2021石家庄铁道大学材料科学基础研究生考试大纲 正文

硕士生入学考试《材料科学基础》考试大纲
 
课程名称：材料科学基础
Ⅰ、考试总体要求
掌握金属材料、无机非金属材料以及高分子材料的共性基础理论，研究材料的结构、缺陷、相图、凝固与扩散等共性理论及规律，包括材料的原子结构，材料的晶体结构与缺陷，金属材料、无机非金属材料以及高分子材料的结构特点，典型相图的特征及分析，材料的组织结构，凝固的基本理论等，要求学生掌握比较全面系统的材料科学基础理论及知识，具备材料结构分析的基本能力。
Ⅱ、考试方式
1、考试方法：笔试，闭卷，满分150分。
2、考试时间：180分钟。
Ⅲ、试卷结构
1、题型及分数比例
选择题10-20%   填空题 15-20%   分析简答题 30-40%   计算题 10-20%
2、试题难易及分数比例
较易40%     中等难度50%      较难10%
Ⅳ、主要参考书
1、材料科学基础. 付华，张光磊主编，北京大学出版社，2016.10。
2、材料科学基础. 徐恒钧主编，北京工业大学出版社，2002
3、材料科学基础. 陶杰、姚正军等编，化学工业出版社，2006。
Ⅴ、考试的内容及比例
    考试的主要内容包括材料的原子结构，材料的晶体结构与缺陷，金属材料、无机非金属材料以及高分子材料的结构特点，典型相图的特征及分析等有关内容。具体的考试内容有：
1 材料的原子结构（5～ 10％）：
（1）材料科学主要研究的核心问题。
（2）材料的结构的三个水平。
（3）根据不同标准，材料是如何分类的？
（4）金属材料、陶瓷材料（无机非金属材料）、高分子聚合物材料各以什么结合键为主？
2、晶体学基础（20 ～ 30％）：
（1）晶体与非晶体、晶格与晶胞等基本概念。晶体与非晶体的最根本区别？
（2）晶向指数与晶面指数表示方法，理解晶体投影的表示方法。表征晶体中晶向和晶面的方法？
（3）理解晶体的宏观对称性，对称要素和对称操作。晶族，晶系，布拉菲Bravais点阵，点群和空间群的基本概念和数目。
3. 材料的结构（20 ～ 30％）
（1）金属材料典型结构（bcc、fcc、hcp）类型及性能特点。fcc、bcc、hcp晶体的结构特征分析，包括最密排方向，最密排面，配位数，致密度，密度计算等。
（2）掌握常见无机化合物的晶体结构，CsCl型，NaCl型结构，CaF2型和MgO型晶体结构特征。
（3）掌握硅酸盐晶体的结构特点和类型。硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是什么？根据硅酸盐晶体的络阴离子特征判断晶体结构类型
（4）掌握高分子材料的组成和结构特征，掌握高分子的聚集态结构特点，初步理解高分子材料的性能与结构的关系。
4、晶体结构缺陷（20～ 25％）：
（1）按几何组态，晶体中的缺陷分类。
（2）点缺陷、线缺陷、面缺陷各包括哪些？位错的类型有哪些？
（3）空位、刃型位错和螺型位错、柏氏矢量、滑移与攀移等基本概念。
（4）点缺陷的类型及形成，点缺陷对性能的影响。
（5）立方晶系中刃型位错和螺型位错原子模型及其对应的柏氏矢量。描述位错性质及特征的是什么？如何根据位错线与柏氏矢量的关系判断位错的性质？柏氏矢量实际上反应了位错线周围区域的什么变化？
（6）位错的基本运动方式有什么？位错滑移一般沿着晶体的什么面和什么方向进行？
（7）理解位错的应力场与弹性能，位错与位错间的交互作用，位错与点缺陷间的交互作用，位错增殖、塞积和交割等。
（8）位错反应的几何条件和能量条件。全位错、不全位错、Shockley 不全位错和Franker不全位错的概念。
（9）综合分析刃位错和螺位错的异同点。
（10）表面能来源于什么？大、小角度晶界的晶界结构模型，晶界的特性。共格、半共格和非共格相界面特征。晶界迁移的驱动力是什么？
（11）界面能对显微组织形貌的影响。在晶粒内部形成第二相时，若第二相和基体之间的界面能大，则其一般为什么形状，若要减少弹性应变能，一般会长成什么形状？
5、相图（30 ～ 40％）：
（1）合金、组元、相、组织、组织组成物、相律、杠杆定律的基本概念。在二元系合金相图中，杠杆法则只能用于什么相区？
（2）二元相图的特点及分析方法，分析相变过程及相与组织组成物的计算。平衡凝固是指什么？
（3）Fe-Fe3C平衡相图，分析相和组织转变过程，计算平衡转变时相组成和组织组成物的相对含量，绘制室温组织示意图。理解相与组织的区别和联系。
（4）三元系的成分表示方法，三相平衡区和四相平衡区空间结构特点和截面图中的形状及应用。固态互不溶的三元共晶相图的投影图结晶过程和相与组织分析及杠杆定律的应用。
6、扩散（3 ～ 5％）：
（1）扩散与扩散系数的基本概念。扩散的机理有哪些？
（2）菲克第一和第二定律的适用条件。
（3）柯肯达尔效应的基本概念。影响扩散系数的因素。
（4）上坡扩散与反应扩散的概念。 
7、材料的凝固（5 ～ 8％）：
（1）凝固过程包括什么？凝固的驱动力是什么？凝固的阻力是什么？凝固形核的方式有哪些？
（2）什么是过冷现象？什么是成分过冷？成分过冷对晶体生长形貌的影响？
（3）固溶体结晶的形核条件有哪些？固溶体结晶与纯金属结晶的差异有哪些？
（4）晶体生长形态（平面/树枝晶）和其成分（纯物质/合金）和温度梯度（正/负）的关系？
（5）共晶转变特点及共晶组织形貌有哪些？
（6）分析平衡结晶和非平衡结晶的不同。固溶体不平衡凝固时，什么条件下凝固后溶质分布愈不均匀，宏观偏析愈严重？
    （7）铸锭三晶区有哪些？

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