考試科目名稱：材料科學基礎

說明：考試可以使用無字典存儲和編程功能的電子計算器

一、考試要求

試卷考查學生對材料科學與工程基礎知識的掌握程度及運用能力，理解材料 加工-結構-性能-應用關系，內容主要包括化學鍵、晶體結構與缺陷、擴散、力學 行為、相圖、相變和電學性質，以及各類材料（金屬、陶瓷、高分子和半導體） 的基本結構、性質與應用等。

二、考試內容

第一章：原子結構與化學鍵

原子的基本結構、電子親和能、電負性、核外電子排布、元素周期表；原子之 間相互作用力與勢能，各種結合鍵（金屬鍵、離子鍵、共價鍵、氫鍵等）的基本 概念、特點和代表材料；化學鍵、原子間作用力和鍵能與材料性質的關系。

第二章：金屬、陶瓷和高分子結構

晶體的定義和七大晶系的分類；簡單立方、體心立方、面心立方和密排六方等 結構的堆積方式、配位數、致密度、晶胞原子數與原子半徑之間的關系；各種結構  中晶向指數和晶面指數的標定，以及晶向族和晶面族的確定；單晶與多晶的定義和特 性；同素異構和同分異構的概念和典型示例；陶瓷材料典型晶體結構，陰陽離子半徑  比與配位數和晶體結構的關系；高分子材料的結構，晶態高分子、非晶高分子、高分  子的分子量、彈性體等概念，熱塑高分子和熱固高分子的特征和典型示例，高分子 材料的結構與性能的關系。

第三章：固體中的缺陷

晶體缺陷的分類；各類點缺陷的定義和特點，固溶體的定義和分類，點缺陷 平衡濃度的計算，固溶體固溶度的影響因素；各類位錯的定義和特點，滑移和攀

移、滑移面、滑移方向和滑移系等概念；臨界分切應力的概念和計算方法；柏氏矢  量的概念和確定方法；小角度晶界位錯結構，典型相界面結構，體缺陷的定義及其 對材料性能的影響。

第四章：擴散

金屬材料中的擴散現象和機理；Fick 第一定律、Fick 第二定律、擴散系數、 擴散活化能，影響擴散的因素；半導體、陶瓷與高分子材料中的擴散現象和機理。

第五章：材料力學性能

各類材料彈性形變和塑性形變特點，應力、應變、胡克定律、泊松比等概念；屈 服現象和機理；強度、韌性、硬度等概念；材料的應力和應變、真應力和真應變、 彈性模量、泊松比、工件在拉伸或壓縮時幾何尺寸的計算方法；根據應力-應變曲  線計算材料的主要力學性能參數。

第六章：變形及增強機理

材料的幾種主要增強機制，霍爾-佩奇關系并利用該關系計算材料的晶粒尺 寸或強度；位錯密度的概念及位錯對材料強度的影響；滑移線和滑移帶的概念； 典型晶體結構的滑移系，運用相關知識解釋材料的力學性能；冷加工變形量與材 料強度、延伸率的關系；回復、再結晶、晶粒長大的概念，分析熱處理對材料強度 的影響；聚合物和陶瓷材料的變形機制。

第七章：失效

材料中裂紋形成和裂紋擴展規律；延性和脆性斷裂、斷裂韌度、應力集中等概 念；理解材料尺寸、幾何形狀對材料失效的影響；疲勞的概念，不同類型循環應 力，材料疲勞測試S-N圖和疲勞壽命的計算，影響疲勞壽命的因素；蠕變的概念 和影響因素；延性和脆性斷口特征，簡單的失效斷口分析。

第八章：相圖與相變

二元相圖杠桿定律和物相構成計算；勻晶、共晶、共析、包晶相圖，利用相  圖分析不同成分合金的結晶過程；Fe-Fe3C相圖， Fe-Fe3C體系中不同成分合金的平 衡凝固過程、組織特征和材料性能；利用C曲線分析Fe-Fe3C體系中過冷奧氏體等  溫轉變規律，根據不同轉變條件分析物相的構成及材料力學性能，Fe-Fe3C體系

主要熱處理方法和組織特征；金屬材料結晶過程，成核的熱力學條件，生長機 制，溫度梯度以及溫度對晶體成核及成長的影響。

第九章：電學性質

固體材料的四種電子能帶結構；金屬、（本征和非本征）半導體和絕緣體 的電子傳導原理；本征半導體和非本征半導體的區別；溫度對金屬、半導體和絕 緣體導電性能的影響規律；n型和p型摻雜；溫度對金屬、半導體和絕緣體費米能 級的影響規律。

第十章：材料種類、性質及應用

金屬材料的基本類型和應用；鐵合金和有色金屬的分類；低碳鋼和高碳鋼的主 要應用；不銹鋼的主要成分和應用；輕質高強度有色金屬的主要種類、成分、結構及 應用；高熵合金的定義；鑄造合金和鍛造合金的區別；高溫耐火陶瓷材料的種類和應 用；航空用碳納米纖維的制備原理和主要特性；玻璃材料的結構特點和應用；晶態 材料和非晶材料的結構特點和應用。