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838材料科学基础

《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和键合

原子结构与原子的电子结构；

原子结构：原子是由质子和中子以及原子核外的电子组成的原子核。原子核中的中子

是电中性的，质子带正电荷。通过静电吸引，带负电荷的电子牢牢地束缚在原子核周围。

因为中性原子中电子和质子的数量相等，所以原子作为一个整体是电中性的。原子的电子

结构：电子在原子核外的空间进行高速旋转遥控。电子在原子中的空间位置和能量可以由

四个量子数决定，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

原子结构、原子排列对材料性能的影响

材料中键的类型和本质，以及每种键对材料性能的影响。金属键：金属中的自由电子

与金属正离子相互作用形成的键。大多数金属以金属键的形式结合在一起。它的基本特征

是电子共享；当金属受力变形并改变原子间的相互位置时，不会破坏金属键，使金属具有

良好的延展性。此外，由于自由电子的存在，金属通常具有良好的导电性和导热性。离子

键：本质上，金属原子将其最外层的价电子给予非金属原子，使其自身带正电荷的正离子，

而非金属原子获得价电子，使其自身带负电荷的负离子。这样，正离子和负离子通过它们

之间的静电结合。特点：以离子为结合单元；一般离子晶体中正负离子静电引力强，结合

牢固。因此，其熔点和硬度相对较高。难以产生自由遥控的电子是良好的绝缘材料，但在

高温熔融状态下，正负离子在外电场的作用下可以自由移动。此时，它们表现出离子导电

性。共价键：两个或多个具有相似电负性的原子之间共享电子而形成的化学键。

共价键晶体中各个键之间都有确定的方位，配位数比较小，共价键的结合极为牢固，

故共价晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点；束缚在相邻原子间的共用电子对不能

自由地运动，共价结合形成的一般都是绝缘体，其导电能力较差。d.范德华力e.氢键

键能曲线及其应用。

原子的堆垛和配位数的基本概念及对材料性能的影响。

配位数（CN）是指晶体结构中任何原子周围最近和等距的原子数；密度是指晶体结构

中原子体积的百分比。

4.显微组织基本概念和对材料性能的影响。第2部分材料的晶态结构

晶体和非晶、晶体结构、空间晶格、晶格、胞格、晶格常数、布拉夫晶格、晶面间距

等

本概念。

晶体：一种固体物质，其中原子在空间中定期排列。无定形：原子排列不规则的固体

物质

晶体结构：晶体结构的基本特征是原子在三维空间呈周期性重复排列，即长程有序，

与非晶体在性能上区别主要有两点：a.晶体熔化时具有固定的熔点而非晶体却无固定的熔

点，存在一个软化温度范围。b.晶体具有各向异性，而非晶体却为各向同性

空间点阵：阵列点在空间中周期性地、规则地排列，并且具有完全相同的周围环境。

这种由它们在三维空间中规则排列的阵列称为空间晶格

晶格：由平行的直线将所有阵点连接起来，于是构成一个三维几何格架，称为空间格

子晶胞：为说明点阵排列的规律和特点，可在点阵中取出一个具有代表性的基本单元作为

点阵的组成单元布拉菲点阵：能够反映空间点阵全部特征的14种单位平面六面体，这14

种空间点阵也称布拉菲点阵

2.晶体取向指数和晶面指数的标定方法。晶体取向指数的测定步骤：

以晶胞的某一点阵o为原点，过原点o的晶轴为坐标轴x，y，z，以晶胞点阵矢量的

长度作为坐标轴的长度单位。

在原点o上画一条直线，使其与未确定的晶体方向平行。

在直线op上选取距原点o最近的一个阵点p，确定p点的3个坐标值。将3个坐标值

化为最小整数u，v，w加上方括号，[uvw]即为待定晶向指数。晶面指数标定的步骤：在

点阵中设参考坐标系，设置方法与确定晶向指数时相同，但不能将坐标原点选在待确定指

数的晶面上，以免出现零截距

求三个晶轴上未确定晶面的截距。