同济大学材料科学基础
2020年同济大学建筑学考研考试科目、招生人数、参考书目、复试分数、录取人数
2020年同济大学建筑学考研考试科目、招生人数、参考书目、复试分数、录取人数一、同济大学建筑学考研考试科目情况：招生院系（010）建筑与城市规划学院学科专业代码及名称（081300）建筑学（学术学位）研究方向01 建筑历史与理论 04 建筑遗产保护及其理论02 建筑设计及其理论 05 城市设计及其理论03 建筑技术科学 06 室内设计及其理论初试科目1 (101)思想政治理论科目2 (201)英语一、(202)俄语、(203)日语、(242)德语任选一门科目3 (355)建筑学基础科目4(802)建筑理论与历史、(803)建筑设计、(805)建筑技术、(408)计算机学科专业基础综合、(808)材料力学与结构力学、(851)现代西方美学、(815)传热学、(816)工程热力学、(821)材料科学基础任选一门复试内容建筑设计+专业外语+专业综合学习和就业方式全日制非定向就业备注不接收同等学力考生二、同济大学建筑学考研复试分数线年份专业代码专业名称政治外语业务课1 业务课2 总分2018 081300建筑学60 60 90 90 3252017 085100 60 70 90 90 340 2016 085100 60 70 90 90 325三、同济大学建筑学考研报录比年份专业代码专业名称报名人数全日制录取人数非全日制录取人数2018 081300建筑学728 10 02017 085100 1052 79 0 2016 085100 1034 89 /四、同济大学建筑学考研参考书目(355)建筑学基础《建筑概论》，崔艳秋等编著，中国建筑工业出版社《建筑初步》田学哲、郭逊主编，中国建筑工业出版社《公共建筑设计原理》张文忠主编，中国建筑工业出版社《中国建筑史》潘谷西主编，中国建筑工业出版社《外国建筑史》陈志华著，中国建筑工业出版社《外国近现代建筑史》，罗小未主编，中国建筑工业出版社《建筑批评学》郑时龄著，中国建筑工业出版社《室内设计原理》陈易著，中国建筑工业出版社《建筑物理》,柳孝图,中国建筑工业出版社《节能建筑设计和技术》,宋德萱,同济大学出版社《建筑构造》,颜宏亮,同济大学出版社《建筑特种构造》,颜宏亮,同济大学出版社建筑设计课程相关教材、相关参考书及授课内容(802)建筑理论与历史《中国建筑史》潘谷西主编，中国建筑工业出版社《外国建筑史》陈志华著，中国建筑工业出版社《外国近现代建筑史》，罗小未主编，中国建筑工业出版社《建筑批评学》郑时龄著，中国建筑工业出版社等相关教学参考书及相关课程授课内容(803)建筑设计大学本科相关教材及参考书设计课程相关授课内容(805)建筑技术《建筑构造》，颜宏亮，同济大学出版社《建筑特种构造》颜宏亮，同济大学出版社《建筑物理》，柳孝图，中国建筑工业出版社《节能建筑设计和技术》，宋德萱，同济大学出版社五、同济大学2018年建筑系录取名单考生编号姓名初试总分复试成绩最终成绩备注102478000001183陈恩山333 255 588102478000001185文质彬337 254 591102478000001192张劭祯352 259 611102478000001199颜炳亮345 253 598102478000001201袁敏267 238 505 少干计划102478000001243靖振奇337 234 571102478000001249刘若骅330 249 579102478000001270叶磊332 265 597102478000001511张文韬325 268 593102478000001522杨鹏宇349 257 606102478000001578谈友华350 263 613102478120105534刘益356 310 666102478130405811李琪336 277 613102478140206054冯津津336 292 628102478141006210黄晓军355 247 602102478150406458卢笑晗334 235 569102478210506620田楠楠328 234 562102478211606755郭昱335 266 601102478321708892冯一鹏342 280 622102478321908968杨小亮348 264 612102478330109596张莹颖347 234 581102478330109605胡治国325 257 582102478330209741吴淑瑜338 233 571102478330209756章豪329 262 591102478330209757金旭涛327 285 612102478330209758王钰君330 242 572102478330410084朱敏燕349 243 592102478330410088李画意337 265 602102478330810265姜晟328 251 579102478331010295罗元胜331 250 581102478340210566张大慧339 263 602102478340410758舒畅334 272 606102478340510839陈祺炜352 272 624102478342211125杨子宣346 299 645102478350111464林菁362 235 597102478350311538刘东林359 237 596102478360711990吴嘉琦330 255 585102478370212499傅宇昕331 278 609102478372913080陶情情375 243 618102478411513364韩龙飞330 261 591102478421814055彭清杉305 241 546 少干计划102478431514539黄子茵346 271 617102478431514543苏添瑞346 280 626102478450715234陆志明292 234 526 少干计划102478450915258蒋芳利327 233 560102478501215471江攀368 268 636102478511115575秦莉雯285 245 530 少干计划102478512015716何畅276 234 510 少干计划102478512915835刘长青359 264 623102478520115887吴泽珠285 248 533 少干计划102478611716233马松瑞334 250 584六、同济大学建筑学考研指导1、零基础复习阶段（6月前)本阶段根据考研科目，选择适当的参考教材，有目的地把教材过一遍，全面熟悉教材，适当扩展知识面，熟悉专业课各科的经典教材。
【上交827 材料科学基础】材料科学基础习题及参考答案1
材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。
⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。
常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。
⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。
⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。
结合较弱。
⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
12(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210) {1012}的等价晶面：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120] 1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为晶格常数。
同济大学材料科学与工程学院考研专业课821材料科学基础大纲详解
821材料科学基础大纲详解本课程主要考察考生对材料科学的基础理论和专业知识的掌握程度，以及运用这些理论和知识解决实际问题的能力。
同时还将考察考生对常规材料表征技术的掌握程度和应用能力。
考查的知识要点包括以下内容:(1)材料及材料科学的含义:材料及材料的基本要素和相互之间的关系、材料的结构层次及材料结构与性能的关系、材料选择的基本原理;(2)材料的原子结构与分子结构:原子结构、原子间的键合、材料的化学组成和结构对性能的影响、高分子链的近程结构与远程结构:(3)固体材料结构基础:晶体的基本特性、晶体的结构特征(空间点阵和晶胞、晶向指数和晶面指数)、配位数和配位多面体、金属的晶体结构、离子晶体结构、共价晶体结构、高分子凝聚态结构(晶态结构、非晶态结构、取向结构)、非晶态的形成及结构特征、固体材料能带结构的基础知识(导体、半导体、绝缘体)及与性能之间的关系;(4)晶体的结构缺陷:缺陷分类、点缺陷的形成、位错的基本类型和特征、晶体结构缺陷对材料性能的影响;(5)材料的相结构与相变:相的定义、相结构、固溶体的概念及特点、相变的定义、相变的分类(按结构分类、按热力学分类、按相变方式分类、按原子迁移特征分类)、结晶的基本规律与条件:热力学条件、动力学条件(成核-长大机理);(6)高分子材料中的分子链运动:高分子链的内旋转及柔顺性的本质和影响因素，高分子材料的三种力学状态(玻璃态、高弹态及粘流态)、玻璃化转变温度;(7)金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料的结构特征、性能特点及其应用分析;(8)常规材料表征技术及应用:XRD、TEM、SEM、IR、DSC的工作原理、影响这些表征技术的主要因素及在材料研究中的应用。
考试题型: 专业术语或基本概念的解释、简答题、论述或辨析题、综合分析题等。
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重点一、论述四种强化的强化机理、强化规律及强化方法。
1、形变强化形变强化：随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。
机理：随塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。
规律：变形程度增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，位错密度不断增加，根据公式Δσ=αbG ρ1/2，可知强度与位错密度（ρ）的二分之一次方成正比，位错的柏氏矢量（b）越大强化效果越显著。
方法：冷变形（挤压、滚压、喷丸等）。
形变强化的实际意义（利与弊）：形变强化是强化金属的有效方法，对一些不能用热处理强化的材料可以用形变强化的方法提高材料的强度，可使强度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品的成形成为可能，如冷拔钢丝、零件的冲压成形等；形变强化还可提高零件或构件在使用过程中的安全性，零件的某些部位出现应力集中或过载现象时，使该处产生塑性变形，因加工硬化使过载部位的变形停止从而提高了安全性。
另一方面形变强化也给材料生产和使用带来麻烦，变形使强度升高、塑性降低，给继续变形带来困难，中间需要进行再结晶退火，增加生产成本。
2、固溶强化随溶质原子含量的增加，固溶体的强度硬度升高，塑性韧性下降的现象称为固溶强化。
强化机理：一是溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用；二是位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力；三是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。
所有阻止位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。
固溶强化规律：①在固溶体溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大；②溶质原子与溶剂原子的尺寸差越大，强化效果越显著；③形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素；④溶质原子与溶剂原子的价电子数差越大，则强化作用越大。
同济大学材料科学基础全真模拟题(一)
同济大学材料科学基础全真模拟题（一）考试时间：180分钟考试总分：150分一．名词解释（每小题6分，共30分）1、固溶体和置换固溶体2、线缺陷和面缺陷3、滑移系和滑移带4、金属间化合物5、特征X射线二．判断题（每小题2分，共20分）1、非金属和金属的原子半径比值r x/r m>0.59时，形成间隙化合物，如氢化物、氮化物。
（）2、由于均匀形核需要的过冷度很大，所以液态金属多为非均匀形核。
（）3、塑性变形会使金属的导电性升高，抗腐蚀性下降。
（）4、对同一聚合物而言，分子量对结晶速度有显著影响。
在相同条件下，一般分子量低结晶速度快。
（）5、透射电镜的两种主要功能是测量内部组织和成分价键。
（）6、宏观上，弹性模量E代表材料对弹性正应变的抗力；微观上E表征原子间的结合力。
（）7、复合材料界面的作用仅仅是把基体与增强体粘结起来。
（）8、硬度越高，材料的耐磨性能越好。
（）9、分子间作用力增大，柔顺性也变大。
（）10、在样品台转动的工作模式下，X射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角速度的二倍。
（）三．简答题（共8道题，从中选择6道题进行作答，多做不得分。
如果作答题目超过6道，那么选取作答的前6题进行批阅。
每道题10分，共60分）1、简述温度对金属电阻影响的一般规律及原因。
2、扩散型相变和无扩散型相变各有哪些主要特点。
3、推导布拉格方程，说明干涉面及其指数HKL的含义，衍射极限条件是什么？4、以NaCl晶胞为例，试说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。
5、简述聚合物力学三态的分子运动特点。
6、高聚物结构复杂的原因是什么。
7、在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[]012（111）与[]211()011与[]111()223与[]123与[]121 236（257）与[]111()（102）()211()312[110] []021[]2138、扫描电镜的工作原理是什么？其结构包括哪些部分？四．论述题（每题20分，共40分）1、为什么外界温度的急剧变化可以使许多陶瓷器件开裂或破碎？从结合键的角度解释陶瓷材料所具有的特殊性能，并试述硅酸盐结构的基本特点和类型。
同济大学821专业课2020年真题
2020年821同济大学材料科学基础真题
简答题（7*10）
1、从相结构的角度分析，化合物、晶体、固溶体和混合物之间的区别
2、试分析水泥或陶瓷材料的显微组织，以及显微组织对材料和性能的影响
3、分析红外光谱影响吸收谱带的因素，为什么不用水做溶剂
4、分析X射线、红外、紫外所吸收的能级以及所能收集的微观信息
5、晶体缺陷，可以用什么仪器（研究方法）分析观察
6、聚合物高弹态中分子运动的特点，可以说熵弹性吗？为什么
7、X射线能够使物质发出什么样的物理信号，并计算面间距
分析题（4*15）
1、NACL CSCL CAF2 为例，分析结晶学定律对晶体结构的影响，各自的具体晶体结构，并画出晶体结构图
2、电子显微镜比光学显微镜的分辨率高的原因？电子束在材料上产生哪些信号？扫描电镜中那些信号可以进行形貌分析，分辨率的大小？
3、金属材料的四大强化机制及其检测方法
4、高分子的应力松弛现象，举例分析分子内部的运动怎么防止或减少
综合题（20）
金属、陶瓷、高分子、混凝土，选择分析其组成结构性能效能？对其组成结构性能的试验方法。
同济大学材料科学与工程学院考研资料、经验及建议分享
一、学院简介同济大学材料科学与工程学院成立于1996年12月，前身为材料界著名专家黄蕴元先生创立于1956年的建筑工艺系，1958年7月更名为建筑材料工程系，为全国同行最早成立的建筑材料系之一。
材料科学与工程学院是先进土木工程材料教育部重点实验室和上海市金属功能材料应用开发重点实验室的依托单位，也是中文核心期刊《建筑材料学报》的承办单位。
学院下设从事教学、科研的研究所（中心）、材料专业实验室、材料测试中心实验室、材料检测室及上海同材科技发展有限公司等机构。
拥有材料科学与工程一级学科博士学位授权点和博士后流动站，其中材料学（原无机非金属材料）是全国首批博士点之一，也是国家和上海市重点学科、国家“211工程”项目重点建设学科、教育部21世纪教育“振兴行动计划”的重点建设学科、“长江学者奖励计划”特聘教授设岗学科。
学院现有材料科学与工程本科专业，下设五个专业方向：建筑材料、高分子材料、无机非金属材料、金属材料、复合材料。
材料科学与工程研究生专业有材料学、材料物理化学、材料加工工程、生物材料、纳米材料与技术等，各专业具有二级学科硕士、博士学位授权点。
学院以科学研究和工程实践成果为办学基础，以具有国际化视野的、良好科学素养和工程实践能力的师资队伍为保障，创建以递进式课程群为课堂教学链，以实习基地、教学实验平台、创新研发基地为创新实践链，以工程实践、国际化教学、双学位等为交流合作链开放型卓越人才培养体系。
综合考虑本科、硕士和博士三个阶段，提高人才培养效率，形成“4+M”卓越人才培养模式。
学院师资力量雄厚，现有教职工140余人，其中正高职教师39人、副高职教师41人，博士生导师36人。
学院承担着国家重点基础研究发展计划（“973”）、国家高技术研究发展计划（“863”）项目等国家级项目，省部级重大和重点科研项目，并积极参加全国和上海地区的重大工程项目的建设和研发，接受各类企业委托的技术开发项目，向社会输出了一批高科技成果。
同济大学材料科学基础绪论资料
一门新的综合性学科的诞生。
什么是材料科学 ？
• 材料科学是一门以材料为研究对象，介于基础科
学与应用科学之间的称之为应用基础科学的学科。
• 基本内容： • （1）从化学的角度出发，研究材料的化学组成、
键性、结构与性能的关系及其规律
• （2）从物理的角度出发，研究材料的组成原子、
材料科学学科形成的 深层次原因分析（4）
许多不同类型的材料可以相互代替和补充， 能更充分发挥各种材料的优越性，达到物 尽其用的目的。（复合材料的原理问题的 提出）
材料科学学科形成的 深层次原因分析（5）
• 最后，复合材料在多数情况下是不同类型
材料的组合，如果对不同类型材料没有一 个全面的了解，作为新材料发展之一的复 合材料的研究开发必然受到影响。对各类 材料有一个深入的了解是复合材料发展的 基础。
离子或分子等的排列形式或方式。
• （B）性质： • 赋予材料的价值和应用性.
• 指材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，
主要决定于材料的组成与结构。
• （C）使用性能： • 是材料在使用条件下应用性能的度量.
也指在使用状态下表现的行为，它与材料设计、工
程环境密切相关。实用性能包括可靠性、耐用性、寿
材料结构关系
• 材料的结构包括不同晶体结构和非晶体，以及显微镜下
的微观结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有 了解了这些才能实现控制结构的目的。
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。 • 其内部结构包括四个层次：①原子结构；②结合键；③
原子的排列方式；④显微组织
• （A）组织结构： • 包含着决定材料性质和使用性能的原子、
材料科学学科形成的 深层次原因分析（2）
同济大学材料科学基础
一，解释下列名称或术语键合力：固体材料中原子间用于相连接及保持一定的几何形状或物性的结合力。
晶格能:：在0k时1mol离子化合物的各种离子相互移动至无限远及拆散成气态所需要的能量电负性：原子得到电子的能力空间格子：将晶体内部的结构基元抽象成几何点，将实际晶体使用三维点阵表示的空间结构晶胞：砸实际晶体中划分出的平行六面体单位基元点阵：把晶体内部的原子、离子或原子集团等结构抽象成几何的点平行六面体：空间格子中的最小单位基元，由六个两两平行且大小相等的面组成晶面指数：表示晶体中点阵平面的指数，由晶面在三个晶轴的截距值决定点群：宏观晶体对贺元素集合而成结的晶学群晶面常数：晶体定向中，轴率a：b：c和轴角α，β，γ统称为晶体的几何常数二，分别简述形成离子键和金属键的条件和特点离子键：条件：△X≥1.7特点：没有饱和性和方向性共价键：条件：0.7≤△X＜1.7特点：有饱和性和方向性金属键：条件：△X＜0.5特点：没有饱和性和明显的反向性三，范德华键和氢键的联系和区别联系：都是依靠分子或分子的偶极矩引力而形成区别：范德华键无饱和性和方向性，氢键有明显的饱和性和方向性四，简述元素周期表中金属离子半径变化的规律同周期随原子序数增加而减小，同主轴随原子序数增加而增大，对角线上离子半径大小大致相等。
五，写出单型三方柱，四方柱，四方双锥，六方柱填型中各晶面的晶面指数，并写出它们的对称性。
三方柱晶面指数(0 0 0 1)(0 0 0 1)(1 1 2 0)(1 2 1 0)(2 1 1 0)对称型 L33L23PC四方柱晶面指数(0 0 1)(0 1 0)(1 0 0)(0 1 0)(1 0 0)(0 0 1)对称型 L44L25PC四方双锥晶面指数（0 1 1）（1 0 1）（0 1 1）（1 0 1）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 1）（1 0 1）（0 1 1）（1 0 1）对称型 L44L25PC六方柱晶面指数（0 0 0 1）（0 0 0 1）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 0 0 ）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 0 0）对称型 L46L27PC六，写出立方体中六个晶面指数（0 0 1）（0 0 1）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）七，在六方晶体中标出晶面（0 0 0 1）（2 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 2 0）（1 2 1 0）的位置（0 0 0 1）面opqrst（2 1 1 0）面o’s’so（1 0 1 0）面tss’t’（1 1 2 0）面trr’t’（1 2 1 0）面qss’q’1，原子半径：分子内部原子的中心距为两个原子半径之和离子半径：离子周围的一个其他原子不能侵入的势力范围配位数：在晶体结构中，一个原子或离子直接相邻的原子或异号离子数目称为配位数点缺陷：亦称零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维反向上的缺陷都很小热缺陷：是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点肖特基缺陷：质点由面位置迁移到新表面位置，而在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位弗伦克尔缺陷：质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙点成对出现位错：质点在一维方向上偏离理想晶体中的周期性，规则性排列多产生的缺陷，这种缺陷的尺寸在一维方向上较长，而在另二维方向上较短2，四面体空隙个数=8*n/4=2n八面体空隙个数=6*n/6=n当大小不等的球体进行堆积时，其中较大的球将按六方和立方最紧密堆积方式进行堆积，而较小的球按自身大小填入其中的八面体空隙中或四面体空隙中3，原子数配位数堆积系数面心立方480.68体心立方2120.74密排立方6120.744，证明：晶胞体积=3√3/2*a2*1.6a原子体积=4π/3（a2/2）*6原子体积占晶胞体积=原子体积/晶胞体积=74.9%空隙率=1-74.9%=25.1%5，刃型位错的特点：①伯格斯矢量与刃型位错垂直②刃型位错有正负之分，把多余半原子面在滑移面上边的刃型位错称为正刃型位错，反之为负刃型位错③在刃型位错的周围要发生晶体的畸变，在多余的半原子面的这一边晶体收挤压缩变形，原子间距离变小，而另一边的晶体则受拉膨胀变形，原子间距增大，从而使位错周围产生弹性应变，形成应力场④位错在晶体中引起的畸变在位错处最大，离位错线越远的晶格畸变越小，原子严重错排列的区域只有几个原子间距，因此，位错是沿位错线为中心的一条狭长管道螺旋位错的特征：①伯格斯矢量与刃型位错平行②螺旋位错分为左旋和右旋，根据螺旋面旋转方向，符合右手法则的称为右旋螺旋位错，符合左手法则的称为左旋位错③螺旋位错只引起剪切畸变，而不引起体积膨胀和收缩，因为存在晶格畸变，所以在位错线附近也形成应力场，同样的，离位错线距离越远，晶格畸变越小，螺旋位错也只包含几个原子宽度的线缺陷。
【材料科学基础 上交大】第3章 凝固
熔化
1
第三章 凝固
4h
炼钢
浇注
炼铜
2
第三章 凝固
• 凝固：物质从液态到固态的转变过程。若凝固后的物质为晶体， 则称之为结晶。
• 凝固过程影响后续工艺性能、使用性能和寿命。 • 凝固是相变过程，可为其它相变的研究提供基础。
3
第
三 章
第一节 材料结晶的基本规律
第
1 液态材料的结构
一
结构：长程无序而短程有序。
二
节
结 1 均匀形核
晶
条 件
（1）晶胚形成时的能量变化
△G＝V△Gv+σS
＝(4/3)πr3△Gv+4πr2σ
10
第
三 章
第三节 晶核的形成
1 均匀形核
第
二
〔2〕临界晶核
节
d△G/dr=0
结
晶
rk=-2σ/△Gv
条
临界晶核：半径为rk的晶胚。
件
（3〕 临界过冷度
rk=-2σTm/Lm△T
临界过冷度：形成临界晶核时的过冷度。△Tk.
三 章
第三节 晶核的形成
2 非均匀形核
第
（3）临界形核功
二
节
计算时利用球冠体积、表面积表达式，结合平衡关系 σlw=σsw+σslcosθ计算能量变化和临界形核功。
结
晶 △Gk非/△Gk=(2-3cosθ+cos3θ)/4
条
a θ=0时，△Gk非＝0，杂质本身即为晶核；
件
b 180>θ>0时, △Gk非<△Gk, 杂质促进形核；
分
（1）链的对称性。对称性越高，越容易结晶。
同济大学材料学院821专业课辅导讲义1
绪论1. 材料和材料科学的定义：材料：具有在特定条件下使用要求的形态和物理状态的物质（不包含燃料、化工原料或产品、食品和药品）。
材料科学：研究材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及变化规律的一门学科。
材料科学的内涵：核心问题是材料的组织结构与性能以及两者之间的关系。
2. 材料科学与工程的四要素模型及四要素之间的关系：材料的成分与结构是影响其各种性质的直接因素，加工过程通过改变材料的成分与结构从而影响其性质。
例如铁碳合金，不含碳时，即纯铁，延展性好但强度低；含碳量较低时，称之为钢，钢中含碳量增加，强度硬度上升，但塑性韧性下降。
由同一元素碳构成的不同材料如石墨和金刚石,也有着不同的性能。
结构与成分是材料研究的核心，性质是落脚点，根据材料的性质可以确定其使用效能，例如金属具有刚性和硬度，可做结构材料。
材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状,而且是控制材料成分和结构的必要手段。
如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能,冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。
3. 材料结构层次与材料结构和性能的关系：①原子结构②结合键内部结构③原子排列方式（晶体、非晶体）④显微组织⑤宏观组织（肉眼可见）讨论结构对性能的影响关系：①原子结构②结合键③原子排列方式④显微组织和缺陷 Eg.1 结合键受到原子结构影响，易失去电子的元素形成金属键，结合键为金属键，导致原子趋于紧密堆积，电子共有化使得受力形变时金属键不至于破坏，故而有很好的延展性。
Eg.2 组织是指金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶粒大小、方向、形状、排列方式等组成关系的组成物。
如铁素体和珠光体。
材料热处理加工导致组织结构变化，其力学性能也有所差异。
4. 材料选择的基本原理①性能使用性原则：根据工作环境条件，按照材料的性能指标来选择相应的适用材料。
②失效性选择原则：对服役后失效的材料进行失效原因、解决对策分析，选择新的适用材料。
《材料科学基础》教学大纲
本知识能够分析和预测材料 析材料的应用
运用晶体学知
的应用前景
识、相图知识、
固溶体知识热力
学知识对材料的
应用进行合理的
分析。
3-2 运用所学的材料科学基础理论分 3-2 使固理论、
断裂理论、扩散
理论分析和预测
材料的应用前
景。
三、教学基本内容
2
第一章：绪论 课程的性质与任务，内容及研究方法，课程特点学习方法，材料发展简史。
入分析；
3.能够把握相图的基本知识，包括二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用
方法，铁碳相图；三元相图的成分表示法等。
4.能够了解结晶理论的实际应用，塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合
金强化机制为后继专业课的学习奠定基础。
二、课程目标与毕业要求的对应关系（表格可以扩展）
毕业要求
指标点
课程目标
第二章：晶体学基础及晶体结构（支撑课程目标1-1、3-1） 1. 基本概念 （空间点阵，晶胞，原胞，点阵常数） 2. 晶面指数和晶向指数 3. 三种晶体结构及原子堆垛方式 要求学生：了解并掌握晶体结构分析的基本原理和方法。
第三章：凝固与结晶（支撑课程目标1-1、3-2） 1. 液态金属的凝固 2. 晶核的形成 3. 晶核的长大 4. 凝固理论应用 要求学生：掌握凝固理论，对凝固过程中所发生的物理变化有清晰的认识
的影响。
变化的特点
2-2 掌握应力场的变化对材料的组织 2-2 了 解 材 料 的
结构与性能的影响
受力状态及组织
性能的变化规律
2-3 掌握界面、变形、结晶度等对材 2-3 掌 握 塑 性 变
料的组织结构与性能的影响
形、界面结构、
再结晶处理对材
【同济大学】【材料学院】材料科学与工程基础-绪论
e kBT 1
式中f(E)称为费米分布函数，EF即是费米能量或 化学势
分布函数f具有下列性质： 当T=0K, 若E<EF，f（E）=1；
而E>EF，f（E）=0； 当T >0K，若E=EF，f（E）=1/2；
而E>EF，f（E） > 0； 若E<EF，f（E） < 1
可见，当T > 0K时，在EF附近的少量电子（比EF小kBT）因 吸收热能而跃迁到能量较高的状态。在室温下kBT ≈0.025ev, 而EF有几个电子伏特，即kBT ≈10-2 EF，因此只有少量和EF接 近的电子能跃迁。
形成库柏电子对的最佳状态是： K1+ K2= K1'+ K2'=0
5、极化子 在离子晶体中，电子的运动会影响离子的平
衡位置；它吸引正离子使之内移，排斥负离子 使之外移，从而产生离子的位移极化，导致所 在区域内电子静电势的下降，出现趋于束缚电 子的势阱，构成电子的束缚态——电子的自陷 态。这可以看成是一个准粒子（电子+晶格畸 变），称为极化子
杂化轨道：原子在化合成分子的过程中，原有（能量相近） 的原子轨道线性地组合成新的原子轨道，称为杂化轨道，但 轨道数目不变，轨道在空间的分布方向和分布情况发生改变。 原子轨道经杂化后，可使成键的相对强度加大。
分子轨道：分子中每个电子是在各个原子核和其余电子组成的 势能中运动，它的运动状态可用分子轨道描述（波函数）。 分子轨道可近似地用能量相近的原子轨道组合得到。轨道数 不变，能量改变。
晶向指数是从原点出发到达某一阵点，其方向
用该阵点的坐标来表示，并取互质的最小整数倍，
微观粒子的状态用波函数ψ（r，t）描述， 当时间改变时粒子状态（波函数）将按照薛定谔 （Schrodinger）方程进行变化.
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一，解释下列名称或术语键合力：固体材料中原子间用于相连接及保持一定的几何形状或物性的结合力。
晶格能:：在0k时1mol离子化合物的各种离子相互移动至无限远及拆散成气态所需要的能量电负性：原子得到电子的能力空间格子：将晶体内部的结构基元抽象成几何点，将实际晶体使用三维点阵表示的空间结构晶胞：砸实际晶体中划分出的平行六面体单位基元点阵：把晶体内部的原子、离子或原子集团等结构抽象成几何的点平行六面体：空间格子中的最小单位基元，由六个两两平行且大小相等的面组成晶面指数：表示晶体中点阵平面的指数，由晶面在三个晶轴的截距值决定点群：宏观晶体对贺元素集合而成结的晶学群晶面常数：晶体定向中，轴率a：b：c和轴角α，β，γ统称为晶体的几何常数二，分别简述形成离子键和金属键的条件和特点离子键：条件：△X≥1.7特点：没有饱和性和方向性共价键：条件：0.7≤△X＜1.7特点：有饱和性和方向性金属键：条件：△X＜0.5特点：没有饱和性和明显的反向性三，范德华键和氢键的联系和区别联系：都是依靠分子或分子的偶极矩引力而形成区别：范德华键无饱和性和方向性，氢键有明显的饱和性和方向性四，简述元素周期表中金属离子半径变化的规律同周期随原子序数增加而减小，同主轴随原子序数增加而增大，对角线上离子半径大小大致相等。
五，写出单型三方柱，四方柱，四方双锥，六方柱填型中各晶面的晶面指数，并写出它们的对称性。
三方柱晶面指数(0 0 0 1)(0 0 0 1)(1 1 2 0)(1 2 1 0)(2 1 1 0)对称型 L33L23PC四方柱晶面指数(0 0 1)(0 1 0)(1 0 0)(0 1 0)(1 0 0)(0 0 1)对称型 L44L25PC四方双锥晶面指数（0 1 1）（1 0 1）（0 1 1）（1 0 1）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 1）（1 0 1）（0 1 1）（1 0 1）对称型 L44L25PC六方柱晶面指数（0 0 0 1）（0 0 0 1）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 0 0 ）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 0 0）对称型 L46L27PC六，写出立方体中六个晶面指数（0 0 1）（0 0 1）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）七，在六方晶体中标出晶面（0 0 0 1）（2 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 2 0）（1 2 1 0）的位置（0 0 0 1）面opqrst（2 1 1 0）面o’s’so（1 0 1 0）面tss’t’（1 1 2 0）面trr’t’（1 2 1 0）面qss’q’1，原子半径：分子内部原子的中心距为两个原子半径之和离子半径：离子周围的一个其他原子不能侵入的势力范围配位数：在晶体结构中，一个原子或离子直接相邻的原子或异号离子数目称为配位数点缺陷：亦称零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维反向上的缺陷都很小热缺陷：是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点肖特基缺陷：质点由面位置迁移到新表面位置，而在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位弗伦克尔缺陷：质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙点成对出现位错：质点在一维方向上偏离理想晶体中的周期性，规则性排列多产生的缺陷，这种缺陷的尺寸在一维方向上较长，而在另二维方向上较短2，四面体空隙个数=8*n/4=2n八面体空隙个数=6*n/6=n当大小不等的球体进行堆积时，其中较大的球将按六方和立方最紧密堆积方式进行堆积，而较小的球按自身大小填入其中的八面体空隙中或四面体空隙中3，原子数配位数堆积系数面心立方480.68体心立方2120.74密排立方6120.744，证明：晶胞体积=3√3/2*a2*1.6a原子体积=4π/3（a2/2）*6原子体积占晶胞体积=原子体积/晶胞体积=74.9%空隙率=1-74.9%=25.1%5，刃型位错的特点：①伯格斯矢量与刃型位错垂直②刃型位错有正负之分，把多余半原子面在滑移面上边的刃型位错称为正刃型位错，反之为负刃型位错③在刃型位错的周围要发生晶体的畸变，在多余的半原子面的这一边晶体收挤压缩变形，原子间距离变小，而另一边的晶体则受拉膨胀变形，原子间距增大，从而使位错周围产生弹性应变，形成应力场④位错在晶体中引起的畸变在位错处最大，离位错线越远的晶格畸变越小，原子严重错排列的区域只有几个原子间距，因此，位错是沿位错线为中心的一条狭长管道螺旋位错的特征：①伯格斯矢量与刃型位错平行②螺旋位错分为左旋和右旋，根据螺旋面旋转方向，符合右手法则的称为右旋螺旋位错，符合左手法则的称为左旋位错③螺旋位错只引起剪切畸变，而不引起体积膨胀和收缩，因为存在晶格畸变，所以在位错线附近也形成应力场，同样的，离位错线距离越远，晶格畸变越小，螺旋位错也只包含几个原子宽度的线缺陷。
1，根据和金组成元素及原子相互作用的不同，固态下形成的合金相基本上可以分为固溶体和中间相两大类。
和纯金属相比，由于溶质原子的溶入导致固溶体的点阵常数，力学性能，物理和化学性能产生了不同程度的变化。
①点阵常数的变化，由于溶质和溶剂原子的大小不同，引起点阵畸变并导致点阵常数发生变化②产生固溶强化，由于溶质原子溶入，使固溶体强度，硬度升高③物理和化学性能的变化，固溶体合金随着固溶度的增加，点阵畸变增大，一般固溶体的电阻率升高，同时降低电阻温度系数，有序变化时因原子间结合力增加，点阵畸变和反相畸变存在等因素都会引起固溶体性能突变，除了硬度和屈服升高，电阻率降低外，甚至有非铁磁性合金有序变化后会具有明显的铁磁性2，材料的结构指的是材料的原子结构，结合键，原子的排列方式以及显微组织，而组织指用金相观察材料内部时看到的涉及晶体或晶粒大小，方向，形状，排列状况等组成关系的组成物，材料的性能取决于其内部结构，只有改变了材料的内部结构才能达到改变性能的目的，材料的组织结构的变化决定了其力学性能，物理性能和化学性能。
3，中间相可以是化合物，也可以是以化合物为基的固溶体，中间相通常可以用化合物的化学分子表示，大多数中间相原子间的结合方式属于金属键与其它典型键相混合的一种方式，因此它们都具有金属性和固溶体一样，电负性，电子浓度和原子尺寸对中间相的形成及晶体结构性能都有影响，中间相可分为正常价化合物，电子化合物，原子尺寸因素有关的化合物与超结构。
4，共晶型：固态时两组元完全互不相溶，存在一个共晶温度，此时三相共存同晶型：固态液态时两个组元都能以任意比例互溶包晶型：包晶型中有一个固溶体的了、凝固温度随溶质浓度增加升高，而无低共熔点共晶和包晶是恒温转变过程，而匀晶不是。
共晶和包晶有一条恒温转变温度线5，设一组为Wd熔体，从高温开始冷却，当温度降至液相线AB上的A点时，开始析出固溶体α，随着温度下降，固相组成沿AC变化，液相沿AE变化，并且α渐增，L渐减，当温度降到固相线CD时，L相组成E，固溶体α组成为C，此时从液相中析出固溶体β共晶刚结束时W液/W固=MF/FNL= L+α初=α初+（α+β）共=α+βα初与（α+β）共α初=（XE-XW）/（XE – XC）*100%（α+β）共=(1-α) *100%共晶刚结束时：α=（XD-XW）/（XD – XC）*100%β=(1-α) *100%6，f=c-φ+2=3-φ（一元情况下）因为一元凝聚态时存在存在固溶体两组元，即φ=2 ——〉f=1，所以此相变过程中温度不变在相界上各点表示了一元组分的固溶关系，随着时间变化，固液两相组分不断改变，因此相界线上点多为状态点。
7，两元相图相界线上为单相①相界线上f=2-1+1=2，表示在单相区可任意变动温度和组成而不会使相的数量发生变化②两相共存区f=2-2+1=1，表示温度变化时，液相和固相的组成和数量也随之变化8，①成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分为80%B②若首先凝固出来的固体成分含60%,合金成分为20%③成分为70%B的合金最后凝固的液体成分为30%B④合金成分为50%B，凝固到某温度时液体含有40%B，固体含有80%B１．晶体凝固的热力学；２．晶体形核、长大过程；３．固溶体平衡凝固和非平衡凝固的条件和组织；1，金属从液相至固相的转变称为凝固，如果凝固后的固体是晶体，则又称为结晶2，过冷度：熔点与实际凝固温度之差过冷现象：金属开始凝固的温度恒低于其熔点，同一金属，结晶的冷却速度越大，过冷度越大，实际结晶温度越低。
金属凝固的基本过程是形核与晶核的长大，形核的热学驱动力是固体与液态的自由焓负差值，只有在过冷条件下才具有这一动力3，纯金属晶体的结晶石通过形核和长大两个过程进行的4，晶粒：在凝固时，每一个晶核在每一个温度下扩散充分进行而形成的内部成分均匀一致的物质晶界：在纯金属中，晶核接着长成球形，然后迅速变得不稳定，并形成枝晶，这些枝晶在溶液中自由生长，最终互相接触，凝固成纯金属，其枝晶本身的痕迹已经消失，但在各个枝晶的相接处形成可见的晶界。
5，单晶体：质点按同一取向排列，由一个晶核生长而成，各向异性的晶体多晶体：由许多不同位向的小晶粒而组成多晶体每个晶粒具有各向异性，但由于晶粒位向不同，加上晶界作用，使各晶粒的有向性互相抵消，所有整个多晶体呈现出无向性。
2，特征：①显微结构常有三种组成：晶相，玻璃相和气相②主要键合为离子键，共价键和他们的混合键③组成多样，从元素上说，可由一种元素或多种元素组成，从化合物来说，可以由简单化合物到由多种复杂的化合物组成的混合物4，从负离子立方堆积出发，说明以下结构类型：①正离子填满所有四面体空隙位置②正离子填满一半③填满所有八面体空隙位置答：①A2X反萤石型②AX闪锌型③AX NaCl型5，负离子六方堆积出发①正离子填满一半四面体空隙②一半八面体空隙•AX 纤锌矿型②AX2金红石型１．陶瓷材料的显微结构包括三个主要内容：晶相、玻璃相和气孔，其中晶相又有多种，它们之间的比例和各自得特性都要影响材料整体的物理化学性能；例如晶相中的键合问题，玻璃相中的化学组成问题、气孔的形态问题等；ａ．什么是无机非金属材料（硅酸盐材料）？一种或多种金属元素（Ｐ，Ｏ，Ｃ，Ｎ等，通常为Ｏ）的化合物，主要是金属氧化物和金属非金属氧化物，几乎包括除金属、高分子外的所有材料。
传统四大类：陶瓷、玻璃、水泥、防火材料。
ｂ．特点：１）性能上：高熔点，高硬度，耐热，耐磨损，耐氧化，耐化学腐蚀，电性能，光性能好。
２）纤维结构上：由三种不同的组成。
①晶相多相：主晶相：主晶相的性能标志着陶瓷材料的物化性能。
次晶相、第三晶相…不能忽视，杂质次晶相使优良性能大大降低。
之间比例与各自特性对材料整体物化性能影响②玻璃相：作用：填充晶粒间隙或起黏结剂作用，将分散晶粒黏结在一起提高致密度。