復旦大學2020年碩士研究生招生考試自命題科目考試大綱科目代碼850科目名稱材料科學基礎一、考試內容范圍第一章：材料科學概論1.1材料與物質：理解物質與材料的關系和區(qū)別。1.2材料的分類：掌握材料的經(jīng)典分類方法，及其各自的化學鍵合、特點、進一步分類和典型材料舉例。1.3材料與社會發(fā)展：理解材料科學發(fā)展對社會發(fā)展的推動作用。1.4材料科學與工程：掌握材料科學與工程同材料科學的區(qū)別，及其四要素間的相互關系。1.5材料科學在工程中的應用及其發(fā)展重點：了解材料科學發(fā)展現(xiàn)狀，能舉例一些新材料并描述其特點、應用現(xiàn)狀和應用前景等。第二章：材料結構的基礎知識2.1概述：掌握材料的四級結構，能理解它們如何分別對材料的性質產(chǎn)生影響。2.2原子結構：掌握原子的結構，包括質子、中子、電子間的關系；理解海森堡測不準原理和薛定丹波動方程；掌握電子能級分布，理解主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)與自旋量子數(shù)的含義和取值規(guī)則，及能運用泡利不相容原理、能量最低原則和洪特規(guī)則給出指定元素的核外電子排布，并據(jù)此解釋磁性、原子價態(tài)、電負性等特性。2.3元素周期表及其特性：掌握元素周期表的結構及其主要特征。2.4原子結合鍵：掌握三種化學鍵、兩種物理鍵以及混合鍵的特點，并能運用相關原理解釋典型物質的特性。2.5結合能與材料性能：掌握以上兒種結合鍵鍵能的大小范圍，并能由此解釋對材料物理性能和力學性能的影響。2.6原子排列方式：掌握晶態(tài)與非晶態(tài)的區(qū)別，及其對材料性質的不同影響。2.7晶體的顯微組織：掌握顯微組織對材料性能的影響，能區(qū)分單相組織和多相組織。第三章：固體材料的晶體學基礎3.1概述：掌握晶體與非晶體的區(qū)別，以及晶體材料的主要特征。3.2晶體結構與空間點陣：掌握空間點陣的含義，能用點陣參數(shù)描述晶胞結構。3.3晶系與布拉菲點陣：能從點陣參數(shù)的角度區(qū)分7種晶系和14種空間點陣,掌握金屬材料三種最典型的晶體結構及其代表性元素。3.4布拉菲點陣和復合點陣：理解晶體結構和空間點陣的相互關系和區(qū)別。3.5晶向指數(shù)和晶面指數(shù)：掌握晶向指數(shù)和晶面指數(shù)的含義、表示方法以及同晶向族和晶面族的關系，能給出六方晶系的品向指數(shù)和晶面指數(shù)。3.6晶帶及晶面間距：掌握晶帶的含義和晶帶定律；掌握晶面間距的含義，能運用常見晶系的晶面間距計算公式求解給定元素中相鄰晶面的晶面間距；了解晶面間距的測定方法，能運用布拉格定律求得晶面間距。3.7晶胞特征：掌握各種常見晶系晶胞內的原子數(shù)、原子半徑、點陣參數(shù)、每個原子的相鄰原子數(shù)、配位數(shù)、致密度、原子體密度的計算方法。3.8密堆結構的間隙：掌握各種常見晶系內，八面體間隙和四面體間隙的個數(shù)及其間隙半徑；理解元素的多品特性及其同素異構轉變。3.9金屬合金的晶體結構：理解金屬合金的物相結構：掌握固溶體的分類（置換固溶體和間隙固溶體）及其引起的結構變化；掌握金屬間化合物的分類（正常價化合物、電子化合物及尺寸因素化合物）及其各自的特性。3.10陶瓷的晶體結構：掌握陶瓷的顯微組織構成（晶體相、玻璃相和氣相）；掌握離子晶體的特性，能計算離子半徑、配位數(shù)和離子堆積，了解離子晶體結構的三條鮑林規(guī)則，了解四種典型的離子晶體結構（二元離子晶體、剛玉型結構、鈣鈦礦型結構和尖晶石型結構）及其代表性物質；掌握共價晶體的特性，了解三種典型的共價晶體結構（單質型、硫化鋅型和二氧化硅型）及其代表性物質；了解硅酸鹽的基本結構。3.11高分子的晶體結構：掌握高分子鏈結構和聚集態(tài)結構，近程結構和遠程結構，一級、二級、三級和四級結構，構造、構型和構象等概念及其影響因素，并能用來解釋高分子材料的各種不同特性；理解高分子單晶、球晶、樹枝狀晶、申晶、伸直鏈晶等晶態(tài)結構及其模型，以及無序結構和有序結構的非晶態(tài)結構及其模型。第四章：固體材料的晶體缺陷4.1引言：掌握晶體缺陷的含義、作用和分類。4.2點缺陷：掌握空位、間隙原子和置換原子三種點缺陷產(chǎn)生的原因，以及對材料性能的影響。4.3線缺陷：掌握刃型位錯和螺旋位錯產(chǎn)生的原因及其柏格斯回路的表示方法，理解滑移和攀移這兩種位錯運動方式。4.4位錯特性及測定法：理解位錯對材料力學性能、力學行為、加工特性等的影響，熟悉觀察位錯的常用實驗方法。4.5面缺陷：理解外表面缺陷和內界面缺陷的含義，能區(qū)分晶界、亞晶界、季晶界、相界、堆垛層錯，掌握它們對材料性能的影響。4.6體缺陷：能描述常見的體缺陷類型及其對材料性能的影響。第五章：材料熱力學與相圖5.1概述：理解相的含義及其影響因素。5.2相圖建立的基本方法：掌握相圖的建立方法及圖解方法，理解吉布斯相率和杠桿定律，并能運用杠桿定律計算相圖中給定相的質量分數(shù)。5.3二元相圖的基本類型和分析：掌握均晶相圖、共晶相圖、包晶相圖等主要二元合金相圖的圖解分析方法，及能運用杠桿定律計算圖中各相的質量分數(shù)。5.4相圖與合金性能之間的關系：能根據(jù)相圖判斷材料的物理性能、力學性能、工藝性能等。5.5鐵碳合金相圖：能基于鐵碳相圖，1）區(qū)分滲碳體、鐵素體、奧氏體等合金相及其在圖中的位置；2）掌握包晶點、共晶點、共析點、包晶反應線、共晶反應線、共析反應線等典型位置對應的溫度和含義；3）碳含量對材料的力學性能和工藝性能等的影響；4）掌握退火、正火、淬火及回火的區(qū)別和作用。5.6相圖熱力學基礎：理解相圖的意義，能識別不同熱熠增量（AH）情況下的吉布斯自由能?成分曲線；理解化學位、相平衡、公切線法則的含義，及其在分析相圖時的作用。第六章：固體材料的凝固與結晶6.1引言：理解凝固和結晶的含義及其影響因素。6.2金屬結晶的基本規(guī)律：掌握金屬結晶的微觀過程和宏觀現(xiàn)象，理解過冷度對材料性能的影響。6.3純金屬結晶的基本條件：掌握金屬結晶的熱力學條件（過冷度）、結構條件（結構起伏）及其影響因素。6.4晶核的形成：理解均勻形核與非均勻形核的區(qū)別：掌握均勻形核的條件和過程，理解自由能變化、臨界品核、形核功、形核率的概念及其對均勻形核的影響；掌握非均勻形核的條件和過程，理解固體雜質潤濕角、表面形貌和物理性能對非均勻形核的影響。6.5晶體的生長：掌握晶體長大的條件、微觀結構變化過程、機制、形態(tài)以及影響因素。6.6陶瓷和高分子的凝固：了解陶瓷和高分子的結晶過程。6.7結晶理論的應用：理解鑄態(tài)晶粒度的控制方法和單晶體的制備方法。第七章：材料擴散與遷移7.1概況：理解擴散的物理含義。7.2擴散現(xiàn)象和擴散方程：掌握擴散現(xiàn)象在材料科學的含義及對材料性能的影響：掌握穩(wěn)態(tài)擴散菲克第一定律和非穩(wěn)態(tài)擴散菲克第二定律，并能熟練運用它們計算簡單的工程問題;理解互擴散原理,及柯肯達爾效應的物理含義和意義。7.3擴散的微觀機理：掌握擴散的微觀機制（空位擴散、間隙擴散和自間隙機制），以及原子躍遷距離、擴散系數(shù)、擴散激活能的物理含義和計算方法。7.4擴散的驅動力和反應擴散：理解擴散的主要驅動力，以及反應擴散的含義、過程和實例。7.5影響擴散的因素：掌握溫度、原子鍵力、晶體結構、晶體缺陷等對擴散的影響機制。第八章：材料的基本性能8.1材料的性能：理解材料使用性能與工藝性能的區(qū)別。8.2金屬材料的性能：（1）力學性能：1）掌握常見的材料力學性能指標的含義及其試驗方法；2）掌握材料的拉伸試驗方法，能從拉伸曲線上區(qū)分彈性變形階段、屈服變形階段、塑性變形階段和失穩(wěn)斷裂階段，能鑒別各種典型材料的拉伸曲線，能熟練掌握彈性模量、屈服強度、抗拉強度、斷裂伸長率、斷面收縮率等的計算方法；3）了解材料的安全設計準則（強度準則和剛度準則）；4）能區(qū)分脆性斷裂和韌性斷裂的斷口形貌；5）掌握各種硬度測試（布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、兒種小載荷顯微硬度）的原理、方法、適用范圍和表示方法；6）掌握材料沖擊韌性的含義、試驗方法和表示方法；7）掌握疲勞和疲勞極限的概念，能區(qū)分疲勞斷口上的裂紋源、裂紋擴展區(qū)和瞬斷區(qū)；8）掌握蠕變的概念，能區(qū)分蠕變的三個階段；9）理解斷裂韌性的概念，了解Grifiith公式，掌握應力強度因子、斷裂韌性的含義及三種裂紋擴展的基本形式。（2）物理性能：掌握相對密度、熔點、熱膨脹系數(shù)、磁性、導熱性、導電性、介電常數(shù)等的物理含義、計算公式和測量方法等，能說出常見材料的這些特性。（3）化學性能：掌握耐腐蝕性、抗氧化性和化學穩(wěn)定性的區(qū)別與關系。（4）工藝性能：掌握鑄造性、鍛造性、可焊性、切削加工性和熱處理工藝性等概念。8.3高分子材料的性能：1）掌握玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)的含義和區(qū)別，以及對應的脆化溫度、玻璃化轉變溫度、粘流溫度和分解溫度；2）理解線性非晶態(tài)高分子、線性晶態(tài)高分子和體型高分子在力學狀態(tài)上的區(qū)別；3）掌握高分子材料的強度、模量、彈性、韌性、耐磨性等力學性能及其與微觀結構的關系,以及特殊的粘彈性行為（蠕變、應力松弛、滯后和內耗）；4）掌握高分子材料的絕緣性、耐熱性、耐蝕性、耐老化性等物理與化學性能及其與微觀結構的關系，以及相應的測試方法。8.4陶瓷材料的性能：掌握陶瓷材料的剛度、硬度、強度、塑性、韌性和脆性等力學性能，以及熱膨脹性、導熱性、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、導電性等理化性能的含義和特點。第九章：基礎材料概論9.1金屬材料：1）能區(qū)分黑色金屬和有色金屬、鋼和鑄鐵；2）掌握鋼鐵材料的不同分類方法，包括按化學成分、金相組織、冶金質量和用途進行區(qū)分及所依據(jù)的標準：3）掌握Si、Mn、P、S、N、O、H等雜質元素對鋼的影響；4）掌握我國鋼材的編號規(guī)則，包括普通結構鋼、優(yōu)質碳素結構鋼、碳素工具鋼、合金結構鋼、合金工具鋼等，及其中各種符號的含義；5）掌握普通結構鋼、優(yōu)質結構鋼、特殊性能鋼、鑄鐵等的性能特點、要求、用途和常見牌號；6）掌握鋁及其合金、銅及其合金、鈦及其合金、鎂及其合金的特點、種類、分級和用途。9.2陶瓷材料：掌握陶瓷材料的分類，能區(qū)分普通陶瓷和先進陶瓷。9.3聚合物材料：掌握聚合物材料的分類，能例舉典型的熱固性樹脂和熱塑性樹脂及其應用。9.4復合材料：掌握復合材料的分類，能例舉典型的復合材料及其應用。9.5半導體材料：掌握典型的半導體材料，理解它們的工作原理，能描述它們的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。第十章：新材料10.1掌握納米材料的定義和四大效應，能