2025年材料科學(xué)與工程研究生入學(xué)考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母寫(xiě)在答題紙上）1.下列關(guān)于面心立方（fcc）晶體結(jié)構(gòu)的描述，正確的是A.每個(gè)晶胞含2個(gè)原子，最密排方向?yàn)椤?11〉B.每個(gè)晶胞含4個(gè)原子，最密排方向?yàn)椤?10〉C.每個(gè)晶胞含4個(gè)原子，最密排方向?yàn)椤?00〉D.每個(gè)晶胞含6個(gè)原子，最密排方向?yàn)椤?11〉2.在Fe–C相圖中，共析點(diǎn)對(duì)應(yīng)的碳含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）與溫度分別為A.0.0218%C，727°CB.0.77%C，727°CC.4.3%C，1148°CD.2.11%C，1148°C3.下列強(qiáng)化機(jī)制中，對(duì)高溫蠕變性能貢獻(xiàn)最顯著的是A.細(xì)晶強(qiáng)化B.固溶強(qiáng)化C.第二相粒子強(qiáng)化D.加工硬化4.對(duì)于理想彈性體，泊松比ν的取值范圍是A.–1≤ν≤0B.0≤ν≤0.5C.0.5≤ν≤1D.–0.5≤ν≤0.55.在聚合物冷拉過(guò)程中出現(xiàn)“細(xì)頸”現(xiàn)象，其本質(zhì)是A.鏈段解纏導(dǎo)致粘度下降B.分子鏈取向誘導(dǎo)結(jié)晶C.自由體積減小導(dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高D.交聯(lián)點(diǎn)斷裂6.下列關(guān)于位錯(cuò)增殖機(jī)制的表述，錯(cuò)誤的是A.Frank–Read源需要位錯(cuò)兩端被釘扎B.雙交滑移可導(dǎo)致螺位錯(cuò)增殖C.攀移過(guò)程可促使位錯(cuò)密度增加D.表面臺(tái)階可直接作為位錯(cuò)源7.在離子晶體中，肖特基缺陷的形成能通常低于弗倫克爾缺陷，其主要原因是A.陽(yáng)離子半徑遠(yuǎn)小于陰離子B.形成空位對(duì)無(wú)需考慮晶格應(yīng)變C.電荷補(bǔ)償僅需空位遷移D.晶格常數(shù)較大8.對(duì)A–B二元合金，若A、B原子半徑差大于15%，則最可能形成的固溶體類(lèi)型為A.無(wú)限置換固溶體B.有限置換固溶體C.間隙固溶體D.有序固溶體9.在掃描電鏡（SEM）中，二次電子像主要反映A.原子序數(shù)反差B.晶體取向反差C.表面形貌反差D.磁疇結(jié)構(gòu)反差10.對(duì)于典型形狀記憶合金NiTi，其可逆相變?yōu)锳.fcc?hcpB.bcc?fccC.B2?B19′D.L12?D022二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）11.下列因素中，能夠提高陶瓷材料斷裂韌性的有A.微裂紋增韌B.相變?cè)鲰gC.纖維增韌D.降低晶粒尺寸至納米級(jí)E.提高孔隙率至15%12.關(guān)于非晶合金（金屬玻璃）的性能特征，正確的有A.無(wú)長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)B.通常具有高的強(qiáng)度與彈性極限C.在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上發(fā)生晶化D.塑性變形高度局域化為剪切帶E.密度普遍低于同成分晶體13.下列測(cè)試手段中，可直接獲得晶體結(jié)構(gòu)信息的有A.X射線(xiàn)衍射（XRD）B.選區(qū)電子衍射（SAED）C.擴(kuò)展X射線(xiàn)吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（EXAFS）D.俄歇電子能譜（AES）E.高分辨透射電鏡（HRTEM）14.關(guān)于擴(kuò)散系數(shù)D與溫度T的關(guān)系，下列表述正確的有A.滿(mǎn)足Arrhenius方程D=D0exp(–Q/RT)B.激活能Q與晶體結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)C.晶界擴(kuò)散激活能通常低于體擴(kuò)散D.間隙擴(kuò)散激活能低于置換擴(kuò)散E.溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)呈指數(shù)增大15.下列關(guān)于復(fù)合材料界面設(shè)計(jì)的原則，正確的有A.界面結(jié)合強(qiáng)度越高越好B.界面應(yīng)具有一定韌性以緩解應(yīng)力集中C.界面化學(xué)反應(yīng)需嚴(yán)格控制避免脆性相D.熱膨脹系數(shù)匹配可降低殘余熱應(yīng)力E.界面厚度增加總是有利于載荷傳遞三、填空題（每空1分，共15分）16.鋁的晶體結(jié)構(gòu)為_(kāi)_______，其滑移系為{________}〈________〉。17.根據(jù)Hall–Petch公式，屈服強(qiáng)度σy與晶粒直徑d的關(guān)系為σy=σ0+________·d^(–1/2)。18.在Fe–C合金中，馬氏體轉(zhuǎn)變屬于________型相變，其晶體學(xué)特征為_(kāi)_______不變平面應(yīng)變。19.聚合物熔體的非牛頓指數(shù)n<1時(shí)，表現(xiàn)為_(kāi)_______行為；n>1時(shí)，表現(xiàn)為_(kāi)_______行為。20.對(duì)于立方晶系，晶面（hkl）與晶向[uvw]正交的條件為_(kāi)_______。21.當(dāng)陶瓷材料發(fā)生慢裂紋擴(kuò)展時(shí)，其斷裂壽命tf與初始應(yīng)力強(qiáng)度因子Ki的關(guān)系滿(mǎn)足________定律，表達(dá)式為tf∝Ki^(–n)。22.在半導(dǎo)體硅中，磷摻雜形成________能級(jí)，其電離能約為_(kāi)_______eV。23.根據(jù)Gibbs相律，二元合金在常壓下三相平衡時(shí)自由度為_(kāi)_______。24.金屬玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg與熔點(diǎn)Tm（K）的經(jīng)驗(yàn)比值約等于________。25.對(duì)于層狀復(fù)合材料，若鋪層順序?yàn)閇0/90/0/90]s，其總層數(shù)為_(kāi)_______層。四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共24分）26.試述位錯(cuò)在塑性變形中的作用，并說(shuō)明如何通過(guò)TEM衍射襯度像確定位錯(cuò)的伯氏矢量。27.比較金屬材料與陶瓷材料在室溫下的拉伸應(yīng)力–應(yīng)變曲線(xiàn)特征，并從原子尺度解釋其差異根源。28.說(shuō)明沉淀強(qiáng)化合金在時(shí)效處理過(guò)程中，沉淀相尺寸對(duì)強(qiáng)化效果的影響規(guī)律，并給出臨界剪切應(yīng)力Δτ的經(jīng)典理論表達(dá)式。五、計(jì)算與分析題（共46分）29.（10分）一塊厚度為2mm的α–Fe板，兩側(cè)表面在1000°C滲碳，達(dá)到穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散后測(cè)得碳濃度分布為線(xiàn)性，表面碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%，中心為0.2%。已知1000°C時(shí)碳在α–Fe中的擴(kuò)散系數(shù)D=2.0×10^(–11)m^2s^(–1)。（1）計(jì)算碳的擴(kuò)散通量J（單位：kgm^(–2)s^(–1)）；（2）若要求中心碳含量提高到0.4%，估算所需時(shí)間（提示：采用非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散半無(wú)限大模型，誤差函數(shù)解）。30.（12分）某鋁合金在峰值時(shí)效態(tài)下測(cè)得屈服強(qiáng)度σy=480MPa，已知未強(qiáng)化基體強(qiáng)度σ0=120MPa，剪切模量G=26GPa，沉淀相為球形，平均半徑r=5nm，體積分?jǐn)?shù)f=5%。（1）根據(jù)Orowan機(jī)制，計(jì)算繞過(guò)沉淀所需的臨界剪切應(yīng)力Δτ；（2）若沉淀半徑增大至r=15nm，體積分?jǐn)?shù)不變，估算新的屈服強(qiáng)度。31.（12分）對(duì)某ZrO2–3mol%Y2O3陶瓷，四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)得斷裂韌性KIC=5MPa·m^(1/2)，彎曲強(qiáng)度σf=800MPa。采用壓痕法測(cè)得維氏硬度HV=12GPa，壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度2a=100μm，壓痕裂紋長(zhǎng)度c=120μm。（1）利用壓痕裂紋公式KIC=0.016(E/HV)^(1/2)·P/c^(3/2)，計(jì)算彈性模量E；（2）若材料中存在一半橢圓表面裂紋，半長(zhǎng)軸a=100μm，幾何因子Y=1.12，求該裂紋導(dǎo)致斷裂的臨界應(yīng)力。32.（12分）某纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，纖維體積分?jǐn)?shù)Vf=60%，纖維彈性模量Ef=230GPa，基體模量Em=3GPa，纖維強(qiáng)度σf=3.5GPa，基體強(qiáng)度σm=80MPa，界面剪切強(qiáng)度τi=40MPa，纖維直徑df=7μm。（1）采用混合定律估算復(fù)合材料縱向彈性模量EL；（2）根據(jù)Kelly–Tyson模型，計(jì)算纖維臨界傳遞長(zhǎng)度lc；（3）若實(shí)際傳遞長(zhǎng)度l=1.5lc，求復(fù)合材料縱向拉伸強(qiáng)度σc。六、綜合設(shè)計(jì)題（20分）33.針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片用高溫結(jié)構(gòu)材料，提出一種“金屬基復(fù)合材料+環(huán)境障涂層”一體化設(shè)計(jì)方案。要求：（1）選擇基體合金、增強(qiáng)相及涂層材料并給出選材依據(jù)；（2）設(shè)計(jì)界面微觀結(jié)構(gòu)以兼顧高溫強(qiáng)度與抗氧化性能；（3）給出制備工藝路線(xiàn)（含復(fù)合成形、致密化、涂層沉積及后處理）；（4）預(yù)測(cè)其在900°C、200MPa載荷下的穩(wěn)態(tài)蠕變速率，并說(shuō)明實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案?！緟⒖即鸢浮恳?、單項(xiàng)選擇題1B2B3C4B5B6D7B8B9C10C二、多項(xiàng)選擇題11ABCD12ABCD13ABCE14ACDE15BCD三、填空題16.面心立方，{111}〈110〉17.k18.無(wú)擴(kuò)散（馬氏體），慣習(xí)面19.剪切變?。偎苄裕?，剪切增稠（脹流性）20.hu+kv+lw=021.Paris–Evans22.施主，0.04523.024.0.525.8四、簡(jiǎn)答題26.位錯(cuò)通過(guò)滑移提供低應(yīng)力塑性變形路徑；TEM利用g·b=0消光準(zhǔn)則，通過(guò)不同g矢量下位錯(cuò)襯度消失與否判定伯氏矢量方向與大小。27.金屬：彈性區(qū)→屈服平臺(tái)→加工硬化→頸縮斷裂；陶瓷：彈性區(qū)極短，突然脆斷。根源：金屬位錯(cuò)易動(dòng)，陶瓷離子鍵/共價(jià)鍵導(dǎo)致位錯(cuò)難動(dòng)、裂紋敏感。28.峰值時(shí)效對(duì)應(yīng)共格沉淀臨界尺寸rc≈Gb/2σ；Δτ=(Gbf^(1/2)/2πr)·(r/rc)^(1/2)–(r/rc)^(3/2)]，過(guò)時(shí)效時(shí)rc↑，Δτ↓。五、計(jì)算與分析題29.（1）線(xiàn)性梯度dc/dx=(1.0–0.2)×10^(–2)/0.001=800kgm^(–4)，J=–D·dc/dx=–2.0×10^(–11)×800=–1.6×10^(–8)kgm^(–2)s^(–1)（負(fù)號(hào)表示向中心擴(kuò)散）。（2）半無(wú)限大模型C(x,t)=Cs–(Cs–C0)erf(x/2√Dt)，令x=1mm，C=0.4%，解得erf(ξ)=0.75，ξ≈0.81，t=x^2/(4ξ^2D)=3.9×10^4s≈11h。30.（1）Δτ=0.13Gbf^(1/2)/r·ln(2r/b)=0.13×26×10^3×0.05^(1/2)/5·ln(10/0.286)≈185MPa；（2）r=15nm，Δτ∝1/r，新Δτ≈62MPa，σy≈120+2×62=244MPa。31.（1）P=HV·(2a)^2/1.854=12×(100×10^(–6))^2/1.854=0.647N；KIC=0.016(E/HV)^(1/2)·P/c^(3/2)，代入得5=0.016(E/12)^(1/2)·0.647/(120×10^(–6))^(3/2)，解得E≈210GPa。（2）σc=KIC/(Y√a)=5/(1.12√(π×100×10^(–6)))=252MPa。32.（1）EL=EfVf+EmVm=230×0.6+3×0.4=139.2GPa；（2）lc=σfdf/2τi=3.5×10^3×7×10^(–6)/(2×40)=0.306mm；（3）σc=Vfσf(1–lc/2l)+Vmσm=0.6×3.5×(1–0.306/0.918)+0.4×0.08=1.63GPa。六、綜合設(shè)計(jì)題33.（1）基體：γ–TiAl合金，高比強(qiáng)、抗蠕變；增強(qiáng)相：SiC納米線(xiàn)，高溫穩(wěn)定；涂層：Y2SiO5/Yb2SiO5多層環(huán)境障，阻氧、熱膨脹匹配。（2）界面：在SiC納米線(xiàn)表面磁控濺射0.5μmY2O3過(guò)渡層，形成Y–Ti–Al–O梯度納米層，緩解熱失配并阻擋互擴(kuò)散。（3）工