材料科学基础考研资料

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

《材料科学基础》

课程设计报告

设计题目 ： 水泥制品的设计 学生姓名 ： 何祥涛 学 号 ： 1020560126

指导老师姓名： 朱国平 所 属 院(系)： 化学生物与材料科学学院 专 业 班 级 ： 材料化学（1）班 课程设计时间 ： 2013 年 1 月 8日

课程设计的总结报告

一．课程设计的基本任务

结合钙铝硅三元相图，通过查阅资料了解水泥生产工艺，设计并确定原料配

方和烧成冷却温度制度。

二．课程设计的基本要求

1．读懂并分析钙铝硅三元相图，尤其是高钙部分。

2．硅酸盐水泥熟料由C2S、C3S、C3A、C4AF四种矿物组成，根据三角形规则，确定配料点。根据你的配料，写出相关析晶过程。 3．常用的水泥生料的主要成分是CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3，因为Fe2O3含量低，并入Al2O3一起考虑，设计水泥材料生料化学组成。 4．查阅相关资料，画出水泥生产工艺流程图。

5．硅酸盐水泥生产所采用的原料是：石灰石、粘土以及校正原料，在报告中提出配料计算大致过程。

6．根据你设计的配料确定烧成和冷却温度制度，并探讨你的烧成和冷却温度制度对你的产品性能可能产生的

一：知识：

1：晶面和晶向：晶面：（hkl）；晶向：[hkl]； 2：对于能量和熵的判断： （1）：G=H-TS，高温主要考虑熵作用（熔化等），低温主要考虑能量作用（常温等），较高温度时综合考虑； （2）：分析：能量分为结合能和应变能。

结合能：可用简单立方系或平面正方点阵，观察过程前后键数量的变化（最

近邻假设）；同时原子间距越小结合能越大（越稳定）。

应变能：“偏离平衡状态越远，应变能越高”，同时（同样偏离距离）压应

变的数值高于拉应变。

熵：由S=KlnΩ，有：体系微观状态数越大，熵越高（应用此式说明时需

注意过程前后体系物质种类及数量不能变化）；可用排列组合比较Ω。一般情况可直观感觉，体系越无序，所受的限制越少，熵越大。 3：“属+种差”：对于词汇“ABC”：C是主要成分，A、B是对C的修饰。

第一章问题

P7-1：已知α-Fe的密度为7.8，其晶胞是立方的，每个晶胞中原子个数为2，求点阵常数。 【】

2：在一个晶胞内，画出（123）、（101）、（021）、（111）和[111]、[212]、[301]、[231]。 【】

3：根据立方系夹角公式，计算以下界面的夹角：（111）与（111）；（110）和

860材料科学基础考试大纲

一、考试目的

《材料科学基础》是材料学科专业硕士研究生的入学专业基础考试课程。本课程着重讲述材料的微观组织与性能之间的关系，重在掌握基本概念及其应用，强调晶体材料中的共性基础问题，对于理解现有材料和开发新材料都具有重要的指导意义。本课程考试的目的是考查学生对《材料科学基础》基本理论的掌握程度以及应用基本理论分析材料问题的能力。 二、考试要求

本课程满分150分，考试时间180分钟，闭卷笔试。包括概念、选择、填空、判断正误、计算和分析论述等不同形式的题目。考生需要携带笔、尺、计算器。 三、考试内容

第一章 晶体结构 1.1 原子的结合方式 1.2 晶体学基础

1.2.1 空间点阵与晶体结构 1.2.2 晶胞

1.2.3 布拉菲点阵

1.2.4 晶向指数与晶面指数 1.3 典型晶体结构及其几何特征 1.4 多晶型性

第二章 晶体缺陷 2.1 点缺陷

2.1.1 点缺陷的类型 2.1.2 点缺陷的平衡浓度 2.1.3 点缺陷的产生及其运动 2.1.4 点缺陷与材料行为 2.2 线缺陷（位错） 2.2.1 位错的基本类型 2.2.2 位错的性质 2.2.3 柏氏矢量 2.2.4 位错的运动

2.2.5 位错的应力场及其

名词与概念辨析： 晶体结构与空间点阵 间隙固溶体与间隙化合物 晶向指数晶面指数 物相与组织， 点阵与阵点，

晶体结构与空间点阵， 晶胞与晶格，

致密度与配位数， 晶带与晶带轴， 基元与阵点。

固溶体合金与化合物合金， 中间相与间隙相，

间隙固溶体与间隙化合物， 固溶体与中间相 位错与层错，

堆垛层错与扩展位错， 位错反应与位错交割， 位错的割结与扭折， 位错的攀移与滑移， 上坡扩散与下坡扩散， 稳态扩散与非稳态扩散， 互扩散与自扩散， 滑移与孪生，

交滑移与多滑移， 固溶强化与形变强化， 细晶强化与弥散强化， 丝织构与板织构，

形变织构与再结晶织构， 相律与相图， 凝固与结晶， 晶胚与晶核， 能量起伏、

结构起伏与成分起伏， 过冷与成份过冷

均匀形核与非均匀形核， 过冷度与临界晶核半径，

形核与长大，过冷度与晶粒度， 组织组成物与相组成物， 平衡结晶与非平衡结晶， 共晶转变与共析转变， 伪共晶与离异共晶

1. 标出面心立方晶胞中（111）面上各点坐标，并判断[-110]是否位于（111）面上，然后计算[-110]方向的线密度。

2. 标出具有下列弥勒指数的晶面和晶向：

立方晶向:(421),[-123] ,(130), [2-1

第1章 晶体结构

1．在立方晶系中，一晶面在x轴的截距为1，在y轴的截距为1/2，且平行于z 轴，一晶向上某点坐标为x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指数和晶向指数， 并绘图示之。

2．画出立方晶系中下列晶面和晶向：（010），（011），（111），（231），(321)，[010]， [011]，[111]，[231]，[321]。

3．纯铝晶体为面心立方点阵，已知铝的相对原子质量Ar（Al）=27，原子半径r=0.143nm，求铝晶体的密度。

4．何谓晶体？晶体与非晶体有何区别？

5．试举例说明：晶体结构与空间点阵？单位空间格子与空间点阵的关系？ 6．什么叫离子极化？极化对晶体结构有什么影响？ 7．何谓配位数（离子晶体/单质）？ 8．何谓对称操作，对称要素？

9．计算面心立方结构（111）与（100）晶面的面间距及原子密度（原子个数/单位面积）。

10．已知室温下α-Fe（体心）的点阵常数为0.286nm，分别求（100）、（110）、

（123）的晶面间距。

11. 已知室温下γ-Fe（面心）的点阵常数为0.365nm，分别求（100）、（110）、（112）的晶面间距。

12. 已知Cs+半径为0.170nm，

第1章 晶体结构

1．在立方晶系中，一晶面在x轴的截距为1，在y轴的截距为1/2，且平行于z 轴，一晶向上某点坐标为x=1/2，y=0，z=1，求出其晶面指数和晶向指数， 并绘图示之。

2．画出立方晶系中下列晶面和晶向：（010），（011），（111），（231），(321)，[010]， [011]，[111]，[231]，[321]。

3．纯铝晶体为面心立方点阵，已知铝的相对原子质量Ar（Al）=27，原子半径r=0.143nm，求铝晶体的密度。

4．何谓晶体？晶体与非晶体有何区别？

5．试举例说明：晶体结构与空间点阵？单位空间格子与空间点阵的关系？ 6．什么叫离子极化？极化对晶体结构有什么影响？ 7．何谓配位数（离子晶体/单质）？ 8．何谓对称操作，对称要素？

9．计算面心立方结构（111）与（100）晶面的面间距及原子密度（原子个数/单位面积）。

10．已知室温下α-Fe（体心）的点阵常数为0.286nm，分别求（100）、（110）、

（123）的晶面间距。

11. 已知室温下γ-Fe（面心）的点阵常数为0.365nm，分别求（100）、（110）、（112）的晶面间距。

12. 已知Cs+半径为0.170nm，

单项选择题：（每一道题1分） 第1章 原子结构与键合 1. 2. 3.

高分子材料中的C-H化学键属于 c 。

（B）离子键

（C）共价键

属于物理键的是 b 。

（B）范德华力 （B）离子键

（C）氢键 （C）金属键

化学键中通过共用电子对形成的是 a 。 （A）氢键 （A）共价键 （A）共价键 4. 5. 6. 7. 8. 9.

第2章 固体结构

面心立方晶体的致密度为 C 。

（B）68% （B）68% （B）68%

（C）74% （C）74% （C）74%

体心立方晶体的致密度为 B 。 密排六方晶体的致密度为 C 。 以下不具有多晶型性的金属是 a 。

（B）锰

（C）铁

（C）{111} （C）hcp （C）细晶强化

面心立方晶体的孪晶面是 c 。

（B）{110} （B）bcc

fcc、bcc、hcp三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是 c 。 （A）100% （A）100% （

材料科学是研究各种材料成分、结构、组织和性能以及它们之间关系的科学。 材料的分类：用途分（机构材料和功能材料）属性（金属、非金属、有机高分子）

材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（包括金属、陶瓷、高分子材料）的微观结构和宏观结构规律建立在共同的理论基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展。

金属键：金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金属键

特点：电子共有化，既无饱和性又无方向性，形成低能量密堆结构 性质：良好导电、导热性能，延展性好

离子键：正负离子依靠它们之间的静电力结合在一起形成的键 特点：无方向性、饱和性

性质：熔点硬度较高、良好的电绝缘体

共价键：两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子队形成的化学键 特点：饱和性、配位数较小、方向性 性质：熔点高、质硬脆、导电能力差

晶体：原子（离子或分子）在三维空间有规则的周期性重复排列的物质（各向异性、固定熔点）

空间点阵：将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点，即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列

晶胞：在空间点阵中取出一个具有代表性的基本单元作为点阵的组成单元。 选取原则：1.选

《材料科学基础》考试大纲 一、考试的基本要求 《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，是发挥材料潜力、充分利用现有材料和研究开发新材料的理论基础，是考生学习后续相关材料课程和今后从事材料专业的工作基础课程。 要求考生比较系统地掌握材料科学的基本概念、基础理论及其应用。系统地理解材料与成分、组织结构与性能内在联系，具备综合运用知识分析和解决工程实际问题的能力。 二、考试内容

第1部分 材料的原子结构与键合

原子结构与原子的电子结构；

原子的结构：原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外电子所构成。原子核内的中子呈电中性，质子带有正电荷。通过静电吸引，带负电荷的电子被牢牢地束缚在原子核的周围。因为在中性原子中，电子和质子数目相等，所以原子作为一个整体，呈电中性。 原子的电子结构：电子在原子核外空间做高速旋转远动，原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数来决定，a.主量子数n;b.轨道角动量量子数l；c.磁量子数；d.自选角动量量子数s

原子结构、原子排列对材料性能的影响

材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响 金属键：金属中的自由电子与金属正离子相互