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2025年材料工程师考试材料科学上学期试卷

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分。下列每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1.下列哪种化学键主要存在于离子化合物中？（）

A.金属键

B.共价键

C.离子键

D.范德华力

2.在面心立方（FCC）结构中，原子坐标分数为（1/4，1/2，1/4）的原子与它最近的等径原子之间的距离等于该晶胞的什么长度？（）

A.边长的一半

B.边长的平方根

C.边长的立方根

D.√2倍边长

3.下列哪种缺陷的存在会显著降低金属的屈服强度？（）

A.点缺陷（空位）

B.晶界

C.位错

D.杂质原子

4.根据能带理论，金属导体之所以能导电，主要是因为（）

A.存在满的价带和空的导带

B.存在半满的价带

C.价带和导带重叠

D.离子实排列有序

5.在二元相图中，若发生包晶反应L+α→β，则相β相对于相α的状态是（）

A.纯液相

B.纯固相

C.固溶体

D.液溶体

二、填空题（本大题共5小题，每小题2分，共10分。

6.描述晶体结构的三个基本要素是__________、__________和__________。

7.材料在外力作用下发生永久变形的能力称为__________。

8.离子键的本质是原子间通过电子的__________而形成的化学键。

9.在金属晶体中，位错运动是晶体发生__________变形的主要机制。

10.材料的热膨胀系数表示材料随温度变化的__________。

三、简答题（本大题共3小题，每小题5分，共15分。

11.简述金属键的特点及其与离子键的主要区别。

12.解释什么是点缺陷？试举一例说明点缺陷对材料性能的影响。

13.简述影响材料强度的主要因素（至少列举三点）。

四、计算题（本大题共2小题，每小题10分，共20分。

14.某金属晶体为体心立方结构，其密度ρ=7.92g/cm3，摩尔质量M=63.55g/mol，阿伏伽德罗常数N_A=6.022×1023mol?1。试计算该金属的晶胞常数a及原子半径r（假设原子可视为半径为r的硬球，且晶胞中每个原子均被八个晶胞共享）。

15.有一块成分w_(Al)=75%的铝硅合金，在T?温度下处于液相+α固相的两相平衡状态。已知在T?温度下，该合金的液相线和固相线成分分别为w_(Al,L)=58%和w_(Al,α)=92%。试计算在T?状态下，该合金中液相和α固相的相对量（质量分数）。（假设液相和固相的密度分别为ρ_L和ρ_α，且ρ_L≠ρ_α，但计算中可简化处理，只考虑杠杆定律）

五、论述题（本大题共1小题，共15分。

16.从原子结构和缺陷的角度，论述为什么晶粒尺寸的减小通常会提高金属材料的强度和硬度，并解释存在一个最佳的晶粒尺寸范围。

试卷答案

一、选择题

1.C

2.D

3.C

4.C

5.B

二、填空题

6.晶系；晶格类型；晶胞参数

7.塑性

8.完全转移

9.塑性

10.线性尺寸随温度的变化率

三、简答题

11.金属键是金属原子释放出部分价电子形成的“电子气”，这些自由电子在整个金属晶格中自由移动，将所有原子（或离子）结合在一起。其特点是电子不固定属于某个原子，所有原子共用电子，具有方向性和饱和性（相对较弱）。离子键是阴阳离子通过静电引力结合形成的化学键。其特点是具有强的方向性和饱和性，键能较大，通常在离子化合物中形成离子晶体，结构规整，但化学键的相对强度随离子半径比和电荷数的增加而增强。

12.点缺陷是指原子在晶格中的平衡位置发生偏离的缺陷，包括空位、填隙原子和置换原子。以空位为例，它使周围晶格产生局部畸变，增加了位错的运动阻力，从而可以提高材料的强度和硬度。

13.影响材料强度的主要因素包括：（1）晶粒尺寸：晶粒越细，晶界越多，位错运动越困难，强度越高（Hall-Petch关系）。（2）缺陷浓度：点缺陷、线缺陷（位错）、面缺陷（晶界）等都会阻碍位错运动，提高强度。（3）合金元素：溶质原子可以固溶入基体晶格，引起晶格畸变，钉扎位错，或形成第二相粒子，强化基体。（4）热处理：如淬火可以提高强度和硬度，回火可以调整性能。（5）加工硬化：塑性变形过程中产生的位错密度增加，强化材料。

四、计算题

14.解：体心立方晶胞中含2个原子。根据密度公式ρ=(ZM)/(N_A