【2017年整理】最新整理-博士生资格考试历年考题

2004 年资格考试一、简答题1. 溶化金属为何要有一定的过冷度才能观察到析晶现象？ 2. 陶瓷烧结后期晶粒长大的动力是什么？3. 为什么纯固体相变总是放热反应？二、滑移、孪生、形变带，这三种缺陷如何从形貌上来判断。三、应变-硬化、弥散-硬化、晶粒细化，这三种强化机制的异同点。四、三元相图中，垂直截面的线与二元相图中的线有何区别，能否应用杠杆定律，在什么情况下适用？五、纯金属在凝固、溶解、固-液平衡过程中 Gibbs 自由能与焓变关系图。六、某金属熔点为 600 度，问在 590 度时，凝固能否自发进行，并求此时的熵变。 （已知凝固热 H）七、关于配分函数，已知 Cp，证明 U 和 Cv 的关系式。八、Au 和 Ag 的晶格常数为 0.408 和 0.409，问1. 在 Au 基体上镀一层 100nm 的 Ag，用 XRD 能否检测出这层膜；2. 在 Au（111）基体上镀一层 100nm 的 Ag，用 XRD 能否检测出这层膜；3. 在 Au（111）基体上，用外延生长的方法生长 Ag 的（111）面，用 XRD 能否检测出这层膜；九、透射电镜衍射，如为单晶，则衍射花样为规则排列的斑点，如为单晶，则衍射花样为环。如有一一维无限长单原子链，用一束电子垂直照射，会出现什么样的衍射花样。十、单晶 Si 上镀一层的 SiC 薄膜，设计一个试验方案分析 SiC 薄膜的厚度，成份和结构。2005 年 4 月资格考试（可能）1.说明|Fs|、|Ls|、I 电子 的含义及其物理意义。 （10 分）2.简述双面法测滑移面指数的原理。 （10 分）3.给出 8 个 2seita 角，判断晶体结构，计算晶格常数 a，写出出现衍射线的面族。 （10 分）4.某单晶体，X 射线沿0 -1 0方向入射，晶体-1 0 0 方向竖直，0 0 1方向平行于底片。（a） （-3 -1 0）面一级反射 X 光的波长。（b） 底片与晶体相距 5cm，求劳厄斑在底片上的位置。 （12 分）5.Ag、Fe 的混合粉末，固溶度极小。计算在 2seita 属于45，110范围内衍射线条数。入1.973；Fe 为 bcc 结构，a2.8x；Ag 为 fcc 结构，a4.xx。 （12 分）6.内标法物相分析。试样：标物80：20；I（TiO2）：I（Al2O3）1.7：2；I（TiO2）/Ic3.4。求试样组成。 （12 分） 7.简述何为织构? 给出 Ag 的110织构与摇摆曲线，判定织构类型。摇摆曲线分别在 0、90、180、270、360 度的位置有峰值。 （12 分）8.简述宏观应力、微观应力、微晶对 X 衍射线的影响。如何区别它们？ （12 分）9.简述精确测定点阵参数时候外推法消除误差的原理。 （10 分）1.给出立方和六方晶胞，标指数。 （8 分）2.fcc、bcc、hcp 密排方向、密排面、密排方向最小单位长度。 （5 分）3.某晶体从高温降低至低温后空位密度降低 6 个数量级；已知 T1、T2 求空位形成能。（10）4.Ni 单晶，给出晶格常数 a 与某面族间距 d，算是哪个晶面族。 （5 分）5.推导二元系综合扩散系数与分扩散系数以及二组员摩尔含量间的关系。 （10 分）6.请分析调幅分解与脱溶分解的区别。 （10 分）7.请分析马氏体相变的特征，并加以解释。 （10 分）8.按照位错名称、类型、b、运动方式、形成方式 5 方面总结 fcc 中的位错类型。 （12 分）9.分析合金强化的机制并举出实例。 （10 分）10.Fe-C 相图 2合金的相关分析。 （20 分）2005 年 11 月份资格考试1 固溶强化，弥散强化，细晶强化和加工硬化的强化机制；答：A 固溶强化是固溶体的强度高于纯组元的现象。无论溶质以置换、还是间隙方式固溶，都能产生强化效果，其实质在于溶质对位错滑动的阻碍作用。包括：溶质对位错的钉扎；溶质与位错的化学交互作用；溶质与位错的电交互作用；溶质周围的应力场对位错滑动的阻碍作用。其结果导致位错滑动阻力增大，强度提高。影响固溶强化的因素有：溶质种类、固溶体浓度、溶剂和溶质原子尺寸差、电子浓度因素和溶质原子的强化效应。一般遵循一下规律：不同溶质原子有不同的强化效应；固溶体浓度越高，强化作用越大；溶质与溶剂原子尺寸差别越大，强化越好；溶质与溶剂的化学价相差越大，强化效果越明显。B 弥散强化，合金中机械混掺于基体材料中的硬质颗粒会引起合金强化，是第二相（弥散相）周围形成很强的应力场，阻碍了位错的滑移，其中弥散相和基体原子间没有化学的交互作用。C 细晶强化，根据 Hall-petch 公式，屈服点 s同晶粒直径 d 之间的关系是： s= 0+kd1/2,所以晶粒减小后，屈服强度就会增大。另外，晶粒细化后，晶界就会增多，在低温或室温下，晶界强度大于晶粒强度，滑移难以穿过晶界，同时由于晶界内大量缺陷的应力场，使晶粒内部滑移更加困难，从而阻碍滑移的进行。D 加工硬化，晶体塑性变形时其流变应力随应变量增加而增大的现象，称为应变硬化。其表现形式为在对金属或合金进行冷加工时，其强度增加，故称之为加工硬化或加工强化。加工硬化的原因按位错理论可以解释为：位错间的长程相互作用；位错交割生成割阶；位错反应形成固定位错；位错增殖使位错密度不断增加，造成位错缠绕；位错在杂质、析出物、第二相粒子等周围的塞积，位错切过或绕过析出物而附加应力；还有晶界强化等。这些因素使位错运动的阻力越来越大，从而造成加工硬化。2 三元相图垂直截面与二元相图有何不同？为何杠杆定律不适用？三元相图垂直截面何时适用杠杆定律？答：二元相图是表示二组元系统相的平衡状态、成分关系随温度变化的平面图形，在分析合金结晶过程时，可以用杠杆定律定量确定两相共存状态下两相的相对量。三元相图的垂直截面可分析相应于成分特性线上任一三元合金的结晶过程，但是在三元垂直截面中不能应用杠杆定率确定二相的成分和相对量，这是因为两相成分变化线并不是沿垂直截面的液、固相线。而是两条空间弯曲线，垂直截面的液、固相线仅是垂直截面与立体相图的相区分界面的交线。垂直截面图分析与投影图分析结果一致，但垂直截面所分析的结晶过程更为直观，缺点是不能确定成分和量的关系，而投影图则可以给出反应中相成分和量的变化，故而者可以配合使用。（其他答案：在三元相图的垂直截面中，两相成分变化线并不是沿垂直截面的液固相线，而是两条空间弯曲线，垂直截面上的液因相线仅是垂直截面与立体相图的相区分界面的交线。因此二元相图的杠杆定律不能实现。当垂直截面是沿三元相图边线截下时，此时三元相图退变为二元相图，杠杆定律就可以应用了。 ）3 溶化金属为何要有一定的过冷度才能观察到析晶现象？陶瓷烧结后期晶粒长大的动力是什么？ 答：液态金属是长程无序，短程有序的结构，有序区称为晶胚，这种短程有序是此起彼伏的称为结构起伏，同时伴随着能量起伏。结晶就是晶核不断形成并长大的过程。凝固转变遵循热力学条件，即 GGs-G L0.非自发。 ）6 在 si 基片上上沉积 100nm 厚的多晶 SiC 薄膜，怎样确定其结构、厚度和成分？答：首先，由 X 光衍射分析，FT-IR，Raman 光谱以及 XPS 谱分析可以判断薄膜的结构，XRD 是晶体的指纹，不同的物质具有不同的 XRD 特征峰（晶面间距和相对强度） ，对照 PDF卡片即可进行定性分析。红外光谱在材料领域的研究中占有十分重要的地位，是研究材料的物理和化学结构及其表征的基本手段。具有相同化学键或者官能团的一系列化合物具有近似相同的吸收频率基团特征频率。不过，同一种基团处于不同的化学环境时，其特征频率会略有差异。测出薄膜的红外光谱后，与标准谱对照峰位就可以坚定 SiC 的结构。测得样品的拉曼谱以后，对照标准谱就可以确定其结构。XPS 是一种研究物质表层元素组成与离子状态的表面分析技术。测得 XPS 谱后，通过与已知元素的原子或者离子的不同壳层的电子的能量相比较，就可以确定未知样品中原子或者离子的组成和状态。另外利用HRTEM 也可以观察薄膜的形貌，并利用电子衍射进行结构的分析。利用 EELS（电子能量损失谱）可以观察物质之间键的差别，通过比较薄膜的电子能量损失谱和标准的 EELS 谱就可以判断薄膜的结构。对于厚度，可以采用XRR（X光反射）技术，RBS，或者SEM技术分析薄膜的厚度，对于XRR技术，一种无损检测手段，通过相关公式，编程对实验测得的反射率曲线进行模拟。直到模拟曲线和测量曲线相差不多。可以获得薄膜的质量密度、厚度、表面粗糙度、界面粗糙度等信息。利用Si的解理性，可以制备出截面干净，整齐的SEM截面样品，通过观察截面的二次电子图像或背散射电子图像，可以得到碳薄膜厚度的信息。由于散射截面与离子发生散射时的能量E的平方成反比，在靶内深度x处被散射的离子由于能量损失具有较低的能量，具有较大的产额。所以，RBS的被展宽的能谱带有了深度信息。对于厚度较大的样品，可以通过测量峰的能宽，然后除以阻止截面因子，得到薄膜的厚度（单位是每单位面积内的原子数Nt）。如果要换算成厚度，需要知道材料的体积密度值。对于很薄的的样品，不能再使用能量宽度的方法计算，而应该使用信号积分的方法计算，只要测得了RBS能谱，将窄峰进行积分，得到信号总计数就可以得到样品的厚度了。椭圆偏振测量是测量薄膜光学特性的一种重要手段，椭圆偏振测量技术是研究两媒质间界面或薄膜中发生的现象及其特性的一种光学方法。对于成分分析，可以利用EDS，电子能量损失谱，AES，RBS，SIMS分析其成分，EDS一般为SEM或者TEM的附件，所以在观察形貌的同时对样品进行点，线扫描或者面扫描，从而得到其成分的分布。利用AES,SIMS还可以利用离子束进行溅射对薄膜进行沿垂直方向的剥离，从而得到沿薄膜垂直方向上的成分分布。对于RBS，因为阻止截面是一个带有深度信息的量，所以如果我们将样品看成许多足够薄的薄层，认为在同一薄层里阻止截面是一定的，通过模拟我们就可以算出每个薄层中的各个元素的含量，从而得到延深度方向的各元素的分布。（其他答案：6、也是拿不准,RBS,用沟道谱定结构,能谱峰积分定厚度,峰位定成分。 ）7、在金属的凝固过程、溶化过程、和固液平衡过程中，吉布斯自由能如何变化？答：纯金属是单组元系，没有成分变化，其吉布斯自由能主要随温度变化，随着温度升高，熵增大，一定温度下H减去相应的TS值即可得到吉布斯自由能。吉布斯自由能随温度变化的斜率由熵S决定。随温度升高，吉布斯自由能下降，单下降的程度，或变化的斜率对固、液相不同，在温度很低时，吉布斯自由能中TS项可忽略，在H=PV+U中，PV项也可以忽略，故GU, G L=UL,GS=US。由于液相比固相有更高的内能，故U L>US,GL>GS.当温度升高，原子排列混乱程度增加使熵增大，TS项增加，吉布斯自由能则随温度升高而降低，由于液相原子混乱排列，比固相有更高的熵，相应，TS L>TSS，所以液相的G的下降比固相的G下降的更快，因而在一定温度下相交。在相交温度Tm处G LG S，液、固相处于平衡状态，低于相交温度GsG L，固相处于稳定状态；高于相交温度，G L固相变过程中若体积增大或减小，对熔点有何变化？（条件记得不完全了）6钙钛矿室温下为正交晶系（1atm） ，在高温（T1） ，高压（P）下转变成三方晶系，试分析其热力学依据。7选择题1) xrr 可用来分析？2) 红外和拉曼常用来分析？3) 光电子能谱常用来分析？8CNT 可看作是卷起来的石墨片，请定性画出当电子束分别垂直入射在 CNT 和石墨片上所得的衍射花样，并分析其相同与不同之处。9有报道显示 CaB 有超过室温的居里温度下铁磁性，后经研究证实该铁磁性是由于一定量的 Fe 杂质引起的，请设计一套实验方案来验证以