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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。
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