材料常考大题之答案.doc

1、1、材料科学与工程的定义及特点。材料科学与工程就是研究有关材料组成, 结构, 制备工艺流程与材料性能与用途的关系的知识。材料科学与工程的特点： （1）* Q9 I; L! y0 P3 Sp1多学科交叉材料科学与工程与物理学,化学,冶金学,金属学,陶瓷学,计算数学等多学科交叉和结合的特点. （6 K7 X7 2 ) U; Q4 _2）具有鲜明的工程性材料科学是面向实际,为经济建设服务的,是一门应用科学. 实验室里的研究成果必须通过工程研究开发以确定合理的工艺流程,最后批量生产出符合要求的工程材料. （4 2 m) R i, z3）处于发展中的学科材料科学没有象力学,电学那样完整的学科体系,是一门

2、处于不断发展之中的学科. * L7 e$ O& v1 U% D& b2、什么是材料科学与工程的四要素？材料科学有哪三个重要属性？其四要素为：组成与结构,合成与生产过程, 性能, 使用效能。三属性为：（1）多学科交叉材料科学与工程与物理学,化学,冶金学,金属学,陶瓷学,计算数学等多学科交叉和结合的特点. （6 K7 X7 2 ) U; Q4 _2）具有鲜明的工程性材料科学是面向实际,为经济建设服务的,是一门应用科学. 实验室里的研究成果必须通过工程研究开发以确定合理的工艺流程,最后批量生产出符合要求的工程材料. （4 2 m) R i, z3）处于发展中的学科材料科学没有象力学,电学那样完整的学

3、科体系,是一门处于不断发展之中的学科.3、何谓材料科学的六面观？并叙述一下现代的材料观？答：材料六面观包括：组成，结构，性能，加工与合成，使用，环境这个题目考你对材料的各个相关因素之间相互影响的理解了，其实一点就是内因为主，外因为辅，但是也很重要。4、材料的分类3大材料及其分类，这个很多材料专业课本上有讲，自己归纳下。5、材料从物理化学属性分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型的材料组成的复合材料。请任选二种材料说明其结构、性能特点和发展方向？这个题同第4题，答案在专业课本上都有6、材料在国民经济建设中的地位和作用。这个可以结合一些网上资料和专业课本的前言绪论部分综合整理

4、7、结合自己所学专业，叙述二个本专业的研究热点问题。答:比如 隐身材料的 吸收一定范围电磁波的研究(1) 高性能纳米结构材料的合成对纳米结构的金属和合金重点放在大幅度提高材料的强度和硬度,利用纳米颗粒小尺寸效应所造成的无位错密度区域使其达到高硬度,高强度.纳米结构铜或银的块体材料的硬度比常规材料高50倍,屈服强度高12倍;对纳米陶瓷材料,着重提高断裂韧性,降低脆性,纳米结构碳化硅的断裂韧性比常规材料提高100倍,n-ZrO2+Al2O3,n-SiO2+Al2O3的复合材料,断裂韧性比常规材料提高4-5倍,原因是这类纳米陶瓷庞大体积百分数的界面提供了高扩散的通道,扩散蠕变大大改善了界面的脆性.(

5、2)纳米添加使传统材料改性高居里点,低电阻的PTC陶瓷材料,添加少量纳米二氧化铣可以降低烧结温度,致密速度快,减少Pb的挥发量,大大改善了PTC陶瓷的性能;纳米材料添加到塑料中使其抗老化能力增强,寿命提高.添加到橡胶可以提高介电和耐磨特性;纳米材料添加到其它材料中都可以根据需要,选择适当的材料和添加量达到材料改性的目的,应用前景广阔.（3）燃料电池 * 4 i5 C4 J! o$ y近二,三十年来,由于一次能源的匮乏和环境保护的突出,要求开发利用新的清洁再生能源. (燃料电池由于具有能量转化率高,对环境污染小等优点受到世界各国的普遍重视) 5 % t4 T% 4 z0 W: W3 y8 E/

6、4 燃料电池是一种将所提供燃料的化学能直接变换为电能的高效能量转换装置; 是既水力,火力,核力后的第四类发电技术. 0 T2 p0 , FT9 b- : M其特点有: 4 P% V5 T, j w/ x$ 3 N1.由于化学能直接转化为电能,与普通发电方式相比,避免了能量形式的变化不受卡诺循环限制, 能量转化效率高. 3 c9 C. O, f8 g7 F2.环保. 废气如SOx,NOx,CO2等的排放量极低. 此外,由于电池中无运动部件,工作时非常安静. * S$ J% J9 j% N * V2 mG. S3.电池的本题的负荷反应性能好,可靠性高。 2 B. b( r f# T o; ! （4

7、）碳纳米管 4 Z3 l/ T; S& E是一种具有特殊结构的一维量子材料(径向尺寸为纳米级,轴向尺寸为微米级). 它主要由六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管,层与层之间保持固定的距离. # h! q+ z3 q4 f# t作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学,电学性能: 7 j: f. N F; L2 f0 X fy1力学性能 其密度只有钢的1/6,结构与高分子材料相似,但抗拉强度极大,弹性模量达1TPa,用其增强的塑料力学性能优良且抗疲劳,抗蠕变,形变小,滑动性能好. 7 d% x/ Y7 p, $ A2 C2电学性能 利用其结构中空的特点,可作为制造

8、某些纳米尺度金属导线的模具. 有些管径的碳纳米管是性能优于石墨材料的良好导体,另一些管径可能是半导体. * L+ D! R- r! B: f- K3导热性能 其拥有非常大的长径比,因而其沿长度方向的热交换性能很高,垂直方向热交换性能较低,故其可制成高各向异性热传导材料。8、简述你所熟悉的几种有关材料的测试技术，并写出其中一种测试技术的原理及解析方法。一.电子探针 EPMA一般采用两个磁透镜聚焦,使入射电子束的直径缩小到一微米以下,打到试样由光学显微镜预先选好的待测点线面上,使这里的各种元素激发产生相应的特征x射线谱,经晶体展谱后由探测系统接收,从特征x射线谱的波长及强度可以测定待测点的元素及含

9、量.电子探针对微区、微粒和微量的成分具有分析元素范围广,灵敏度高,准确快速和不损耗试样等特点.可以做定性、定量分析.因此,可用于各个领域.(1)冶金学在冶炼和热处理过程中,材料出现的大量显微现象,如析出相、晶面偏析、夹杂物等,用电子探针可以对它们进行直接分析，而不必把分析物从基体中取出来.(2)地质和矿物学电子探针在地质矿物学中的应用也非常广泛.可用来分析颗粒较细的岩相组成和结构.(3)其他方面电子探针常用来研究半导体以及分析空气中的微粒物质.电子探针不损耗样品,所以在考古中也发挥很关键的作用.此外,在生物和医学上也得到广泛应用.二.差热分析差热分析是在程序控制温度下,测量物质与参比物之间的温

10、度差与温度关系的一种技术.差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差(T)随温度或时间的变化关系.在DTA试验中,样品温度的变化是由于相转变或反应的热效应引起的. 影响差热分析的主要因素:1.气氛和压力的选择.2.升温速率的选择.3.试样的预处理及用量:一般尽可能减少用量,最多大至毫克.样品的颗粒度在100目-200目左右.4.参比物的选择:常用-三氧化二铝(Al2O3)或煅烧过的氧化镁（MgO）或石英砂作参比物.5.纸速的选择.差热分析主要应用于高聚物的研究:1.测定高聚物的玻璃化转变.2.高聚物在空气和惰性气体中的受热情况.3.研究高聚物中单体含量对Tg的影响.4.共聚物结构的研究.5.研

11、究纤维的拉伸取向.等等. 测熔点 测相变温度三.XPS（X射线光电子能谱分析） 0 W0 o! O$ h+ U电子能谱是近几十年发展起来的一种研究物质表面性质和状态的新兴物理方法，这里的表面指固体最外层的1-10个原子的表面层，一般为1到几个nm。 5 r/ $ F4 x% M/ e* o光电子能谱是用X射线作激发源，轰出样品中元素的内层电子，并直接测量二次电子的能量，这能量表现为元素内层电子的结合能Eb，Eb随元素而不同，且有较高的分辨力，可以得到从价电子到K壳层的各级电子电离能，有助于了解离子的几何构型和轨道成键特性。 8 E6 K- bI$ M其测量原理公式由光电效应得来：hv=Eb+E

12、k+。 : V9 w3 ! Y4 J6 S; n/ O应用XPS可进行：1 化学分析：包括元素的成分分析和定量分析2 固体表面相研究 3 化合物结构的测定 / k5 Z D4 U/ Y6 t! |可用来进行水泥熟料中硅酸钙的水化表面分析分析能谱中O1s峰的宽窄变化和峰移动的方向可以判断水化反应的进行与否对其表面ESCA测定的Ca/Si比值可以分析水化过程及其产物 # S5 P$ g; I2 V2 j% g四.透射电子显微分析 6 h0 R2 v6 A4 G) j透射电镜是用聚焦电子束作为照明源，均匀照射到试样的某一待观察微小区域上，由于使用对电子束透明的薄膜试样，故绝大部分电子穿透试样，其强度

13、分布与所观察试样区的形貌，组织，结构一一对应。经过转换可以在荧光屏上显示出与试样形貌，组织，结构相应的图象。 % N1 H8 A5 W+ q5 X1 其电子图象的衬度来源于质量衬度，衍射衬度和相位衬度。 4 _( 3 ?5 f! Y( q, x4 _! c透射电子显微镜是一种高分辨率（分辨率可达0。1nm），高放大倍数（80万倍）的显微镜。很适合观察和分析材料的形貌，结构，晶体中的位错，层错，空位团等晶体缺陷。透射电镜法要求试样厚度仅为100-200nm，甚至几十nm的，对电子束“透明”的试样。试样大致有三种：超细粉末颗粒，用一定方法减薄的材料薄膜，用复型方法将材料表面形貌复制下来的复型膜。,

14、 D8 8 P+ n2 J. N r9、目前，用于材料的合成与制备有许多新方法，请你列举二种方法并加以较详细说明。答:(1)磁控溅射是上世纪70年代迅速发展起来的新型溅射技术,目前已应用于工业生产.主要用于制备膜.磁控溅射是在阴极靶面上建立了一个环状磁靶以使二次电子跳跃式地沿着环状磁场转圈,离子轰击靶面所产生的二次电子在阴极暗区被电场加速之后飞向阳极.磁控溅射所采用的环形磁场对二次电子的控制更加严密.磁控溅射的优点:与二级溅射相比,其镀膜速率提高了一个数量级,且镀膜时基片温度低、损伤小.磁控溅射的主要缺点:磁控溅射靶的溅射沟槽一旦穿透靶材,就会导致整块靶材报废,以致靶材的利用率低,一般低于40

15、%.(2)等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)PECVD是用等离子体技术使反应气体进行化学反应后,在基底上生成固体薄膜的方法.近二三十年来,PECVD法进展相当快,在半导体工业中,这种技术已成为大规模集成电路干式生产工艺中的重要环节.PECVD薄膜反应室主要有平板电容型和无极射频感应线圈式两种.平板型又可分为直流、射频、微波电源三种.PECVD薄膜的性质不仅与沉积方式有关,还取决于沉积工艺参数.这些工艺参数包括:电源功率、反应室几何形状与尺寸、负偏压、离子能量、基材温度、真空泵抽气速率、反应室气体压力以及工作气体的比例等.仔细控制工艺参数,才能得到性能良好的薄膜.与基于热化学的CVD相比,P

16、ECVD的优点:沉积温度低,从而基板不发生相变或变形,而且成膜质量高.(3)微波烧结利用微波电磁场中材料的介质损耗,使陶瓷材料整体加热到烧结温度而实现致密化的方法.由于微波加热利用了陶瓷本身的介电损耗发热,所以陶瓷既是热源,又是被加热体.整个微波装置只有陶瓷制品处于高温,而其余部分仍处于常温状态. 可以通过改进电磁场的均匀性、改善材料的介电性能和导热性能、以及采用保温材料保护烧结等方法来保证烧结温度的均匀性,以及解决局部过热问题.微波烧结的应用:已成功制备了ZrO2或Al2O3纳米陶瓷.（4）等离子体化学气相沉积法(PCVD) Q* y9 H8 a5 z9 g PPVCD是借助等离子体内的高能

17、电子与反映气体原子,分子发生非弹性碰撞使之离解或电离,从而产生大量的沉积组元,如原子,离子或活性基团并输送到基体表面上沉积成膜的. / ko$ b l4 N3 A9 S,非平衡等离子体激活代替传统的加热激活是PCVD的主要优点,可使基体的沉积温度变较低. : J7 Y; E( s3 ) . n由于其沉积温度低,沉积速率快,绕镀性好,设备操作维护简单而广泛用于沉积各种薄膜和超硬膜. 此法得到的膜纯度高,致密,形成的结晶定向好,电子工业中广泛用于高纯材料和晶体材料的制备. / q2 n5 k$ 7 - N5 g所涉及的化学反应有:热解反应,氧化还原反应,复合还原反应等. L# 7 y _+ ( S

18、( z: c（5）溶胶-凝胶法(sol-gel) & n4 h$ N( z8 X; + a溶胶-凝胶法是指有机或无机化合物经过溶液-溶胶-凝胶而固化. 经过热处理而制得氧化物或其它化合物固体的方法. 由于溶胶凝胶过程中有着纯度高,均匀性强,处理温度低,反应条件易控制等优点而广泛应用于特殊光学玻璃,特殊薄膜,超细粉,复合材料,光学纤维,生物材料等领域. 7 r3 G( o2 Y! ) $ T其主要特点有: ( N5 C& O3 H) P1.可低温合成氧化物,使得制造无法高温加热的制品成为可能; # v1 j n$ N! a/ 8 - o2.提高材料的均匀性,多成分系溶液是分子级,原子级的混合;

19、- + W2 7 E, W0 P* z- U3.可提高生产效率. * N* s/ t; D5 o) o$ b2 T其可制得的材料主要有: 块状材料,纤维材料,涂层和薄膜材料,超细粉末材料及复合材料.所涉及的反应有: 1.溶剂化; 2.水解反应; 3.缩聚反应.7 t$ T t9 p: 5 F$ h10、结合你拟报的研究方向，提出一个研究课题并列出如下主要内容：1）课题名称 2）提出理由（研究背景） 3）研究目标 4）研究内容5）研究技术路线答：这个看你报的方向 比如金属材料 研究一下镁合金 用来做笔记本电脑外壳是个比较开放性那个的题，自己花时间整理一份与自己专业相关的就行。11、写一份你对硕士

20、研究生阶段学习的展望和计划这个也是开放性试题，结合自身方向和目标期望去写。12、结合你对材料科学与工程的认识与理解,谈谈报考材料类研究生的理由?答 ：(1)首先材料在现代社会中扮演中一个重要的位置。 材料、生物、能源三大最受关注学科。材料在国防、航空起着重要作用。例如，航空高性能材料的使用，影响航天飞机的寿命和性能。隐身材料战斗机上的使用。材料也影响了日常的生活，今后高质量高品位的家居有耐于材料的发展，环保健康将是日后发展方向。谈谈材料的作用，因为材料的重要性所以才吸引你。还可以谈谈材料的开发材料的生产可以带来巨大的利润。 (2)可以谈谈材料中一些吸引你的地方。比如在上课时看到关于材料内部组织的照片，别一些非常规整的孪晶现象，和一些拥有各种各样对称轴的晶胞。谈谈材料中也有许多有规律的地方，有许多漂亮的内部结构。等等找一本书看看就行了。或者可以谈谈纳米技术带来的一些奇异的变化。13、结合自己所选报的专业，谈谈你报考研究生的理由？这个题目很开放，注意避免某些功利的东西，即使你那样想，也别那样写。太夸张的东西也少写，人要有自知之明。14、结合可持续发展的角度,谈谈产业与能源,环境之间的关系这个题目考察你的视野，网上有相关的资料，也可以查阅相关的课本，进行归纳和总结。15.参考书目的问题。见复试笔试知识复习指导推荐书目。