考試科目代碼：804 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。
三、試卷結構
滿分：150 分
1. 概念題(名詞解析、填空、選擇或判斷題等)，每題2分或4分，共40分;
2. 簡答題，每題10分，5道題共50分;
3. 綜合題，每題20分，3道題共60分。
四、參考書目
1. William D. Callister Jr., David G. Rethwisch. 材料科學與工程基礎, 原著第4版. 郭福, 馬立民等譯. 北京: 化學工業出版社, 2019.
2. William D. Callister Jr. 材料科學與工程基礎, 第5版, 英文影印版. 北京: 化學工業出版社，2002.
3. 趙杰. 材料科學基礎. 北京: 高等教育出版社, 2021.
