同济大学材料科学与工程学院考研专业课821材料科学基础大纲详解
材料科学基础考研大纲解析
材料科学基础考研大纲解析大纲解析及重点知识（自编）【考试大纲解析】绪论部分材料科学与工程：1.材料的主要类型及其基本特性。
工程材料主要可以划分为：金属、陶瓷、聚合物、复合材料、半导体。
通常所说的三大固体材料是：金属材料（金属中大量的自由电子能在金属两端电势差的作用下定向流动，形成电流，显示金属良好的导电性。
温度升高，金属正离子振动振幅增大，电子运动受阻，电阻升高，因此金属具有正的电阻温度系数。
金属热量的传递，不仅依靠金属正离子的振动，更由于自由电子的运动，极大地增强了热量传递，所以金属具有良好的导热性。
自由电子容易吸收可见光的能量，随后又将吸收的可见光的能量辐射出来，从而使金属不透明具有光泽。
金属的两部分作相对位移时，金属正离子仍沉浸在电子云中，保持着金属键结合，因此金属能变形而不断裂，表现出延展性。
）、陶瓷材料（也叫无机非金属材料，特性：）、高分子材料（特性：质量轻、比强度高、比模量高、耐腐蚀性能好、绝缘性好。
）第1部分材料的原子结构与键合1.原子结构与原子的电子结构；原子结构、原子排列对材料性能的影响。
决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律，以及原子集合体的形貌特征等。
原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的。
原子的电子结构：电子在原子核外空间作高速旋转运动，就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，故称为电子云。
电子既具有粒子性又具有波动性，即波粒二象性。
2.材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。
【解析】结合键可分为化学键和物理键两大类。
化学键包括金属键、离子键和共价键；物理键即范德瓦尔斯力。
此外还有一种氢键，性质介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。
金属键无饱和性和方向性。
离子键——正负离子依靠他们之间的静电引力结合在一起。
同济大学821专业课2020年真题
2020年821同济大学材料科学基础真题
简答题（7*10）
1、从相结构的角度分析，化合物、晶体、固溶体和混合物之间的区别
2、试分析水泥或陶瓷材料的显微组织，以及显微组织对材料和性能的影响
3、分析红外光谱影响吸收谱带的因素，为什么不用水做溶剂
4、分析X射线、红外、紫外所吸收的能级以及所能收集的微观信息
5、晶体缺陷，可以用什么仪器（研究方法）分析观察
6、聚合物高弹态中分子运动的特点，可以说熵弹性吗？为什么
7、X射线能够使物质发出什么样的物理信号，并计算面间距
分析题（4*15）
1、NACL CSCL CAF2 为例，分析结晶学定律对晶体结构的影响，各自的具体晶体结构，并画出晶体结构图
2、电子显微镜比光学显微镜的分辨率高的原因？电子束在材料上产生哪些信号？扫描电镜中那些信号可以进行形貌分析，分辨率的大小？
3、金属材料的四大强化机制及其检测方法
4、高分子的应力松弛现象，举例分析分子内部的运动怎么防止或减少
综合题（20）
金属、陶瓷、高分子、混凝土，选择分析其组成结构性能效能？对其组成结构性能的试验方法。
821 材料科学与工程基础
821 材料科学与工程基础821材料科学与工程基础一、概述材料科学与工程基础是近年来随着先进科学技术的发展而逐渐兴起的一门新的综合性科学技术，是研究物质的结构、性能和制备工艺等方面的一门重要学科。
材料科学与工程基础研究的对象是各种不同性质的材料，包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、纳米材料等等。
材料科学与工程基础也是各种工程领域中不可或缺的一项技术支撑，广泛应用于航空航天、汽车、新能源、生物医学、电子信息等方面，它的研究成果在国防、科研和生产中扮演着不可替代的角色。
二、学科发展历程材料科学与工程基础属于新兴学科，其发展演变过程较为短暂，主要经历以下几个阶段：1、原始阶段此阶段主要是材料学研究，是以物相、结构、性能及加工性为研究对象的。
此阶段主要解决无机非金属材料的基础性问题，如水泥、石膏的结构、制备工艺等。
2、逐步形成综合阶段20世纪50年代，有机材料科学建立，此时的材料学才逐渐形成一种综合性学科。
此时的材料研究不仅注重材料的物相、结构、性能及加工性，还注重材料的环境适应性、可靠性、生态性等问题。
3、分科和各自发展阶段20世纪90年代，材料科学和材料工程分科，材料科学注重研究材料的基础理论，材料工程注重研究材料的工程应用。
此阶段材料学逐渐变成材料科学和工程。
4、新发展阶段21世纪初，新材料、纳米材料、生物材料逐渐兴起，材料科学和工程成为半导体、光电、杨氏模量、热电材料、强化材料、智能材料、复合材料、无机非金属材料、高分子材料等方向研究的主干学科，迎来新的发展阶段。
三、学科分支与重点领域材料科学和工程分科后，分为以下几个分支：1、材料物理与化学2、材料表面和界面科学3、材料合成与处理4、材料性能测试与加工工艺此外，材料科学与工程的重点领域有：1、航空航天材料的研究航空航天材料具有高强度、高韧性、耐腐蚀、耐高温等特点，在航空航天领域具有广泛的应用前景，研究该领域材料科学和工程是材料科学家和工程师的重要任务。
《材料科学基础》科目考试大纲
《材料科学基础》科目考试大纲《材料科学基础》科目考试大纲考试科目代码：801适用招生专业：材料物理与化学，材料学，材料加工工程，冶金物理化学，有色金属冶金考试主要内容：1．原子键合①原子结构；②离子键；③共价键；④金属键；⑤分子键；⑥高分子链。
2．固体结构①晶体学基础；②金属的晶体结构；③合金相结构；④离子晶体结构；⑤共价晶体结构；⑥聚合物晶体结构。
3．晶体缺陷①点缺陷；②线缺陷；③表面及界面。
4．扩散迁移①扩散定律；②扩散机制；③影响扩散的因素。
5．变形与再结晶①弹性与塑性变形；②单晶体的塑性变形；③多晶体的塑性变形；④变形后的组织与性能；⑤合金的塑性变形；⑥回复和再结晶；⑦动态回复，动态再结晶和金属的热加工；⑧高聚物的塑性变形。
6．相与相平衡①相、组元，系统；②自由度，相律；③相图及其表示和测定方法；④材料中的基本相及其特征；⑤相图热力学基础。
7．单元相图及纯组元的凝固与结晶①单元系相图与相平衡；②纯金属的凝固与结晶；③铸锭结构及其影响因素；④高分子的结晶。
8．二元相图及合金的凝固与结晶①合金相结构、合金的结晶过程（包括平衡结晶与不平衡结晶）及合金相图的建立；②二元合金相图的基本类型及相图分析；③合金性能与相图的关系；④二元合金的凝固理论；⑤纯铁的同素异构转变与铁碳相图；⑥高分子合金的凝固与结晶。
9．三元相图①三元相图基础；②固态下不溶解的三元共晶相图。
③固态互不溶解三元共晶相图的投影图、结晶过程、等温截面、变温截面。
④三元相图分析、等温截面、变温截面。
10．亚稳相与非平衡相变①纳米晶；②非晶；③固态相变形成的亚稳相；④脱溶转变、马氏体转变和贝氏体转变。
建议参考书目：[1]《材料科学基础》，胡赓祥、蔡珣主编，上海：上海交通大学出版社，2000年版。
[2]《材料科学基础》，石德珂主编，西安：西安交通大学出版社，2006年（第2版）。
《金属学与热处理》科目考试大纲考试科目代码：821适用招生专业：材料物理与化学(080501)，材料学(080502)，材料加工工程(080503)冶金物理化学（080601），有色金属冶金（080603）考试主要内容：1．金属的结构与结晶①. 晶胞、晶系、晶面指数与晶向指数；②. 三种典型金属晶体的原子排列方式、晶胞原子数、配位数、致密度、密排晶向与密排晶面；③. 点缺陷、位错、界面的基本概念；④. 纯金属结晶规律、结晶条件、结晶过程中的形核、长大过程与晶粒尺寸控制、金属铸锭的组织与缺陷。
同济大学材料科学基础绪论资料
一门新的综合性学科的诞生。
什么是材料科学 ？
• 材料科学是一门以材料为研究对象，介于基础科
学与应用科学之间的称之为应用基础科学的学科。
• 基本内容： • （1）从化学的角度出发，研究材料的化学组成、
键性、结构与性能的关系及其规律
• （2）从物理的角度出发，研究材料的组成原子、
材料科学学科形成的 深层次原因分析（4）
许多不同类型的材料可以相互代替和补充， 能更充分发挥各种材料的优越性，达到物 尽其用的目的。（复合材料的原理问题的 提出）
材料科学学科形成的 深层次原因分析（5）
• 最后，复合材料在多数情况下是不同类型
材料的组合，如果对不同类型材料没有一 个全面的了解，作为新材料发展之一的复 合材料的研究开发必然受到影响。对各类 材料有一个深入的了解是复合材料发展的 基础。
离子或分子等的排列形式或方式。
• （B）性质： • 赋予材料的价值和应用性.
• 指材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，
主要决定于材料的组成与结构。
• （C）使用性能： • 是材料在使用条件下应用性能的度量.
也指在使用状态下表现的行为，它与材料设计、工
程环境密切相关。实用性能包括可靠性、耐用性、寿
材料结构关系
• 材料的结构包括不同晶体结构和非晶体，以及显微镜下
的微观结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有 了解了这些才能实现控制结构的目的。
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。 • 其内部结构包括四个层次：①原子结构；②结合键；③
原子的排列方式；④显微组织
• （A）组织结构： • 包含着决定材料性质和使用性能的原子、
材料科学学科形成的 深层次原因分析（2）
同济大学材料科学基础
一，解释下列名称或术语键合力：固体材料中原子间用于相连接及保持一定的几何形状或物性的结合力。
晶格能:：在0k时1mol离子化合物的各种离子相互移动至无限远及拆散成气态所需要的能量电负性：原子得到电子的能力空间格子：将晶体内部的结构基元抽象成几何点，将实际晶体使用三维点阵表示的空间结构晶胞：砸实际晶体中划分出的平行六面体单位基元点阵：把晶体内部的原子、离子或原子集团等结构抽象成几何的点平行六面体：空间格子中的最小单位基元，由六个两两平行且大小相等的面组成晶面指数：表示晶体中点阵平面的指数，由晶面在三个晶轴的截距值决定点群：宏观晶体对贺元素集合而成结的晶学群晶面常数：晶体定向中，轴率a：b：c和轴角α，β，γ统称为晶体的几何常数二，分别简述形成离子键和金属键的条件和特点离子键：条件：△X≥1.7特点：没有饱和性和方向性共价键：条件：0.7≤△X＜1.7特点：有饱和性和方向性金属键：条件：△X＜0.5特点：没有饱和性和明显的反向性三，范德华键和氢键的联系和区别联系：都是依靠分子或分子的偶极矩引力而形成区别：范德华键无饱和性和方向性，氢键有明显的饱和性和方向性四，简述元素周期表中金属离子半径变化的规律同周期随原子序数增加而减小，同主轴随原子序数增加而增大，对角线上离子半径大小大致相等。
五，写出单型三方柱，四方柱，四方双锥，六方柱填型中各晶面的晶面指数，并写出它们的对称性。
三方柱晶面指数(0 0 0 1)(0 0 0 1)(1 1 2 0)(1 2 1 0)(2 1 1 0)对称型 L33L23PC四方柱晶面指数(0 0 1)(0 1 0)(1 0 0)(0 1 0)(1 0 0)(0 0 1)对称型 L44L25PC四方双锥晶面指数（0 1 1）（1 0 1）（0 1 1）（1 0 1）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 1）（1 0 1）（0 1 1）（1 0 1）对称型 L44L25PC六方柱晶面指数（0 0 0 1）（0 0 0 1）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 0 0 ）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 0 0）对称型 L46L27PC六，写出立方体中六个晶面指数（0 0 1）（0 0 1）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）七，在六方晶体中标出晶面（0 0 0 1）（2 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 2 0）（1 2 1 0）的位置（0 0 0 1）面opqrst（2 1 1 0）面o’s’so（1 0 1 0）面tss’t’（1 1 2 0）面trr’t’（1 2 1 0）面qss’q’1，原子半径：分子内部原子的中心距为两个原子半径之和离子半径：离子周围的一个其他原子不能侵入的势力范围配位数：在晶体结构中，一个原子或离子直接相邻的原子或异号离子数目称为配位数点缺陷：亦称零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维反向上的缺陷都很小热缺陷：是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点肖特基缺陷：质点由面位置迁移到新表面位置，而在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位弗伦克尔缺陷：质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙点成对出现位错：质点在一维方向上偏离理想晶体中的周期性，规则性排列多产生的缺陷，这种缺陷的尺寸在一维方向上较长，而在另二维方向上较短2，四面体空隙个数=8*n/4=2n八面体空隙个数=6*n/6=n当大小不等的球体进行堆积时，其中较大的球将按六方和立方最紧密堆积方式进行堆积，而较小的球按自身大小填入其中的八面体空隙中或四面体空隙中3，原子数配位数堆积系数面心立方480.68体心立方2120.74密排立方6120.744，证明：晶胞体积=3√3/2*a2*1.6a原子体积=4π/3（a2/2）*6原子体积占晶胞体积=原子体积/晶胞体积=74.9%空隙率=1-74.9%=25.1%5，刃型位错的特点：①伯格斯矢量与刃型位错垂直②刃型位错有正负之分，把多余半原子面在滑移面上边的刃型位错称为正刃型位错，反之为负刃型位错③在刃型位错的周围要发生晶体的畸变，在多余的半原子面的这一边晶体收挤压缩变形，原子间距离变小，而另一边的晶体则受拉膨胀变形，原子间距增大，从而使位错周围产生弹性应变，形成应力场④位错在晶体中引起的畸变在位错处最大，离位错线越远的晶格畸变越小，原子严重错排列的区域只有几个原子间距，因此，位错是沿位错线为中心的一条狭长管道螺旋位错的特征：①伯格斯矢量与刃型位错平行②螺旋位错分为左旋和右旋，根据螺旋面旋转方向，符合右手法则的称为右旋螺旋位错，符合左手法则的称为左旋位错③螺旋位错只引起剪切畸变，而不引起体积膨胀和收缩，因为存在晶格畸变，所以在位错线附近也形成应力场，同样的，离位错线距离越远，晶格畸变越小，螺旋位错也只包含几个原子宽度的线缺陷。
《材料科学基础》入学考试大纲
研究生《材料科学基础》入学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，着重研究材料的成分、加工方法与材料的组织、性能之间的关系以及其变化规律，它是如何发挥材料潜力使用好现有材料和研究开发新材料的理论基础，也是学习材料学科专业课的先行课程，所以设立为材料学科专业硕士研究生的入学专业基础考试课程。
二、考试的学科范围考查的详细要点见第二部分。
知识面要全面兼顾，重点在于基础。
三、评价目标对《材料科学基础》的基本理论掌握，应用基本理论分析常见的工程现象的能力。
分析问题要求文字语言通顺，层次清楚；回答问题要求要点明确，即提出论点，指明方向，简要说明理由；计算题要有明确原理，原始数据来源，准确的结果，合理的计量单位。
四、考试形式与试卷结构考试时间180分钟，采用闭卷笔试。
题形为问答方式的分析和论述题，含通用的计算内容。
按题目内容分小题按要点记分。
五、参考书目西安交大石德柯等编《材料科学基础》，2003年第二版,或其它相似教科书。
第二部分考试要点第一章材料结构的基本知识：原子结构，原子结合键，原子排列方式，晶体材料的组织，材料的稳态结构与亚稳态结构第二章材料中的晶体结构：晶体学基础，纯金属的晶体结构，离子晶体的结构，共价晶体的结构第三章高分子材料的结构：高分子材料概述，高分子链的结构及构象，高分子的聚集态结构，高分子材料的性能与结构第四章晶体缺陷：点缺陷，位错的基本概念，位错的能量及交互作用，晶体中的界面第五章材料的相结构及相图：材料的相结构，二元相图及其类型，复杂相图分析，相图的热力学基础，三元系相图及其类型第六章材料的凝固与气相沉积：材料凝固时晶核的形成，材料凝固时晶体的生长，固溶体合金的凝固，共晶合金的凝固，制造工艺与凝固组织，用凝固法材料的制备技术，材料非晶态，材料的气－固转变，气相沉积法的材料制备技术第七章扩散与固态相变：扩散定律及其应用，扩散机制，影响扩散的因素与扩散驱动力，几个特殊的有关扩散的实际问题，固态相变中的形核，固态相变的晶体成长，扩散型相变，无扩散相变第八章材料的变形与断裂：金属变形概述，金属的弹性变形，滑移与孪晶变形，单晶体的塑性变形，多晶体的塑性变形，纯金属的变形强化，合金的变形与强化，冷变形金属的组织与性能，金属的断裂，冷变形金属的回复阶段，冷变形金属的再结晶，金属的热变形、蠕变与超塑性，陶瓷晶体的变形，高分子材料(聚合物)的变形。
824 材料科学基础《材料物理》考试大纲
824 材料科学基础《材料物理》考试大纲一、考试目的本考试为材料物理与化学专业(选考)学位研究生的入学资格考试的专业基础。
招生单位根据考生参加本考试的成绩和其他三门课程每门课程和总成绩的情况决定是否可以获得复试资格。
二、考试的基本要求要求考生具备一定材料科学与大学物理等方面的基础知识。
掌握材料物理的基础理论、基本概念、基本规律；材料宏观性质的微观本质；具备运用所学基础知识分析解决材料物理实际问题的能力。
三、考试的范围和内容考试范围包括本大纲规定的专业知识：1、材料的力学性质，包括材料的形变，塑性、蠕变与黏弹性，断裂与机械强度。
2、材料的热学性质，包括材料的热容量，热膨胀，热传导，热稳定性。
3、材料的电学性质，包括材料的电导，介电性，铁电性，超导性。
4、材料的磁学性质，包括材料的抗磁性和顺磁性，铁磁性，磁性指标。
5、材料的光学性质，包括材料的透光性，激光与激光材料，光的传输与光纤材料，非线性光学效应；6、材料的声学性质，包括声波的产生与传播，室内声学与吸声材料，水中声学与水生材料，超声、微声、次声及其材料。
7、材料的功能转换，包括电-光和光-弹功能转换，压电效应，功能转换材料。
四、考试形式和题型考试形式为闭卷、笔试，采取客观试题与主观试题相结合，单项技能测试与综合技能测试相结合的方法，主要考核考生对基础知识的掌握程度与解决实际问题的能力。
考试包括三个部分：1、填空题主要考核材料物理的基本概念、基本原理及基础现象等方面。
共40分。
2、简答题要求考生用简练的语言回答有关材料物理的基础现象及其基本原理等方面的简答题。
共计60分。
3、计算题要求考生求解或论证有关材料物理性质及其应用方面的计算题。
共计50分。
五、考试成绩满分总分为150分，考试时间为180分钟。
六、答题要求要求考生用钢笔或圆珠笔做在答题卷上。
考试过程需要使用科学计算器。
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821材料科学基础大纲详解
本课程主要考察考生对材料科学的基础理论和专业知识的掌握程度，以及运用这些理论和知识解决实际问题的能力。
同时还将考察考生对常规材料表征技术的掌握程度和应用能力。
考查的知识要点包括以下内容:
(1)材料及材料科学的含义:材料及材料的基本要素和相互之间的关系、材料的结构层次及材料结构与性能的关系、材料选择的基本原理;
(2)材料的原子结构与分子结构:原子结构、原子间的键合、材料的化学组成和结构对性能的影响、高分子链的近程结构与远程结构:
(3)固体材料结构基础:晶体的基本特性、晶体的结构特征(空间点阵和晶胞、晶向指数和晶面指数)、配位数和配位多面体、金属的晶体结构、离子晶体结构、共价晶体结构、
高分子凝聚态结构(晶态结构、非晶态结构、取向结构)、非晶态的形成及结构特征、固体材料能带结构的基础知识(导体、半导体、绝缘体)及与性能之间的关系;
(4)晶体的结构缺陷:缺陷分类、点缺陷的形成、位错的基本类型和特征、晶体结构缺陷对材料性能的影响;
(5)材料的相结构与相变:相的定义、相结构、固溶体的概念及特点、相变的定义、相变的分类(按结构分类、按热力学分类、按相变方式分类、按原子迁移特征分类)、结晶的基本规律与条件:热力学条件、动力学条件(成核-长大机理);
(6)高分子材料中的分子链运动:高分子链的内旋转及柔顺性的本质和影响因素，高分子材料的三种力学状态(玻璃态、高弹态及粘流态)、玻璃化转变温度;
(7)金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料的结构特征、性能特点及其应用分析;
(8)常规材料表征技术及应用:XRD、TEM、SEM、IR、DSC的工作原理、影响这些表征技术的主要因素及在材料研究中的应用。
考试题型: 专业术语或基本概念的解释、简答题、论述或辨析题、综合分析题等。