天津大学全国统考硕士生入学考试业务课程大纲

课程编号：829                        课程名称：材料科学基础

一、考试的总体要求
要求考生从材料学学科领域的范畴，较系统地掌握各部分章节的基础理论和基本知识，了解与固体材料性能密切相关的物质结构特征，与过程相关的材料行为规律。从微观、宏观、物质内部及表面、静态、动态等不同角度，认识金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料的基本特性。具备综合运用所学知识进行分析和解决实际问题的能力。为从事材料的设计与制造，新材料的研究与开发，以及继续进行专业学习奠定基础。

二、考试的内容及比例
试题分为必作题和选作题两部分。必作题部分为所有考生必答。选作题部分共有3个选作题范围：选作题范围（1）、选作题范围（2）和选作题范围（3），考生可任选其一作答，但不能混答。其中必作题部分比例为 40% ；任一选作题范围为60%。

必作题部分：
第1章 几何结晶学基础
① 等同点及空间格子、布拉维法则和面角守恒定律；
② 晶体的宏观对称、宏观对称要素的组合、对称型（点群）、晶族、晶系及晶体常数特征；
③ 晶体定向、结晶符号及其相互联系；
④ 十四种空间格子、晶体的微观对称要素；
⑤ 点群、空间群及其国际符号；
⑥ 球体紧密堆积原理。
第2章  材料的晶态结构及有序化
①  材料的键性；
② 晶体化学基本原理：配位数和配位多面体、离子极化、电负性、鲍林规则及应用；
③  典型金属的晶体结构：晶胞中的原子数、配位数与致密度；
④  无机非金属材料组成与晶体结构类型、层状和架状硅酸盐晶体结构；
⑤ 高分子材料结晶形态、高分子链在晶体中的构象、高分子材料晶态结构模型、高分子材料结晶度及其测定，高分子的液晶态结构特征与分类、液晶的物理结构。
第3章  高聚物及非晶态结构
①  高分子的链结构、高分子的聚集态结构；
②  高聚物热运动的主要特点、高聚物的力学状态和热转变；
③  无机熔体的结构理论、 熔体性质和玻璃的通性、 玻璃形成的基本条件、 玻璃的结构及结构参数；
④  非晶态合金的形成、 非晶态合金的结构模型、 非晶合金的特性。
主要参考教材：《材料科学基础》，靳正国、郭瑞松、侯信、师春生等编，天津大学出版社，2005年。

选作题部分：
选作题范围（1）：
第1章 晶体缺陷
① 点缺陷： 点缺陷的类型、点缺陷的产生；
② 位错：位错的基本类型、柏氏矢量、位错的运动、位错的弹性性质、位错的来源和位错的增殖；
③ 晶体中的界面：晶界的结构与晶界能。
第2章 材料的相结构及相图
① 材料的相结构：固溶体、中间相；
② 二元相图及其类型：相图的基本知识、一元系相图、二元系相图、相图与性能的关系；
③ 三元系相图及其类型：三元相图的表示方法、相区接触法则、三元匀晶相图、具有两相共晶反应的三元系相图。
④ 相图热力学基础：吉布斯自由能与成分的关系、相平衡条件、吉布斯自由能曲线与相图；
第3章 材料的凝固
① 晶体材料熔融凝固的基本规律：液态的结构、凝固的热力学条件、过冷现象、结晶的一般过程；
② 晶核的形成：均匀形核、形核率、非均匀形核；
③ 晶核的生长：液-固界面的微观结构、熔体中晶体的生长形态；
④ 固溶体的凝固：固溶体的平衡凝固、稳态凝固、成分过冷；
⑤ 共晶合金的凝固：共晶体的形成、共晶体的形态；
第4章 材料中的原子扩散
① 扩散现象及扩散方程：扩散现象、菲克第一定律、菲克第二定律、扩散方程的应用、柯肯达尔效应；
② 扩散的微观机制：空位机制、间隙机制、自间隙机制、扩散系数、扩散激活能；
③ 扩散驱动力；
④ 影响扩散的因素。
第5章 材料的变形
① 滑移与孪晶变形：滑移机制、滑移面和滑移方向、孪晶变形；
② 单晶体的塑性变形：施密特定律、单滑移、多滑移、交滑移；
③ 多晶体的塑性变形；
④ 纯金属的变形强化：位错的交割、位错的反应、位错的增殖；
⑤ 合金的变形与强化：单相合金的变形与强化、低碳钢的屈服和应变时效、第二相对合金变形的影响；
⑥ 冷变形金属的组织与性能：冷变形金属的力学性能、冷变形金属的组织、形变织构、残余应力；
⑦ 冷变形金属的回复阶段：回复阶段性能与组织的变化、回复动力学、回复机制；
⑧ 冷变形金属的再结晶：再结晶的形核、再结晶动力学、影响再结晶的因素、再结晶后的晶粒长大。
主要参考教材：《材料科学基础》，石德珂主编，机械工业出版社。

选作题范围（2）：
第1章 结构缺陷及固溶体
①  点缺陷：缺陷化学反应表示法、点缺陷的化学平衡、热缺陷浓度计算；
②  位错：位错的基本类型；
③  面缺陷：外表面、晶界与亚晶界；
④  固溶体：固溶体特点、分类及其研究方法，置换型固溶体中"组分缺陷"反应表示，非化学计量化合物的各种缺陷反应。
第2章  表面与界面
①  表面能和表面张力；
②  表面的驰豫、重构及双电层、固体的表面能；
③  表面润湿，粘附、吸附和表面改性，弯曲表面效应；
④  界面特性：晶界偏析、晶界迁移、晶界应力、晶界电荷与静电势；
第3章 相平衡与相图
①  相与相平衡的基本概念；
②  单元和二元系统各种类型相图的阅读分析；
③ 三元相图中的基本类型，运用相图的基本规则来确定相图中的点和线的性质以及相平衡和非平衡条件下的析晶路程。
第4章 固体材料中的扩散与固相反应
① 固体中质点扩散的特点和扩散动力学方程，扩散推动力及扩散机制、扩散系数、影响扩散的因素；
②  固相反应及其特征，固相反应中两个扩散动力学方程的分析和比较，影响固相反应的因素。
第5章 相变
①  相变的简介与分类；
②  液-固相变过程的热力学和动力学分析，相变过程的不平衡态与亚稳区、
晶体生长过程动力学；
③  液-液相变中的分相，亚稳区和不稳区的特点。
第6章  烧结
①  烧结的概念及推动力；
②  固态烧结和液态烧结的传质机理与特点；
③  晶粒生长和二次再结晶的概念和分析；
④  晶界在烧结中的作用。
主要参考教材：《无机材料科学基础》，陆佩文主编，武汉理工大学出版社，1996年。

选作题范围（3）：
第1章 高分子的结构
① 高分子链的构象统计：均方末端距的几何计算法和统计计算法，高分子链柔顺性的表征，高分子链的均方旋转半径；
② 高聚物的结晶过程：高分子结构与结晶能力，结晶速度及测定方法，Avrami方程用于高聚物的结晶过程，结晶速度与温度的关系，影响结晶速度的其他因素；
③ 结晶热力学：结晶高聚物的熔融与熔点，结晶温度、晶片厚度、拉伸及杂质对高聚物熔点的影响，高分子链结构对熔点的影响，共聚物的熔点。
第2章 高聚物的分子运动
① 玻璃化转变现象和玻璃化温度的测量；
② 玻璃化转变理论；
③ 影响玻璃化温度的因素。
第3章 高分子的溶液性质
① 高聚物的溶解：高聚物溶解过程的特点，高聚物溶解过程的热力学解释，溶剂的选择；
② 高分子溶液的热力学性质：Flory-Huggins高分子溶液理论，Flory温度（θ温度）的提出, Flory-Krigbaum稀溶液理论；
③ 高分子浓溶液：高聚物的增塑，纺丝液，凝胶和冻胶。
第4章 高聚物的分子量及分子量分布
① 高聚物分子量的统计意义：平均分子量，平均分子量与分布函数，分子量分布宽度；
② 高聚物分子量的测定：端基分析，沸点升高和冰点降低，膜渗透压，气相渗透，光散射，小角激光光散射，超速离心沉降，粘度，凝胶色谱；
③ 分子量分布的表示方法：图解表示，分布函数；
④ 基于相平衡的分级方法：高分子溶液的相分离；
⑤ 凝胶色谱法：基本原理。
第5章 高聚物的力学性质
① 玻璃态和结晶态高聚物的力学性质：几类高聚物的拉伸行为，高聚物的屈服、破坏和理论强度，影响高聚物实际强度的因素；
② 高弹态高聚物的力学性质：橡胶的使用温度范围，高弹性的特点，橡胶弹性的热力学分析，橡胶弹性的统计理论；
③ 高聚物的粘弹性：高聚物的力学松弛现象，粘弹性的力学模型，粘弹性与时间、温度的关系--时温等效原理，Boltzmann叠加原理，测定高聚物粘弹性的实验方法。
主要参考教材：《高分子物理》，何曼君、陈维孝、董西侠编，复旦大学出版社，2000年。

三、试卷类型及比例
必作题试题类型：1、填空判断：30-40%；   2、简答题：60-70%  
选作题类型：        1、简答题30-40%；          2、计算题：20-30%；
3、分析讨论题： 40-50%  。

四、考试形式及时间
考试形式为笔试，考试时间为三小时。