2021年哈爾濱工業大學材料科學與工程學院碩士招生復試要求

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根據教育部關于加強碩士研究生招生復試工作的指導意見及學校有關要求，現確定材料科學與工程學院2021年碩士研究生招生復試參考。

Ⅰ復試總成績為350分，其中專業綜合測試200分，面試150分。

Ⅱ各學科方向具體如下：

報考

科目代碼：

科目名稱：半導體物理

一、考試要求

要求考生系統地掌握半導體物理的基本概念和基本原理，并能利用基本原理分析半導體的物理性能。要求考生對半導體的晶體結構和能帶結構、載流子統計分布、載流子輸運過程、p-n結理論、金屬-半導體接觸理論、半導體光電效應等基本原理有很好的掌握，并能熟練運用分析半導體的光電特性。

二、考試內容

1、半導體晶體結構和能帶論及雜質半導體理論(30分)

1）半導體晶格結構及電子狀態和能帶

2）半導體中電子的運動

3）本征半導體的導電機構

4）硅和鍺及常用化合物半導體的能帶結構

5）硅和鍺晶體中的雜質能級

6)常用化合物半導體中的雜質能級

7)缺陷、位錯能級

2、載流子的統計分布與半導體的導電性（40分）

1）狀態密度與載流子的統計分布

2）本征與雜質半導體的載流子濃度

3）一般情況下載流子統計分布

4）簡并半導體

5）載流子的漂移運動與散射機構

6）遷移率、電阻率與雜質濃度和溫度的關系

7）多能谷散射、耿氏效應

3、非平衡載流子（30分）

1）非平衡載流子的注入、復合與壽命

2）準費米能級

3）復合理論、陷阱效應

4）載流子的擴散、電流密度方程

5）連續性方程

4、p-n結理論和金屬-半導體接觸理論（40分）

1）p-n結及其能帶

2）p-n結電流電壓特性

3）p-n結電容、p-n結隧道效應

4）金-半接觸、能帶及整流理論、歐姆接觸

5、半導體異質結構和半導體光電效應（60分）

1）半導體異質結及其能帶圖

2）半導體異質p-n結的電流電壓特性

3）半導體的光學性質（光吸收和光發射）

4）半導體的光電導效應

5）半導體的光生伏特效應

6）半導體發光二極管、光電二極管

三、參考書目

1）劉恩科，朱秉升，羅晉升編著，《半導體物理學》，電子工業出版社，2011.3

2）[美]施敏（S.M.Sze），《半導體器件物理》，電子工業出版社，1987.12

報考

科目代碼：

科目名稱：材料分析方法

一、考試要求

要求考生全面、系統掌握“材料分析方法”相關課程的基礎理論、基本知識和基本技能，并具備靈活運用各種材料分析方法分析和解決實際問題的綜合素養。

二、考試內容

1、材料X射線衍射分析（70分）

1）X射線物理學基礎

2）X射線衍射方向

3）X射線衍射強度

4）物相分析及點陣參數精確測定

5）宏觀殘余應力的測定

2、材料電子顯微分析（70分）

1）電子光學基礎

2）透射電鏡的結構和成像原理、主要部件結構與工作原理

3）電子衍射的原理及單晶體電子衍射花樣的標定；

4）晶體薄膜的衍射成像原理、衍襯動力學簡介

5）掃描電子顯微鏡構造和工作原理、掃描電鏡的主要性能；表面形貌襯度原理及應用；原子序數襯度原理及應用。

6）電子探針結構與工作原理。

3、其他分析方法（60分）

1）X射線光電子能譜分析

2）紅外光譜

3）激光拉曼光譜

4）紫外-可見吸收光譜

5）原子發射光譜

6）核磁共振

三、參考書目

周玉主編，《材料分析方法》（第三版），機械工業出版社，2015

報考

科目代碼：

科目名稱：工程材料

一、考試要求

要求考生全面、系統地掌握“工程材料”相關課程的基礎理論、基本知識和基本技能，并具備靈活運用工程材料基礎理論和知識，根據工程需求選用工程材料、并分析和解決工程材料應用中實際問題的綜合素養。

二、考試內容

1、工業用鋼部分（130分）

1）合金元素的分類及其在鋼中的作用；

2）工程結構用鋼的性能特點及其選用；

3）機器零件用鋼的組織結構與性能特點、加工工藝與選用；

4）工具鋼的設計理論、性能特點及其選用與工藝；

5）不銹鋼、耐熱鋼等特殊性能鋼的設計原則、性能特點與應用。

2、鑄鐵部分（20分）

1）鑄鐵組織的形成與特點；

2）鑄鐵石墨化工藝及石墨與基體對鑄鐵性能的影響；

3）常用鑄鐵、特殊性能鑄鐵分類與應用。

3、有色金屬及合金部分（50分）

1）鋁及鋁合金：基本特點、強化方法和應用；

2）鈦及鈦合金：基本特點、強化方法和應用；

3）銅及銅合金：基本特點、強化方法和應用；

4）軸承合金基本概念、特點與應用。

三、參考書目：

1）崔忠圻，覃耀春主編，《金屬學與熱處理》（第二版），機械工業出版社，2007

2）耿洪濱，吳宜勇編著，《新編工程材料》（第二版），哈爾濱工業大學出版社，2007

報考

科目代碼：

科目名稱：材料分析方法與力學性能及傳輸原理

一、考試要求

要求學生全面、系統掌握材料分析方法與力學性能及傳輸原理相關課程的基礎理論、基本知識和基本技能，并具備靈活運用相關知識分析和解決工程實際問題的能力。

二、考試內容

1、材料結構分析與測試原理（70分）

1）X射線物理基礎、衍射方向、衍射強度；

2） 電子光學基礎與透射電子顯微鏡；電子衍射；透射電子顯微鏡的襯度原理；

3）掃描電子顯微分析；電子探針顯微分析。

2、材料力學性能（70分）

1）材料基本力學性能試驗：靜載拉伸試驗方法與拉伸性能指標的含義及測定，典型材料拉伸變形斷裂行為與應力－應變曲線，壓縮、彎曲、扭轉試驗原理、特點及應用，應力狀態對材料力學行為的影響，布氏、洛氏、維氏硬度試驗原理、特點及應用范圍。

2）材料變形行為與變形抗力：彈性變形行為及其物理本質，材料的彈性常數及其工程意義，材料塑性變形行為及其微觀機制，材料物理屈服現象，材料的理論與實際屈服強度、微觀與宏觀屈服應力及宏觀屈服判據，材料強化的基本途徑與常用方法。

3）材料斷裂行為：材料常見斷裂形式及其分類方法，金屬延性斷裂行為及微觀機制，解理和沿晶斷裂行為及微觀機制，斷裂的宏觀強度理論。

4）材料的脆性及脆化因素：材料脆性的本質及表現，微觀脆性與宏觀脆性，缺口頂端的應力和應變特征，缺口試樣拉伸行為及缺口敏感性，沖擊載荷特征與沖擊變形斷裂特點，缺口試樣沖擊試驗與沖擊韌性的意義及應用，材料低溫脆性的本質及其評定方法。

5）材料裂紋體的斷裂及其抗力：材料的理論斷裂強度，Griffith強度理論及應用；線彈性斷裂力學的基本概念與基本原理，裂紋尖端塑性區及其修正；裂紋體的斷裂過程與斷裂韌性的測定及其影響因素。

6）材料的疲勞：高周、低周疲勞行為，疲勞曲線及其經驗規律，疲勞抗力的意義及表征，疲勞斷裂過程、特征及微觀機制，疲勞裂紋擴展的斷裂力學處理與Paris方程，材料疲勞抗力的影響因素。

7）材料高溫力學性能：高溫下材料力學性能特點、高溫蠕變行為、斷裂過程及其微觀機制，蠕變極限與持久強度指標的含義、評價方法及影響因素。

3、傳輸原理(傳熱與傳質部分)（60分）

1) 熱量傳輸

①導熱、對流和輻射換熱概念與特點；溫度場；等溫面與等溫線；溫度梯度；熱流和熱流量；傳熱過程及熱阻。

②傅立葉導熱定律；導熱系數、導溫系數及其影響因素；穩態與非穩態熱傳導過程物理描述；考慮相變潛熱、導熱各向異性的非穩態熱傳導方程及其簡化；熱傳導方程的三類邊界條件；非穩態熱傳導方程的解析解及應用。

③對流換熱及基本定律，對流換熱系數及其影響因素；邊界層概念，對流換熱系數計算；流體流過平板、流體管內流動、流體繞流、自然對流、強制對流換熱。

④黑體，布朗克定律，維恩位移定律，斯蒂芬----波爾茲曼定律及其應用；黑體的輻射能量及其計算。

⑤灰體及其輻射定律；實際物體的黑度與黑度系數，基爾霍夫定律，角系數與互換性定理，實際物體的有效輻射力，實際物體間輻射換熱計算。

⑥對流、輻射同時存在的熱流計算；傳熱過程熱流計算；熱處理設備節能結構設計、航天熱障結構設計、高發射率材料及其設計等；比歐數（比奧數）與材料或構件熱處理變形和開裂傾向關聯

2）質量傳輸

①質量傳輸基本概念：擴散場、濃度梯度、擴散通量、質量傳輸基本定律

②廣義擴散方程及其簡化：考慮擴散各向異性、擴散系數濃度有關的擴散方程；擴散各向同性、擴散系數與濃度無關、穩態與非穩態擴散方程的簡化

③質量傳輸過程物理描述、初始條件和邊界條件

④半無限空間、有限空間、無限空間非穩態方程、方程的解及其應用：化學熱處理（滲碳、滲氮）、鈦合金置氫、擴散退火成分均勻化、擴散連接、半導體材料中電子或載流子擴散等

⑤互擴散方程演繹：Kirkendall效應，Darken方程，互擴散方程的導出及互擴散系數

三、參考書目：

1）周玉主編，《材料分析方法》(第二版)，機械工業出版社，2006

2）毛衛民，朱景川，《金屬材料結構與性能》，清華大學出版社，2008

報考

科目代碼：

科目名稱：材料分析方法與聚合物基復合材料

一、考試要求

要求考生全面、系統地掌握“高分子化學”與“高分子物理”相關課程的基礎理論、基本知識和基本技能，并具備靈活運用高分子化學中的聚合機理、聚合方法及化學反應合成、改性及開發新型聚合物的能力。

二、考試內容

1、高分子化學（70分）

1）高分子的基本概念；

2）主要的聚合反應、高分子的分子量及其分布；

3）線形、支鏈形和交聯形大分子；

4）線形縮聚反應的機理；

5）線形縮聚動力學；

6）線形縮聚物的聚合度；

7）線形縮聚物的聚合度分布；

8）線形縮聚和凝膠化作用；

9）縮聚和逐步聚合的實施方法；

10）縮聚物結構與性能；

11）烯類單體對聚合機理的選擇性；

12）自由基聚合機理；

13）鏈引發反應、引發劑、分解動力學及引發效率；

14）聚合速率；

15）動力學鏈長、鏈轉移反應和聚合度；

16）聚合度分布；

17）阻聚和緩聚；

18）二元共聚物的組成及鏈段序列分布；

19）竟聚率、單體活性和自由基活性；

20）本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合及乳液聚合方法；

21）聚合物化學反應特征；

22）聚合物的基團反應、接枝與前端共聚反應、擴鏈反應、交聯反應；

23）降解與老化。

2、高分子物理（100分）

1）高分子鏈的結構：高分子鏈的近程結構、遠程結構；柔順性；

2）高分子的聚集態結構：高聚物分子間的作用力、結晶的形態和結構、構象和晶胞、高聚物的聚集態結構、結晶熱力學、取向態、液晶態和織態結構；

3）高分子的溶液性質：溶解、溶脹、溶劑的選擇規則；高分子溶液的熱力學性質；亞濃溶液、濃溶液、聚電解質溶液的流體力學特性；

4）高聚物的分子量：數均分子量、重均分子量、粘均分子量、Z均分子量；高聚物分子量的統計意義及其分布；

5）高聚物的分子運動：高聚物的分子熱運動、玻璃化轉變、溫度-形變曲線；高聚物的粘性流動；

6）高聚物的力學性質：高聚物玻璃態、結晶態和高彈態的力學特性；高聚物的粘彈特性；

7）高聚物的電學特性：高聚物的介電特性、介電擊穿；高聚物的導電特性、靜電現象。

3、材料結構分析與測試原理（30分）

1）高聚物分子量的測定方法；

2）高聚物的結構分析方法：激光小角衍射法、X射線衍射法、SEM、IR；

3）高聚物性能測試方法：玻璃化溫度的分析與表征方法、應力以及應變的分析與表征方法、動態力學特性的分析與表征方法。

三、參考書目

1）何曼君，陳維孝，董西俠，《高分子物理》（修訂版），復旦大學出版社，2000.1

2）潘祖仁，《高分子化學》（第四版），化學出版社，2007.4

報考

科目代碼：

科目名稱：凝固科學與工程

一、考試要求

要求考生全面掌握凝固科學與工程相關的基礎理論、基本知識以及基本技術，并具備凝固科學與工程分析的能力以及解決實際工程問題的綜合素養。

二、考試內容

1、凝固理論 (100分)

1) 液態金屬的結構和性質

2) 液態金屬的充型過程

3) 鑄件的凝固方式

4) 形核過程和生長過程

5) 單相合金的結晶、共晶合金的結晶

6) 鑄件組織的形成與控制

7) 鑄件中的偏析、鑄件中的氣孔、鑄件的收縮、鑄造應力、縮松、縮孔以及熱裂。

2、液態成形技術(50分)

1）鑄造工藝方案的確定

2）砂芯設計及鑄造工藝設計參數

3）澆注系統設計

4）冒口

5）冷鐵和鑄筋。

3、鑄造合金及其熔煉 (50分)

1）鑄鐵的結晶及組織的形成

2）鑄鐵的熔煉

3）鑄造鋁合金及組織的形成

4）鑄造鋁合金的熔煉

三、參考書目

1）安閣英主編，《鑄件形成理論》，機械工業出版社，1989

2）王文清，李魁盛主編，《鑄造工藝學》，機械工業出版社，2011

3）陸文華等主編，《鑄造合金及其熔煉》，機械工業出版社，2005

4）胡漢起 主編，《金屬凝固原理》，機械工業出版社，2007

報考

科目代碼：

科目名稱：塑性成形理論與工藝

一、考試要求

要求考生全面、系統地掌握“塑性成形理論與工藝”相關課程的基礎理論、基本知識和基本技能，并具備靈活運用塑性成形理論分析和解決工程實際問題的綜合素養。

二、考試內容

1、塑性力學（100分）

1）應力基本概念及其表示方法；

2）應變基本概念及其表示方法；

3）位移與應變關系、幾何方程；

4）屈服準則及其應用；

5）應力應變關系、增量理論、全量理論及其應用；

6）主應力法及其應用；

7）滑移線法及其應用。

2、體積成形原理與方法（50分）

1）自由鍛成形原理及質量控制：鐓粗工序、拔長工序、沖孔工序、擴孔工序、大型鍛件鍛造；

2）模鍛成形原理及質量控制：開式模鍛和閉式模鍛、擠壓工藝、鍛件圖及模鍛變形工步設計、精密模鍛；

3）鍛模設計方法：終鍛模膛和預鍛模膛設計方法、鍛模結構設計方法。

3、板材成形原理與方法（50分）

   1）板材沖壓變形基礎：板材沖壓變形的應力應變特點、板材沖壓成形方法的力學特點、板材沖壓成形方法分類、提高板材沖壓成形極限的方法、板材沖壓成形性能與典型實驗方法；

2）板材沖壓成形工藝理論與方法：彎曲成形工藝理論、脹形工藝方法與成形極限圖、直壁形狀零件拉深成形工藝理論、復雜曲面形狀零件成形工藝理論、翻邊成形工藝理論。

三、參考書目

1）王仲仁等，《彈性與塑性力學基礎》（第二版），哈爾濱工業大學出版社，2004

2）李春峰，《金屬塑性成形工藝及模具設計》，高等教育出版社，2008

3）呂炎，《鍛造工藝學》，機械工業出版社，1995

4）李碩本，《沖壓工藝學》，機械工業出版社，1982

報考

科目代碼：

科目名稱：材料連接科學與技術

一、考試要求

要求考生全面、系統地掌握“焊接方法與設備、焊接冶金、焊接結構”相關課程的基礎理論、基本知識和基本技能，并具備靈活運用焊接基礎理論分析和解決工程實際問題的綜合素養。

二、考試內容

1、焊接方法與設備（75分）

1）帶電粒子產生和運動、電弧導電機制和特性、電弧產熱及對電極的熱輸入；

2）最小電壓原理、電弧力、磁場對電弧的作用、交流電弧、焊接保護氣；

3）焊絲熔化、熔滴受力及過渡；

4）熔池流動、焊縫成形與焊接缺陷；

5）基本焊接方法的原理、特點與應用、脈沖焊接、焊接飛濺與控制；

6）焊接過程調節機制。

2、焊接冶金學(75分)

1）焊接的本質和途徑，焊接接頭的組成特征，焊接溫度場類型和焊接熱循環特點；

2）焊接材料的組成及作用：焊條的組成及其作用，焊條的種類及型號，焊條的冶金性能和工藝性能；

3）焊接化學冶金：焊接化學冶金的特殊性，焊接區內氣體與金屬的作用，焊接熔渣對金屬的作用，焊縫金屬的凈化與合金化；

4）焊接接頭的組織和性能：焊接熔池的結晶特點、形態和焊縫的相變組織，焊接熱影響區的組織和性能，熔合區的劃分及特征；

5）焊接缺陷及其控制：偏析和夾雜的形成及控制，氣孔的形成機理及防止措施，焊接裂紋的種類和特征，結晶裂紋和延遲裂紋的形成與控制；

6）焊接性及其試驗方法：焊接性及其影響因素，常用工藝焊接性試驗方法及其特征；

3、焊接結構學（50分）

1）焊接結構的特點、構件焊接性的含義及影響因素；

2）焊接應力與變形的產生過程、多種情況下焊接殘余應力的分布特點、電弧焊與其它多種焊接方法焊接殘余應力場產生原因和分布特征的對比分析、焊接殘余應力的影響、焊接殘余變形的分類及產生原因、焊接殘余應力與焊接殘余變形的調控方法及原理、焊接殘余應力測試方法及原理；

3）焊接接頭非均質特性、多種焊接接頭工作應力分布與承載能力、焊縫靜載強度計算的基本原理及簡化計算的基本假設；

4）金屬斷裂特征及焊接結構脆性斷裂影響因素、焊接結構制造特點與脆性斷裂的關聯性、預防焊接結構脆性斷裂的措施及依據；

5）材料及結構疲勞失效的特征、疲勞斷裂的物理過程和斷口特征、疲勞試驗S-N曲線及疲勞圖、影響焊接結構疲勞強度的因素、提高焊接結構疲勞強度的措施及依據、疲勞裂紋擴展壽命的定量描述方法及理論基礎。

三、參考書目

1）楊春利，林三寶主編，《電弧焊基礎》，哈工大出版社，2003

2）劉會杰主編，《焊接冶金與焊接性》，機械工業出版社，2007

3）方洪淵主編，《焊接結構學》（第二版），機械工業出版社，2017

報考

科目代碼：08

科目名稱：電子封裝技術

一、考試要求

要求考生全面、系統地掌握“電子封裝技術”相關課程的基礎理論、基本知識和基本技能，并具備靈活運用電子封裝理論知識分析和解決工程實際問題的綜合素養。

二、考試內容

1、微電子制造科學與工程（50分）

1）硅襯底：硅的基本性質、結構特點、晶體缺陷以及晶體中雜質等基本特性；單晶硅生長方法；硅片制造工藝；

2）氧化與摻雜：熱氧化；熱擴散；離子注入；

3）圖形轉移：光刻；光刻膠；濕法刻蝕；干法刻蝕；

4）薄膜制備：物理氣相沉積（蒸發、濺射）；化學氣相沉積；外延；

5）工藝集成：器件技術；隔離技術；金屬化互連；CMOS工藝步驟。

2、微納連接原理與方法（50分）

1）微連接基本概念及其特殊性；

2）引線鍵合方法分類及原理；

3）微軟釬焊方法、原理、分類及界面；

4）熔化微連接方法及原理；

5）導電膠及膠接原理；

6）三維封裝中的先進互連方法；

7）微互連焊點失效及檢測方法；

8）納米連接方法的原理及特殊性。

3、電子封裝結構與設計（50分）

1）電子元件及組件分類及設計：電子元件及組件典型結構、三維封裝結構、圓片級封裝、電子元件及組件結構及設計需考慮的因素；

2）陶瓷封裝：陶瓷封裝結構及封裝流程。陶瓷封裝特點、陶瓷基板的制作工藝流程、氧化鋁及氮化鋁陶瓷材料的特性；

3）金屬封裝：金屬封裝分類及定義、元件及組件金屬封裝的特點及應用、元件及組件金屬封裝總體流程；

4）塑料封裝：塑料封裝的定義、塑料封裝器件的構成、典型塑封器件的分類及特點、塑料封裝結構及封裝流程；

5）芯片鍵合與互連：芯片粘接的方法及特點、C4與倒扣、載帶自動焊內引線鍵合方法、TAB單點鍵合方法的優勢及特點、引線鍵合方法的分類；

6）薄膜封裝：薄膜封裝結構特點及封裝流程、薄膜封裝與厚膜封裝的特點、共燒陶瓷基板與硅基板的特點、聚合物薄膜的淀積工藝。

4、電子封裝可靠性（50分）

1）可靠性基本概念；

2）可靠性特征量及常用分布函數；

3）參數估計；

4）加速壽命試驗；

5）抽樣檢驗和假設檢驗；

6）可靠性增長試驗；

7）可靠性基礎試驗及標準；

8）可靠性物理基本概念、可靠性物理模型；

9）失效分析基本概念、流程、技術，以及失效分析典型案例。

三、參考書目

1）張威，王春青，李宇杰，劉威.《微電子制造原理與工藝》. 哈爾濱工業大學出版社，2020

2）《微納連接原理與方法》講義

3）田艷紅等譯，《微連接與納米連接》，機械工業出版社 2011

4）Charles A Harper主編，《電子封裝與互連手冊》（第四版），電子工業出版社，2009

5）Dongkai Shangguan著，《無鉛焊料互聯及可靠性》，電子工業出版社，2008

6）Rao R. Tummala，《微電子封裝手冊》，電子工業出版社，2001

7）王傳聲、葉天培，《多芯片組件技術手冊》電子工業出版社，2006

8）顧瑛編，《可靠性工程數學》（電子元器件質量與可靠性技術叢書）（第一版），電子工業出版社，2004

9）劉明治編，《可靠性試驗》（電子元器件質量與可靠性技術叢書）（第一版），電子工業出版社，2004

10）姚立真編，《可靠性物理》（電子元器件質量與可靠性技術叢書）（第一版），電子工業出版社，2004

11）恩云飛、謝少鋒、何小琦編，《可靠性物理》，電子工業出版社，2015

12）孔學東、恩云飛編，《電子元器件失效分析與典型案例》，國防工業出版社，2006