考试科目名称：材料科学基础 考试科目代码：804 说明：考试时，允许考生携带无存储功能的计算器
一. 考试要求 试卷考察学生对材料科学与工程基础知识的掌握程度及运用能力，理解材料 加工-结构-性能-应用关系，内容主要包括化学键、晶体结构与缺陷、扩散、力学 行为、相图、相变和电学性质，以及各类材料(金属、陶瓷、高分子和半导体)的 基本结构、性质与应用等。
二. 考试内容 第一章：原子结构与化学键 熟练掌握原子基本结构，电子亲和能，电负性，核外电子排布，元素周期表； 原子之间相互作用力与势能，各种结合键(金属键、离子键、共价键、氢键等)的 基本概念、特点、代表材料，通过化学键及原子间作用力和键能分析材料的物理 化学性能。 第二章：金属、陶瓷和高分子结构 理解晶体定义和七大晶族的分类，熟练掌握简单立方、体心立方、面心立方 和密排六方等结构的堆积方式、配位数、致密度、晶胞原子数与原子半径之间的 关系，熟练掌握各种结构中晶向指数和晶面指数，以及晶向族、晶面族的确定； 理解单晶与多晶的定义和特性；陶瓷材料典型晶体结构，阴阳离子半径比确定晶 体结构，同素异形体；高分子材料结构，同分异构体，高分子晶体，非晶高分子， 热塑高分子，热固高分子，弹性体，高分子材料结构与性能关系。 第三章：固体中的缺陷 熟练掌握晶体缺陷的分类，固溶体的定义和分类，点缺陷平衡浓度计算；熟 练掌握各类位错的定义和特点，如滑移、滑移面、滑移方向、滑移系和临界分切 应力和位错密度等；掌握刃位错、螺位错的特点及柏氏矢量的概念及确定方法； 各类面缺陷及体缺陷的定义及其对材料性能的影响。 第四章：扩散 熟练掌握金属材料中的扩散现象与机理，Fick 第一定律，Fick 第二定律，扩 散系数，扩散活化能，影响扩散的因素，陶瓷与高分子材料中的扩散现象与机理。 2 第五章：材料力学性能 熟练掌握应力、应变、胡克定律、泊松比等概念，理解弹性形变和塑性形变， 掌握材料的应力、应变、弹性模量、泊松比、工件在拉伸或压缩时几何尺寸的计 算方法，能根据应力-应变曲线计算材料的主要力学性能参数，了解韧性、恢复 力、硬度等概念。 第六章：变形及增强机理 掌握材料的几种主要增强机制，掌握霍尔-佩奇关系并会利用该关系计算材 料的晶粒尺寸或强度；了解原子尺度的位错运动，了解位错密度及位错对材料强 度的影响；掌握几种典型晶体结构的滑移系并运用相关知识解释材料的力学性 能；掌握冷加工量和材料强度、延伸率的定量关系；掌握回复、再结晶、晶粒长 大的概念并分析热处理对材料强度的影响；了解聚合物及陶瓷材料的变形机制。 第七章：失效 掌握材料中裂纹形成和裂纹扩展规律；了解断裂韧度等概念；理解材料尺寸、 几何形状对材料失效的影响；能看懂材料疲劳测试 S-N 图并进行疲劳寿命的计 算，掌握简单的失效断口分析。 第八章：相图与相变 掌握二元相图杠杆定律并计算物相构成，掌握匀晶、共晶、共析、包晶相图 及其合金的结晶过程；熟练掌握 Fe-Fe3C 相图，熟悉 Fe-Fe3C 体系中合金的凝固、 二元合金的凝固理论，学会分析不同成分下 Fe-Fe3C 体系中的微观组织及材料性 能；对三元相图不作要求。掌握 Fe-Fe3C 体系中过冷奥氏体等温转变规律，能看 懂 C 曲线，掌握过冷转变中的相变规律，可根据不同转变条件分析物相的构成 及材料力学性能，并延伸了解钢的加热转变规律。熟练掌握金属材料结晶过程， 成核的热力学条件，熟悉晶体的生长机制，温度梯度以及温度对晶体成核及成长 的影响。 第九章：电学性质 熟练掌握固体材料的四种电子能带结构；金属、(本征和非本征)半导体和绝 缘体的电子传导原理；本征半导体和非本征半导体的区别；温度对金属、半导体 和绝缘体导电性能的影响规律；n 型和 p 型掺杂；温度对金属、半导体和绝缘体 费米能级的影响规律。 第十章：材料种类、性质及应用 熟练掌握金属材料的强化类型、基本原理、基本类型和应用，金属材料的 韧化机理及应用。铁合金和有色金属的分类；低碳钢和高碳钢的主要应用；不锈 钢的主要成分和应用；轻质高强度有色金属的主要种类、成分、结构及应用；高 熵合金的定义。铸造合金和锻造合金的区别；高温耐火陶瓷材料的种类和应用； 航空用碳纳米纤维的制备原理和主要特性；玻璃材料的结构特点和应用；晶态材 料和非晶材料的结构特点和应用。 3
三. 试卷结构 满分：150 分 1.概念题(名词解析、填空、选择和判断题等)，每题 2 分或 4 分，共 40 分； 2.简答题（50 分），每题 10 分，5 题共 50 分； 3.计算和综合论述题（60 分），每题 20 分，3 题共 60 分。
四. 参考书目 1.《材料科学与工程基础》，郭福等译，化学工业出版社，2016 年出版. 2.《材料科学与工程基础》，影印本. 北京：化学工业出版社, 2002.12. 书名原文：Fundamentals of Materials Science and Engineering, 5th Edition, William D. Callister, Jr., ISBN:978-7-5025-4178-1. John Wiley & Sons Inc. 2002. 3.《材料科学基础》，徐恒钧主编，刘国勋主审，北京工业大学出版社，2002 年出版
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