業務課

材料科學基礎一、考試的總體要求

從微觀、宏觀、物質內部及表面、靜態、動態等不同角度，認識金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料的基本特性。具備綜合運用所學知識進行分析和解決實際問題的能力。為從事材料的設計與製造，新材料的研究與開發，以及繼續進行專業學習奠定基礎。

試題分為必答題和選答題兩部分。必答題為所有考生必答部分，選答題分為選答題模塊（1）和選答題模塊（2），考生可根據自身情況，任意選擇一個選答題模塊進行答題。注意，兩個選答題模塊的考題不能兼答。

必答題佔全部試題的比例為 40% ；選答題佔全部試題的比例為60%.

必答題內容：

第1部分 幾何結晶學基礎

① 等同點及空間格子、布拉維法則和面角守恆定律；

② 晶體的宏觀對稱、對稱操作和對稱要素、對稱要素的組合、對稱型；

③ 晶體定向和結晶符號；

④ 十四種空間格子、晶體的微觀對稱要素；

⑤ 點群、空間群及其國際符號；

⑥ 球體緊密堆積原理。

第2部分 材料的晶態結構及有序化

① 材料的鍵性；

② 晶體化學基本原理：配位數和配位多面體、離子極化、電負性、鮑林規則及應用；

③ 典型金屬的晶體結構：晶胞中的原子數、配位數與緻密度；

④ 無機非金屬材料組成與晶體結構類型、層狀和架狀硅酸鹽晶體結構；

⑤ 高分子材料結晶形態、高分子鏈在晶體中的構象、高分子材料晶態結構模型、高分子材料結晶度及其測定，高分子的液晶態結構特徵與分類、液晶的物理結構。

第3部分 高聚物及非晶態結構

① 高分子的鏈結構、高分子的聚集態結構；

② 高聚物熱運動的主要特點、高聚物的力學狀態和熱轉變；

③ 無機熔體的結構理論、熔體性質和玻璃的通性、玻璃形成的基本條件、玻璃的結構及結構參數；

④ 非晶態合金的形成、非晶態合金的結構模型、非晶合金的特性。

選答題模塊（1）內容：

第1部分 結構缺陷及固溶體

① 點缺陷：缺陷化學反應表示法、點缺陷的化學平衡、熱缺陷濃度計算公式；

② 位錯：位錯的基本類型、位錯的運動、位錯的彈性性質、位錯的來源和位錯的增殖；

③ 面缺陷：外表面、晶界與亞晶界；

④ 固溶體：固溶體特點、分類及其研究方法，置換型固溶體中“組分缺陷”反應表示，非化學計量化合物的各種缺陷反應。

第2部分 表面與界面

① 表面能和表面張力；

② 表面的馳豫、重構及雙電層、固體的表面能；

③ 表面潤濕，粘附、吸附和表面改性，彎曲表面效應；

④ 小角度晶界及界面能、大角度晶界及界面能；

⑤ 界面特性：晶界偏析、晶界遷移、晶界應力、晶界電荷與靜電勢；

⑥ 晶界能與晶界構形。

第3部分 固體材料中的擴散

① 固體中質點擴散的特點和擴散動力學方程：擴散第一、第二定律、擴散方程的求解；

② 擴散驅動力及擴散機制：間隙擴散、置換擴散、反應擴散、空位擴散、離子晶體中的擴散；

③ 擴散係數、擴散激活能、影響擴散的因素。

第4部分 相平衡與相圖

① 相與相平衡的基本概念；

② 單元和二元系統各種類型相圖的閱讀分析；

③ 三元相圖中的基本類型，運用相圖的基本規則來確定相圖中的點、線、面的性質以及相平衡和非平衡條件下的析晶路程。

第5部分 相變

① 相變的分類；

② 液-固相變過程的熱力學和動力學分析，相變過程的不平衡態與亞穩區、晶體生長過程動力學；

③ 固態相變的特點，固態相變的形核與晶核長大，固態相變的基本結構特徵；

④ 液-液相變中的分相，介穩相圖中的亞穩區和不穩區的特點，分相熱力學理論，成核生長和失穩分解過程。

選答題模塊（2）內容：

第1部分 高分子的結構

① 高分子鏈的構象統計：均方末端距的幾何計演演算法和統計計演演算法，高分子鏈柔順性的表徵，高分子鏈的均方旋轉半徑；

② 高聚物的結晶過程：高分子結構與結晶能力，結晶速度及測定方法，Avrami方程用於高聚物的結晶過程，結晶速度與溫度的關係，影響結晶速度的其他因素；

③ 結晶熱力學：結晶高聚物的熔融與熔點，結晶溫度、晶片厚度、拉伸及雜質對高聚物熔點的影響，高分子鏈結構對熔點的影響，共聚物的熔點。

第2部分 高聚物的分子運動

① 玻璃化轉變現象和玻璃化溫度的測量；

② 玻璃化轉變理論；

③ 影響玻璃化溫度的因素。

第3部分 高分子的溶液性質

① 高聚物的溶解：高聚物溶解過程的特點，高聚物溶解過程的熱力學解釋，溶劑的選擇；

② 高分子溶液的熱力學性質：Flory-Huggins高分子溶液理論，Flory溫度（θ溫度）的提出， Flory-Krigbaum稀溶液理論；

③ 高分子濃溶液：高聚物的增塑，紡絲液，凝膠和凍膠。

第4部分 高聚物的分子量及分子量分佈

① 高聚物分子量的統計意義：平均分子量，平均分子量與分佈函數，分子量分佈寬度；

② 高聚物分子量的測定：端基分析，沸點升高和冰點降低，膜滲透壓，氣相滲透，光散射，小角激光光散射，超速離心沉降，粘度，凝膠色譜；

③ 分子量分佈的表示方法：圖解表示，分佈函數；

④ 基於相平衡的分級方法：高分子溶液的相分離；

⑤ 凝膠色譜法：基本原理。

第5部分 高聚物的力學性質

① 玻璃態和結晶態高聚物的力學性質：幾類高聚物的拉伸行為，高聚物的屈服、破壞和理論強度，影響高聚物實際強度的因素；

② 高彈態高聚物的力學性質：橡膠的使用溫度範圍，高彈性的特點，橡膠彈性的熱力學分析，橡膠彈性的統計理論；

③ 高聚物的粘彈性：高聚物的力學鬆弛現象，粘彈性的力學模型，粘彈性與時間、溫度的關係——時溫等效原理，Boltzmann疊加原理，測定高聚物粘彈性的實驗方法。

三、試題類型及比例

1、必答題試題類型及比例：

（1）填空判斷：占必答題試題部分的30-50%

（2）簡答題：占必答題試題部分的50-70%

2、選答題試題類型及比例：

（1）簡答題：占選答題試題部分的30-40%

（2）計算題：占選答題試題部分的20-30%；

（3）分析討論題：占選答題試題部分的40-50% .

四、考試形式及時間

考試形式為筆試。考試時間為三小時。

五、主要參考教材

1.材料科學基礎，靳正國、郭瑞松、侯信、師春生等編，天津大學出版社，2005年

2. 高分子物理，何曼君，陳維孝，董西俠編，復旦大學出版社，2000年