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一、考試要求

 

材料科學(xué)基礎(chǔ)考試大綱適用于北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部材料科學(xué)與工程系（0805）材料科學(xué)與工程和（0856）材料與化工（專(zhuān)業(yè)學(xué)位），及北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部激光工程研究院（0854）電子信息（專(zhuān)業(yè)學(xué)位）的碩士研究生招生考試。此課程是材料科學(xué)與工程學(xué)科的重要基礎(chǔ)理論課，是理解并學(xué)習(xí)各種材料其結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間聯(lián)系的基礎(chǔ)。材料科學(xué)基礎(chǔ)的考試內(nèi)容主要包括各類(lèi)材料共性基礎(chǔ)知識(shí)部分（原子結(jié)構(gòu)與結(jié)合鍵、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、相圖與相平衡、材料的凝固）、金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)部分（金屬晶體中位錯(cuò)、表面與界面、塑性變形與再結(jié)晶、金屬晶體中擴(kuò)散、固態(tài)相變、金屬材料強(qiáng)韌化）和無(wú)機(jī)材料基礎(chǔ)知識(shí)部分（無(wú)機(jī)材料化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)、無(wú)機(jī)材料的缺陷、無(wú)機(jī)材料的相圖與相變過(guò)程、無(wú)機(jī)材料的

 

基本制造加工原理、無(wú)機(jī)材料的機(jī)械性能、無(wú)機(jī)材料的光學(xué)和電學(xué)性能），要求考生對(duì)其中的基本概念和基礎(chǔ)理論有深入的理解，系統(tǒng)掌握各類(lèi)基本概念、理論及其計(jì)算和分析的方法，具有綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決材料科學(xué)與工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

 

二、考試內(nèi)容

 

考試內(nèi)容分為材料共性知識(shí)、金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)和無(wú)機(jī)材料基礎(chǔ)知識(shí)三大部分，總分150分。其中，材料共性知識(shí)部分所有學(xué)生均需作答，共105分；金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)部分和無(wú)機(jī)材料基礎(chǔ)知識(shí)部分考生需根據(jù)自己的專(zhuān)業(yè)背景二選一作答，不能混做，共45分。題型一般包括名詞解釋、填空、判斷正誤、問(wèn)答、計(jì)算、分析題等。

 

（一）材料共性知識(shí)部分

 

1.原子結(jié)構(gòu)與結(jié)合鍵

 

（1）熟練掌握電離能、電子親和能、電負(fù)性、金屬間化合物、電子化合物等概念，熟練掌握原子核外電子排布，理解光的波粒二象性、測(cè)不準(zhǔn)原理、泡利不相容原理、洪特規(guī)則、能量最低原理、電子能帶結(jié)構(gòu)理論

 

（2）熟練掌握各種結(jié)合鍵的概念、特點(diǎn)、代表材料，通過(guò)結(jié)合鍵及原子間作用力和鍵能分析材料的物理化學(xué)性質(zhì)

 

2.晶體結(jié)構(gòu)

 

（1）掌握空間點(diǎn)陣、晶胞、空間群等晶體學(xué)基本概念，三大晶族與七大晶系分類(lèi)，理解晶體的宏觀對(duì)稱(chēng)性

 

（2）熟練掌握簡(jiǎn)單立方、體心立方、面心立方、密排六方等結(jié)構(gòu)的堆積方式、配位數(shù)、致密度、晶胞原子數(shù)、點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑之間的關(guān)系，熟練掌握各種結(jié)構(gòu)中晶向指數(shù)和晶面指數(shù)的表征，晶向族、晶面族的確定，晶面間距的計(jì)算，晶帶定律的應(yīng)用

 

3.晶體缺陷

 

（1）熟練掌握晶體缺陷的分類(lèi)，點(diǎn)缺陷的平衡濃度計(jì)算，固溶體的分類(lèi)、概念、特點(diǎn)、形成條件及影響因素，缺陷反應(yīng)方程計(jì)算

 

（2）熟練掌握各類(lèi)位錯(cuò)的定義及相關(guān)的基本概念，如滑移、滑移面、滑移方向、滑移系、臨界分切應(yīng)力、全位錯(cuò)、不全位錯(cuò)、位錯(cuò)密度等；掌握刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)的特點(diǎn)及其柏氏矢量的概念、確定與表征方法，掌握發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)的條件及其產(chǎn)物

 

（3）熟悉各類(lèi)面缺陷及體缺陷的定義及其對(duì)材料性能的影響

 

4.相圖與相平衡

 

（1）熟練掌握組元、組織、相、相平衡等重要概念的區(qū)別，理解相平衡時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)，相律的計(jì)算，能夠根據(jù)冷卻曲線建立相圖

 

（2）熟練掌握各類(lèi)二元基本相圖的分析，熟練掌握勻晶、包晶、共晶、亞共晶、過(guò)共晶、共析、亞共析、過(guò)共析轉(zhuǎn)變的概念、表達(dá)式、平衡結(jié)晶過(guò)程及組織特點(diǎn)，熟練利用杠桿定律計(jì)算相組成物和組織組成物

 

（3）熟練掌握作為二元相圖的典型代表—鐵碳相圖的分析，包括但不限于各特性點(diǎn)和特性線的溫度與碳濃度、相區(qū)名稱(chēng)、不同轉(zhuǎn)變過(guò)程的組織特點(diǎn)等

 

（4）熟悉三元系相圖的表示方法、直線法則、杠桿定律、重心法則

 

5.材料的凝固

 

（1）熟練掌握晶體材料結(jié)晶與長(zhǎng)大過(guò)程中相關(guān)的重要概念，如過(guò)冷度、均勻形核、非均勻形核、正（負(fù)）溫度梯度、成分過(guò)冷、相變潛熱、偽共晶等

 

（2）熟練掌握純金屬的結(jié)晶過(guò)程，形核的熱力學(xué)條件與結(jié)構(gòu)條件，熟悉晶體長(zhǎng)大機(jī)制，溫度梯度對(duì)晶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響

 

（3）熟練掌握固溶體結(jié)晶的成分起伏、結(jié)構(gòu)起伏和相起伏的概念，掌握顯微偏析、宏觀偏析等非平衡結(jié)晶過(guò)程對(duì)材料性能的影響，深入理解成分過(guò)冷的形成過(guò)程及不同溫度梯度對(duì)晶體形貌的影響

 

（4）掌握鑄錠組織的特點(diǎn)、形成機(jī)制及影響因素

 

（二）金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)部分

 

1.金屬晶體中位錯(cuò)

 

（1）熟悉位錯(cuò)彈性力學(xué)性質(zhì)與位錯(cuò)能量

 

（2）掌握位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力、阻力及對(duì)金屬材料組織和性能的影響

 

（3）熟悉主要位錯(cuò)源及位錯(cuò)增殖發(fā)生臨界條件

 

（4）掌握面心立方金屬晶體中的位錯(cuò)

 

（5）熟練掌握位錯(cuò)與其它晶體缺陷交互作用及對(duì)于金屬材料性能影響

 

2.表面與界面

 

（1）熟悉表面與晶界結(jié)構(gòu)（小角度晶界、大角度晶界）、晶界的能量

 

（2）熟練掌握晶界的平衡偏析產(chǎn)生原因、影響因素及對(duì)于金屬材料性能影響

 

（3）熟練掌握晶界的遷移機(jī)制、影響因素及對(duì)于金屬材料性能影響

 

（4）熟悉相界面界面結(jié)構(gòu)及界面能對(duì)于顯微組織形貌影響

 

3.塑性變形與再結(jié)晶

 

（1）熟悉金屬材料變形機(jī)制

 

（2）熟練掌握金屬多晶體塑性變形特點(diǎn)及細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制

 

（3）熟練掌握合金塑性變形特點(diǎn)及固溶強(qiáng)化及第二相強(qiáng)化機(jī)制

 

（4）熟練掌握塑變過(guò)程中的位錯(cuò)交互作用及缺陷強(qiáng)化機(jī)制

 

（4）熟悉塑性變形對(duì)金屬材料組織、結(jié)構(gòu)、性能的影響

 

（5）熟悉冷變形金屬的回復(fù)與再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大過(guò)程、影響因素及應(yīng)用

 

（6）熟悉金屬熱加工及超塑性機(jī)制、特點(diǎn)及應(yīng)用

 

4.金屬晶體中擴(kuò)散部分

 

（1）熟練掌握擴(kuò)散宏觀規(guī)律、擴(kuò)散的微觀機(jī)制及相關(guān)問(wèn)題計(jì)算

 

（2）熟悉擴(kuò)散熱力學(xué)分析、擴(kuò)散系數(shù)及影響因素

 

（3）熟悉反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程及反應(yīng)擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)確定

 

5.固態(tài)相變部分

 

（1）掌握固態(tài)相變一般特征

 

（2）熟練掌握成分不變的相變、鋼在加熱時(shí)轉(zhuǎn)變及共析轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變、脫溶轉(zhuǎn)變相變過(guò)程，以及在金屬材料領(lǐng)域的應(yīng)用

 

6.金屬材料強(qiáng)韌化部分

 

（1）熟練掌握金屬材料強(qiáng)化類(lèi)型、基本原理及在金屬材料中的應(yīng)用

 

（2）熟練掌握金屬材料韌化機(jī)理及在金屬材料中的應(yīng)用

 

（三）無(wú)機(jī)材料基礎(chǔ)知識(shí)部分

 

1.無(wú)機(jī)材料化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)

 

（1）熟練掌握離子鍵、共價(jià)鍵、混合鍵、范氏鍵和氫鍵的定義，與材料性能之間的主要關(guān)系

 

（2）熟練掌握鮑林規(guī)則、推算結(jié)構(gòu)的方法和牢記相關(guān)數(shù)據(jù)

 

（3）熟練掌握基本無(wú)機(jī)材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能夠畫(huà)出相關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

 

（4）熟練掌握硅酸鹽結(jié)構(gòu)的分類(lèi)和特點(diǎn)，無(wú)機(jī)玻璃的定義、通性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解相關(guān)材料的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用之間的關(guān)系

 

（5）掌握碳及含碳材料的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

 

（6）學(xué)會(huì)計(jì)算和推算無(wú)機(jī)材料密度的方法

 

2.無(wú)機(jī)材料的缺陷

 

（1）熟練掌握缺陷的分類(lèi)、定義和表達(dá)方式

 

（2）學(xué)會(huì)分析缺陷與材料性能的關(guān)系

 

3.無(wú)機(jī)材料的相圖與相變過(guò)程

 

（1）熟練掌握基本相圖的分析，包括SiO2、SiO2-Al2O3、CaO-SiO2、MgOAl2O3、ZrO2-CaO、MgO-Al2O3-SiO2

 

（2）能夠利用相關(guān)相圖來(lái)討論相變過(guò)程，例如，石英各相、莫來(lái)石和尖晶石、硅酸鈣各相、鋯石各相和堇青石的形成和相變過(guò)程，進(jìn)而可以推測(cè)材料結(jié)構(gòu)的形成和性能的變化規(guī)律

 

（3）掌握玻璃材料的相變過(guò)程、結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，學(xué)會(huì)通過(guò)相圖設(shè)計(jì)組成和分析玻璃及其缺陷的形成過(guò)程

 

（4）掌握玻璃分相現(xiàn)象的定義、表述、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用

 

（5）掌握普通陶瓷的相變過(guò)程和巖相分析；常用耐火材料和硅酸鹽水泥熟料各相的特點(diǎn)和基本分析判別方法

 

4.無(wú)機(jī)材料的基本制造加工原理

 

（1）粘土陶瓷、玻璃、微晶玻璃、硅酸鹽水泥熟料

 

（2）掌握成型、燒結(jié)、擴(kuò)散、熔化、冷卻和后加工的定義、控制和測(cè)量

 

5.無(wú)機(jī)材料的機(jī)械性能

 

（1）掌握單晶和多晶陶瓷斷裂機(jī)制，材料脆性斷裂的特點(diǎn)

 

（2）非晶材料的斷裂和性能特點(diǎn)

 

（3）掌握無(wú)機(jī)材料增強(qiáng)的基本原理和方法

 

6.無(wú)機(jī)材料的光學(xué)和電學(xué)性能

 

（1）掌握基本光學(xué)性能的定義、與材料組成結(jié)構(gòu)的關(guān)系

 

（2）掌握基本電學(xué)性能的定義、與材料組成結(jié)構(gòu)的關(guān)系

 

（3）了解陶瓷和玻璃著色的原理和生產(chǎn)技術(shù)

 

（4）了解陶瓷壓電性能的控制和應(yīng)用

 

三、參考書(shū)目

 

1.《材料科學(xué)基礎(chǔ)》，徐恒鈞主編，劉國(guó)勛主審，北京工業(yè)大學(xué)出版社，2002年出版

 

2.《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》，郭福等譯，化學(xué)工業(yè)出版社，2016年出版，（譯自于，F(xiàn)undamentals of Materials Science and Engineering,4th Edition,William D.CallisterJr.,John Wiley&Sons Inc.,2013）

 

3.《金屬學(xué)與熱處理》，崔忠圻主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1989年出版（第二版為2011年出版）

 

4.《陶瓷導(dǎo)論》，清華大學(xué)新型陶瓷與精細(xì)工藝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室譯，高等教育出版社，2016年出版，（譯自于，Introduction to Ceramics,2nd Edition,Kingery,W.D,John Wiley&Sons Inc.,1976）