散强化
（ 5）了解纤维组织、胞状亚结构、加工硬化的的概念以及这些变化
的实际意义。
六、单组元相图及纯晶体的凝固
1．单元系相变的热力学及相平衡
（ 1）相平衡条件和相律
（ 2） 单元系相图
2. 纯金属的凝固
（ 1）液态结构
（ 2）晶体凝固的热力学条件
（ 3）形核
（ 4）晶体长大
（ 5）凝固理论应用
概念知识点理解：
相 相变 凝固 组元 相平衡 吉布斯相律 冷却曲线 过冷度 均匀
形核 非均匀形核 能量起伏 结构起伏 临界晶核 形核功 形核率
形核剂 粗糙界面 光滑界面 连续长大方式 二维晶核长大方式
螺旋位错长大方式 正（负）温度梯度 平面状长大 树枝状长大
内容要求：
（ 1）熟悉吉布斯相律；
（ 2）掌握单元系相图的绘制方法，熟悉水、纯铁和 SiO 2的相图；
（ 3）理解液态结构特点和凝固本质；
（ 4）理解相变自由能、理论熔点及相变 的 热力学条件；
（ 5）掌握均匀形核理论， 均匀形核 与非均匀形核的 比较 ；
（ 6）理解界面情况对 晶体长大 方式的影响；
（ 7）理解界面 前端 正负 温度梯度与 最终生长 形态 的 关系 ；
（ 8）了解单晶制备和细晶强化原理
七、二元系相图及其合金的凝固
1. 相图的表示和测定方法
2. 相图热力学的基本要点
3. 二元相图分析
（ 1）匀晶相图和固溶体凝固过程
（ 2）共晶相图及其合金凝固
（ 3）包晶相图及其合金凝固
（ 4）复杂二元相图的分析方法
概念知识点理解：
多相平衡 杠杆定律 匀晶 共晶 包晶 相 组织 组成物 伪共晶 离
异共晶
内容要求：
（ 1）熟悉二元相图表示方法；
（ 2）会使用热分析法绘制 二元相图 ；
（ 3）理解化学势的确定、多相平衡的公切线原理；
（ 4）熟悉二元相图的几何规律；
（ 5） 理解匀晶相图的特点 、 形成条件 ； 会分析平衡凝固过程 ； 能
与纯金属凝固过程进行比较；掌握非平衡凝固过程；
（ 6） 理解共晶相图特点 、 形成条件 ； 能够分析典型成分平衡凝固
过程 ， 做出冷却曲线 ， 能够 区分 相和组织 ， 能 使用杠杆定律计算
室温时相含量 ； 会分析非平衡凝固过程分析 ， 理解伪共晶和离异
共晶的 形成原因及消除办法 ；
（ 7） 理解包晶相图特点 、 形成条件 ； 能够分析典型成分平衡凝固
过程及非平衡凝固过程；
（ 8）了解稳定化合物、不稳定化合物及其他类型二元相图。
八、三元相图
概念知识点理解：
成分三角形、直线法则、杠杆法则、重心法则、相区接触法则、
水平截面图、垂直截面图、投影图、共轭线、连接线、蝶形曲线
内容要求：
（ 1）掌握三元相图表示方法；
（ 2）会使用直线法则 和重心法则 。
第三部分 考试样题 (略 )
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