材料常考大題之答案(共5頁)

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1、精選優(yōu)質文檔-----傾情為你奉上 1、材料科學與工程的定義及特點。 材料科學與工程就是研究有關材料組成, 結構, 制備工藝流程與材料性能與用途的關系的知識。 材料科學與工程的特點： （1）* Q9 I; L! y0 P3 S??p1多學科交叉材料科學與工程與物理學,化學,冶金學,金屬學,陶瓷學,計算數(shù)學等多學科交叉和結合的特點. （6 K7 X7 \2 @) U; Q4 _2）具有鮮明的工程性材料科學是面向實際,為經(jīng)濟建設服務的,是一門應用科學. 實驗室里的研究成果必須通過工程研究開發(fā)以確定合理的工藝流程,最后批量生產(chǎn)出符合要求的工程材料. （4 \2 m) R" i, z3）處

2、于發(fā)展中的學科材料科學沒有象力學,電學那樣完整的學科體系,是一門處于不斷發(fā)展之中的學科. * L7 e$ O& v1 U% D& b 2、什么是材料科學與工程的四要素？材料科學有哪三個重要屬性？ 其四要素為：組成與結構,合成與生產(chǎn)過程, 性能, 使用效能。 三屬性為：（1）多學科交叉材料科學與工程與物理學,化學,冶金學,金屬學,陶瓷學,計算數(shù)學等多學科交叉和結合的特點. （6 K7 X7 \2 @) U; Q4 _2）具有鮮明的工程性材料科學是面向實際,為經(jīng)濟建設服務的,是一門應用科學. 實驗室里的研究成果必須通過工程研究開發(fā)以確定合理的工藝流程,最后批量生產(chǎn)出符

3、合要求的工程材料. （4 \2 m) R" i, z3）處于發(fā)展中的學科材料科學沒有象力學,電學那樣完整的學科體系,是一門處于不斷發(fā)展之中的學科. 3、何謂材料科學的六面觀？并敘述一下現(xiàn)代的材料觀？ 答：材料六面觀包括：組成，結構，性能，加工與合成，使用，環(huán)境 這個題目考你對材料的各個相關因素之間相互影響的理解了，其實一點就是內(nèi)因為主，外因為輔，但是也很重要。 4、材料的分類 3大材料及其分類，這個很多材料專業(yè)課本上有講，自己歸納下。 5、材料從物理化學屬性分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和不同類型的材料組成的復合材料。請任選二種

4、材料說明其結構、性能特點和發(fā)展方向？ 這個題同第4題，答案在專業(yè)課本上都有 6、材料在國民經(jīng)濟建設中的地位和作用。 這個可以結合一些網(wǎng)上資料和專業(yè)課本的前言緒論部分綜合整理 7、結合自己所學專業(yè)，敘述二個本專業(yè)的研究熱點問題。 答:比如 隱身材料的 吸收一定范圍電磁波的研究 (1) 高性能納米結構材料的合成 對納米結構的金屬和合金重點放在大幅度提高材料的強度和硬度,利用納米顆粒小尺寸效應所造成的無位錯密度區(qū)域使其達到高硬度,高強度.納米結構銅或銀的塊體材料的硬度比常規(guī)材料高50倍,屈服強度高12倍;對納米陶瓷材料,著重提高斷裂韌性,降低脆性,納米結構碳化硅的斷裂韌性比常規(guī)

5、材料提高100倍,n-ZrO2+Al2O3,n-SiO2+Al2O3的復合材料,斷裂韌性比常規(guī)材料提高4-5倍,原因是這類納米陶瓷龐大體積百分數(shù)的界面提供了高擴散的通道,擴散蠕變大大改善了界面的脆性. (2)納米添加使傳統(tǒng)材料改性 高居里點,低電阻的PTC陶瓷材料,添加少量納米二氧化銑可以降低燒結溫度,致密速度快,減少Pb的揮發(fā)量,大大改善了PTC陶瓷的性能;納米材料添加到塑料中使其抗老化能力增強,壽命提高.添加到橡膠可以提高介電和耐磨特性;納米材料添加到其它材料中都可以根據(jù)需要,選擇適當?shù)牟牧虾吞砑恿窟_到材料改性的目的,應用前景廣闊. （3）燃料電池 * [4 i5 C4 J! o$

6、y ??近二,三十年來,由于一次能源的匱乏和環(huán)境保護的突出,要求開發(fā)利用新的清潔再生能源. (燃料電池由于具有能量轉化率高,對環(huán)境污染小等優(yōu)點受到世界各國的普遍重視) 5 `% t4 T% ~4 z0 W: W3 y8 E/ ~4 `??燃料電池是一種將所提供燃料的化學能直接變換為電能的高效能量轉換裝置; 是既水力,火力,核力后的第四類發(fā)電技術. 0 T2 p0 [, F??T9 b- \: M??其特點有: 4 P% V5 T, j' w/ x$ @3 N 1.由于化學能直接轉化為電能,與普通發(fā)電方式相比,避免了能量形式的變化不受卡諾循環(huán)限制, 能量轉化效率高. 3 c9 C. O,

7、f8 g7 F2.環(huán)保. 廢氣如SOx,NOx,CO2等的排放量極低. 此外,由于電池中無運動部件,工作時非常安靜. * S$ J% J9 j% N" @* V2 m??G. S3.電池的本題的負荷反應性能好,可靠性高。 2 B. b( r' f# T' o; ]! @ （4）碳納米管 4 Z3 l/ T??\; S& E??是一種具有特殊結構的一維量子材料(徑向尺寸為納米級,軸向尺寸為微米級). 它主要由六邊形排列的碳原子構成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管,層與層之間保持固定的距離. # h! q+ z3 q4 f# t??作為一維納米材料,重量輕,六邊形結構連接完美,具有許多異常的力學,電學

8、性能: ??@7 j: f. N" F; L2 f0 X" f??y 1力學性能 其密度只有鋼的1/6,結構與高分子材料相似,但抗拉強度極大,彈性模量達1TPa,用其增強的塑料力學性能優(yōu)良且抗疲勞,抗蠕變,形變小,滑動性能好. 7 d% x/ Y7 p, @$ A2 C2電學性能 利用其結構中空的特點,可作為制造某些納米尺度金屬導線的模具. 有些管徑的碳納米管是性能優(yōu)于石墨材料的良好導體,另一些管徑可能是半導體. * L+ D! R- r! B: f- K 3導熱性能 其擁有非常大的長徑比,因而其沿長度方向的熱交換性能很高,垂直方向熱交換性能較低,故其可制成高各向異性熱傳導材料。 8

9、、簡述你所熟悉的幾種有關材料的測試技術，并寫出其中一種測試技術的原理及解析方法。 一.電子探針 EPMA 一般采用兩個磁透鏡聚焦,使入射電子束的直徑縮小到一微米以下,打到試樣由光學顯微鏡預先選好的待測點線面上,使這里的各種元素激發(fā)產(chǎn)生相應的特征x射線譜,經(jīng)晶體展譜后由探測系統(tǒng)接收,從特征x射線譜的波長及強度可以測定待測點的元素及含量. 電子探針對微區(qū)、微粒和微量的成分具有分析元素范圍廣,靈敏度高,準確快速和不損耗試樣等特點.可以做定性、定量分析.因此,可用于各個領域. (1)冶金學 在冶煉和熱處理過程中,材料出現(xiàn)的大量顯微現(xiàn)象,如析出相、晶面偏析、夾雜物等,用電子探針可以對它們進行直接分

10、析，而不必把分析物從基體中取出來. (2)地質和礦物學 電子探針在地質礦物學中的應用也非常廣泛.可用來分析顆粒較細的巖相組成和結構. (3)其他方面 電子探針常用來研究半導體以及分析空氣中的微粒物質.電子探針不損耗樣品,所以在考古中也發(fā)揮很關鍵的作用.此外,在生物和醫(yī)學上也得到廣泛應用. 二.差熱分析 差熱分析是在程序控制溫度下,測量物質與參比物之間的溫度差與溫度關系的一種技術.差熱分析曲線是描述樣品與參比物之間的溫差(ΔT)隨溫度或時間的變化關系.在DTA試驗中,樣品溫度的變化是由于相轉變或反應的熱效應引起的. 影響差熱分析的主要因素:1.氣氛和壓力的選擇.2.升溫速率的選擇.3.

11、試樣的預處理及用量:一般盡可能減少用量,最多大至毫克.樣品的顆粒度在100目-200目左右.4.參比物的選擇:常用α-三氧化二鋁(Al2O3)或煅燒過的氧化鎂（MgO）或石英砂作參比物.5.紙速的選擇. 差熱分析主要應用于高聚物的研究:1.測定高聚物的玻璃化轉變.2.高聚物在空氣和惰性氣體中的受熱情況.3.研究高聚物中單體含量對Tg的影響.4.共聚物結構的研究.5.研 究纖維的拉伸取向.等等. 測熔點 測相變溫度 三.XPS（X射線光電子能譜分析） 0 W0 o! O$ h+ U 電子能譜是近幾十年發(fā)展起來的一種研究物質表面性質和狀態(tài)的新興物理方法，這里的表面指固體最外層的1-10個原子的

12、表面層，一般為1到幾個nm。 5 r/ }$ F4 x% M/ e* o光電子能譜是用X射線作激發(fā)源，轟出樣品中元素的內(nèi)層電子，并直接測量二次電子的能量，這能量表現(xiàn)為元素內(nèi)層電子的結合能Eb，Eb隨元素而不同，且有較高的分辨力，可以得到從價電子到K殼層的各級電子電離能，有助于了解離子的幾何構型和軌道成鍵特性。 8 E6 K- b??I$ M 其測量原理公式由光電效應得來：hv=Eb+Ek+。。 : V9 w3 [! \??Y4 J6 S; n/ O 應用XPS可進行：1 化學分析：包括元素的成分分析和定量分析2 固體表面相研究? ? 3 化合物結構的測定 / k5 Z" D4 U/ Y6 t

13、! | 可用來進行水泥熟料中硅酸鈣的水化表面分析分析能譜中O1s峰的寬窄變化和峰移動的方向可以判斷水化反應的進行與否對其表面ESCA測定的Ca/Si比值可以分析水化過程及其產(chǎn)物 # S5 P$ g; I2 }??V2 j% g四.透射電子顯微分析 6 h0 R2 v6 A4 G) j透射電鏡是用聚焦電子束作為照明源，均勻照射到試樣的某一待觀察微小區(qū)域上，由于使用對電子束透明的薄膜試樣，故絕大部分電子穿透試樣，其強度分布與所觀察試樣區(qū)的形貌，組織，結構一一對應。經(jīng)過轉換可以在熒光屏上顯示出與試樣形貌，組織，結構相應的圖象。 % N1 H8 A5 W+ q5 X1 {其電子圖象的襯度來源于質

14、量襯度，衍射襯度和相位襯度。 4 _( ~3 ?5 f! Y( q, x4 _! c透射電子顯微鏡是一種高分辨率（分辨率可達0。1nm），高放大倍數(shù)（80萬倍）的顯微鏡。很適合觀察和分析材料的形貌，結構，晶體中的位錯，層錯，空位團等晶體缺陷。透射電鏡法要求試樣厚度僅為100-200nm，甚至幾十nm的，對電子束“透明”的試樣。試樣大致有三種：超細粉末顆粒，用一定方法減薄的材料薄膜，用復型方法將材料表面形貌復制下來的復型膜。, D8 ^8 P+ n2 J. N' r 9、目前，用于材料的合成與制備有許多新方法，請你列舉二種方法并加以較詳細說明。 答:(1)磁控濺射是上世紀70年代迅速發(fā)

15、展起來的新型濺射技術,目前已應用于工業(yè)生產(chǎn).主要用于制備膜. 磁控濺射是在陰極靶面上建立了一個環(huán)狀磁靶以使二次電子跳躍式地沿著環(huán)狀磁場轉圈,離子轟擊靶面所產(chǎn)生的二次電子在陰極暗區(qū)被電場加速之后飛向陽極.磁控濺射所采用的環(huán)形磁場對二次電子的控制更加嚴密. 磁控濺射的優(yōu)點:與二級濺射相比,其鍍膜速率提高了一個數(shù)量級,且鍍膜時基片溫度低、損傷小. 磁控濺射的主要缺點:磁控濺射靶的濺射溝槽一旦穿透靶材,就會導致整塊靶材報廢,以致靶材的利用率低,一般低于40%. (2)等離子體輔助化學氣相沉積(PECVD) PECVD是用等離子體技術使反應氣體進行化學反應后,在基底上生成固體薄膜的方法.近二三

16、十年來,PECVD法進展相當快,在半導體工業(yè)中,這種技術已成為大規(guī)模集成電路干式生產(chǎn)工藝中的重要環(huán)節(jié). PECVD薄膜反應室主要有平板電容型和無極射頻感應線圈式兩種.平板型又可分為直流、射頻、微波電源三種.PECVD薄膜的性質不僅與沉積方式有關,還取決于沉積工藝參數(shù).這些工藝參數(shù)包括:電源功率、反應室?guī)缀涡螤钆c尺寸、負偏壓、離子能量、基材溫度、真空泵抽氣速率、反應室氣體壓力以及工作氣體的比例等.仔細控制工藝參數(shù),才能得到性能良好的薄膜. 與基于熱化學的CVD相比,PECVD的優(yōu)點:沉積溫度低,從而基板不發(fā)生相變或變形,而且成膜質量高. (3)微波燒結 利用微波電磁場中材料的介質損耗,使

17、陶瓷材料整體加熱到燒結溫度而實現(xiàn)致密化的方法.由于微波加熱利用了陶瓷本身的介電損耗發(fā)熱,所以陶瓷既是熱源,又是被加熱體.整個微波裝置只有陶瓷制品處于高溫,而其余部分仍處于常溫狀態(tài). 可以通過改進電磁場的均勻性、改善材料的介電性能和導熱性能、以及采用保溫材料保護燒結等方法來保證燒結溫度的均勻性,以及解決局部過熱問題. 微波燒結的應用:已成功制備了ZrO2或Al2O3納米陶瓷. （4）等離子體化學氣相沉積法(PCVD) " Q* y9 H8 a5 z9 g' P PVCD是借助等離子體內(nèi)的高能電子與反映氣體原子,分子發(fā)生非彈性碰撞使之離解或電離,從而產(chǎn)生大量的沉積組元,如原子,離子或活性

18、基團并輸送到基體表面上沉積成膜的. / k??o$ b' l4 N3 A9 S,非平衡等離子體激活代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加熱激活是PCVD的主要優(yōu)點,可使基體的沉積溫度變較低. : J7 Y; E( s??@3 ^) ]. n 由于其沉積溫度低,沉積速率快,繞鍍性好,設備操作維護簡單而廣泛用于沉積各種薄膜和超硬膜. 此法得到的膜純度高,致密,形成的結晶定向好,電子工業(yè)中廣泛用于高純材料和晶體材料的制備. / q2 n5 k$ {7 {- N5 g 所涉及的化學反應有:熱解反應,氧化還原反應,復合還原反應等.' L# ~7 y' _+ @( S( z: c （5）溶膠-凝膠法(sol-gel) & n4

19、h$ N( z8 X; `+ a溶膠-凝膠法是指有機或無機化合物經(jīng)過溶液-溶膠-凝膠而固化. 經(jīng)過熱處理而制得氧化物或其它化合物固體的方法. 由于溶膠凝膠過程中有著純度高,均勻性強,處理溫度低,反應條件易控制等優(yōu)點而廣泛應用于特殊光學玻璃,特殊薄膜,超細粉,復合材料,光學纖維,生物材料等領域. 7 r3 G( o2 Y! `) @$ T其主要特點有: ( N5 C& O3 H) P 1.可低溫合成氧化物,使得制造無法高溫加熱的制品成為可能; # v1 j" n$ N! a/ }8 \- o2.提高材料的均勻性,多成分系溶液是分子級,原子級的混合; - \+ W2 {7 E, W0 P* z

20、- U 3.可提高生產(chǎn)效率. * N* s/ t; D5 o) o$ b2 T其可制得的材料主要有: 塊狀材料,纖維材料,涂層和薄膜材料,超細粉末材料及復合材料.所涉及的反應有: 1.溶劑化; 2.水解反應; 3.縮聚反應.7 t$ T' t9 p: }" ^5 F$ h 10、結合你擬報的研究方向，提出一個研究課題并列出如下主要內(nèi)容： 1）課題名稱 2）提出理由（研究背景） 3）研究目標 4）研究內(nèi)容 5）研究技術路線 答：這個看你報的方向 比如金屬材料 研究一下鎂合金 用來做筆記本電腦外殼 是個比較開放性那個的題，自己花時間整理一份與自己專業(yè)相關的就行。

21、 11、寫一份你對碩士研究生階段學習的展望和計劃 這個也是開放性試題，結合自身方向和目標期望去寫。 12、結合你對材料科學與工程的認識與理解,談談報考材料類研究生的理由? 答 ：(1)首先材料在現(xiàn)代社會中扮演中一個重要的位置。 材料、生物、能源三大最受關注學科。材料在國防、航空起著重要作用。例如，航空高性能材料的使用，影響航天飛機的壽命和性能。隱身材料戰(zhàn)斗機上的使用。材料也影響了日常的生活，今后高質量高品位的家居有耐于材料的發(fā)展，環(huán)保健康將是日后發(fā)展方向。談談材料的作用，因為材料的重要性所以才吸引你。還可以談談材料的開發(fā)材料的生產(chǎn)可以帶來巨大的利潤。 (2)可以談談材料中

22、一些吸引你的地方。比如在上課時看到關于材料內(nèi)部組織的照片，別一些非常規(guī)整的孿晶現(xiàn)象，和一些擁有各種各樣對稱軸的晶胞。談談材料中也有許多有規(guī)律的地方，有許多漂亮的內(nèi)部結構。等等找一本書看看就行了?；蛘呖梢哉務劶{米技術帶來的一些奇異的變化。 13、結合自己所選報的專業(yè)，談談你報考研究生的理由？ 這個題目很開放，注意避免某些功利的東西，即使你那樣想，也別那樣寫。太夸張的東西也少寫，人要有自知之明。 14、結合可持續(xù)發(fā)展的角度,談談產(chǎn)業(yè)與能源,環(huán)境之間的關系 這個題目考察你的視野，網(wǎng)上有相關的資料，也可以查閱相關的課本，進行歸納和總結。 15.參考書目的問題。 見復試筆試知識復習指導推薦書目。 專心---專注---專業(yè)