整理博士生資格考試歷年考題

1、2004年資格考試一、 簡答題1. 溶化金屬為何要有一定的過冷度才能觀察到析晶現(xiàn)象？ 2. 陶瓷燒結(jié)后期晶粒長大的動力是什么？3. 為什么純固體相變總是放熱反應(yīng)？二、 滑移、孿生、形變帶，這三種缺陷如何從形貌上來判斷。三、 應(yīng)變-硬化、彌散-硬化、晶粒細化，這三種強化機制的異同點。四、 三元相圖中，垂直截面的線與二元相圖中的線有何區(qū)別，能否應(yīng)用杠桿定律，在什么情況下適用？五、 純金屬在凝固、溶解、固-液平衡過程中Gibbs自由能與焓變關(guān)系圖。六、 某金屬熔點為600度，問在590度時，凝固能否自發(fā)進行，并求此時的熵變。（已知凝固熱H）七、 關(guān)于配分函數(shù)，已知Cp，證明U和Cv的關(guān)系式。八、 A

2、u和Ag的晶格常數(shù)為0.408和0.409，問1. 在Au基體上鍍一層100nm的 Ag，用XRD能否檢測出這層膜；2. 在Au（111）基體上鍍一層100nm的 Ag，用XRD能否檢測出這層膜；3. 在Au（111）基體上，用外延生長的方法生長Ag的（111）面，用XRD能否檢測出這層膜；九、 透射電鏡衍射，如為單晶，則衍射花樣為規(guī)則排列的斑點，如為單晶，則衍射花樣為環(huán)。如有一一維無限長單原子鏈，用一束電子垂直照射，會出現(xiàn)什么樣的衍射花樣。十、 單晶Si上鍍一層的SiC薄膜，設(shè)計一個試驗方案分析SiC薄膜的厚度，成份和結(jié)構(gòu)。2005年4月資格考試（可能）1.說明|Fs|、|Ls|、I電子 的

3、含義及其物理意義。（10分）2.簡述雙面法測滑移面指數(shù)的原理。（10分）3.給出8個2seita角，判斷晶體結(jié)構(gòu)，計算晶格常數(shù)a，寫出出現(xiàn)衍射線的面族。（10分）4.某單晶體，X射線沿0 -1 0方向入射，晶體-1 0 0 方向豎直，0 0 1方向 平行于底片。 （a）（-3 -1 0）面一級反射X光的波長。 （b） 底片與晶體相距5cm，求勞厄斑在底片上的位置。 （12分）5.Ag、Fe的混合粉末，固溶度極小。計算在2seita屬于45，110范圍內(nèi)衍射線條數(shù)。 入1.973；Fe為bcc結(jié)構(gòu)，a2.8x；Ag為fcc結(jié)構(gòu)，a4.xx。 （12分）6.內(nèi)標法物相分析。試樣：標物80：20；I

4、（TiO2）：I（Al2O3）1.7：2； I（TiO2）/Ic3.4。求試樣組成。 （12分） 7.簡述何為織構(gòu)? 給出Ag的110織構(gòu)與搖擺曲線，判定織構(gòu)類型。 搖擺曲線分別在0、90、180、270、360度的位置有峰值。 （12分）8.簡述宏觀應(yīng)力、微觀應(yīng)力、微晶對X衍射線的影響。如何區(qū)別它們？ （12分）9.簡述精確測定點陣參數(shù)時候外推法消除誤差的原理。 （10分）1.給出立方和六方晶胞，標指數(shù)。（8分）2.fcc、bcc、hcp密排方向、密排面、密排方向最小單位長度。（5分）3.某晶體從高溫降低至低溫后空位密度降低6個數(shù)量級；已知T1、T2求空位形成能。（10）4.Ni單晶，給出晶

5、格常數(shù)a與某面族間距d，算是哪個晶面族。（5分）5.推導(dǎo)二元系綜合擴散系數(shù)與分擴散系數(shù)以及二組員摩爾含量間的關(guān)系。（10分）6.請分析調(diào)幅分解與脫溶分解的區(qū)別。（10分）7.請分析馬氏體相變的特征，并加以解釋。（10分）8.按照位錯名稱、類型、b、運動方式、形成方式5方面總結(jié)fcc中的位錯類型。（12分）9.分析合金強化的機制并舉出實例。（10分）10.Fe-C相圖2合金的相關(guān)分析。（20分）2005年11月份資格考試1 固溶強化，彌散強化，細晶強化和加工硬化的強化機制；答：A 固溶強化是固溶體的強度高于純組元的現(xiàn)象。無論溶質(zhì)以置換、還是間隙方式固溶，都能產(chǎn)生強化效果，其實質(zhì)在于溶質(zhì)對位錯滑動

6、的阻礙作用。包括：溶質(zhì)對位錯的釘扎；溶質(zhì)與位錯的化學(xué)交互作用；溶質(zhì)與位錯的電交互作用；溶質(zhì)周圍的應(yīng)力場對位錯滑動的阻礙作用。其結(jié)果導(dǎo)致位錯滑動阻力增大，強度提高。影響固溶強化的因素有：溶質(zhì)種類、固溶體濃度、溶劑和溶質(zhì)原子尺寸差、電子濃度因素和溶質(zhì)原子的強化效應(yīng)。一般遵循一下規(guī)律：不同溶質(zhì)原子有不同的強化效應(yīng)；固溶體濃度越高，強化作用越大；溶質(zhì)與溶劑原子尺寸差別越大，強化越好；溶質(zhì)與溶劑的化學(xué)價相差越大，強化效果越明顯。B 彌散強化，合金中機械混摻于基體材料中的硬質(zhì)顆粒會引起合金強化，是第二相（彌散相）周圍形成很強的應(yīng)力場，阻礙了位錯的滑移，其中彌散相和基體原子間沒有化學(xué)的交互作用。C 細晶強化

7、，根據(jù)Hall-petch公式，屈服點s同晶粒直徑d之間的關(guān)系是：s=0+kd1/2,所以晶粒減小后，屈服強度就會增大。另外，晶粒細化后，晶界就會增多，在低溫或室溫下，晶界強度大于晶粒強度，滑移難以穿過晶界，同時由于晶界內(nèi)大量缺陷的應(yīng)力場，使晶粒內(nèi)部滑移更加困難，從而阻礙滑移的進行。D 加工硬化，晶體塑性變形時其流變應(yīng)力隨應(yīng)變量增加而增大的現(xiàn)象，稱為應(yīng)變硬化。其表現(xiàn)形式為在對金屬或合金進行冷加工時，其強度增加，故稱之為加工硬化或加工強化。加工硬化的原因按位錯理論可以解釋為：位錯間的長程相互作用；位錯交割生成割階；位錯反應(yīng)形成固定位錯；位錯增殖使位錯密度不斷增加，造成位錯纏繞；位錯在雜質(zhì)、析出物

8、、第二相粒子等周圍的塞積，位錯切過或繞過析出物而附加應(yīng)力；還有晶界強化等。這些因素使位錯運動的阻力越來越大，從而造成加工硬化。2三元相圖垂直截面與二元相圖有何不同？為何杠桿定律不適用？三元相圖垂直截面何時適用杠桿定律？答：二元相圖是表示二組元系統(tǒng)相的平衡狀態(tài)、成分關(guān)系隨溫度變化的平面圖形，在分析合金結(jié)晶過程時，可以用杠桿定律定量確定兩相共存狀態(tài)下兩相的相對量。三元相圖的垂直截面可分析相應(yīng)于成分特性線上任一三元合金的結(jié)晶過程，但是在三元垂直截面中不能應(yīng)用杠桿定率確定二相的成分和相對量，這是因為兩相成分變化線并不是沿垂直截面的液、固相線。而是兩條空間彎曲線，垂直截面的液、固相線僅是垂直截面與立體相

9、圖的相區(qū)分界面的交線。垂直截面圖分析與投影圖分析結(jié)果一致，但垂直截面所分析的結(jié)晶過程更為直觀，缺點是不能確定成分和量的關(guān)系，而投影圖則可以給出反應(yīng)中相成分和量的變化，故而者可以配合使用。 （其他答案：在三元相圖的垂直截面中，兩相成分變化線并不是沿垂直截面的液固相線，而是兩條空間彎曲線，垂直截面上的液因相線僅是垂直截面與立體相圖的相區(qū)分界面的交線。因此二元相圖的杠桿定律不能實現(xiàn)。當(dāng)垂直截面是沿三元相圖邊線截下時，此時三元相圖退變?yōu)槎鄨D，杠桿定律就可以應(yīng)用了。）3溶化金屬為何要有一定的過冷度才能觀察到析晶現(xiàn)象？陶瓷燒結(jié)后期晶粒長大的動力是什么？ 答：液態(tài)金屬是長程無序，短程有序的結(jié)構(gòu)，有序區(qū)稱

10、為晶胚，這種短程有序是此起彼伏的稱為結(jié)構(gòu)起伏，同時伴隨著能量起伏。結(jié)晶就是晶核不斷形成并長大的過程。凝固轉(zhuǎn)變遵循熱力學(xué)條件，即GGs-GL< 0, 結(jié)晶的驅(qū)動力是單位體積吉布斯自由能差，GL·T/Tm確定，過冷度愈大，轉(zhuǎn)變驅(qū)動力愈大，凝固過程愈易進行。在一定過冷度下的結(jié)晶凝固過程包括晶體核心的形成和晶核的長大兩個基本過程。結(jié)晶的阻力是形成新的界面而使表面能升高，晶胚是否長大自發(fā)長大，取決于長大使它的吉布斯自由能升高還是降低，使自由能降低的會自發(fā)長大，對于那些小于臨界半徑的晶胚，如果它們長大，則體積吉布斯自由能的減小不足以抵償表面能的增加，從而使吉布斯自由能進一步增大，故他們不能

11、長大而自行消亡（這會使吉布斯自由能降低）。因此只有那些等于或大于臨界半徑的晶胚才能自發(fā)長大。形成臨界晶核時體積吉布斯自由能的降低僅夠抵償表面能的2/3 ，其余1/3由液體中的能量起伏提供，因此臨界形核功是正值。 固體材料經(jīng)過初期燒結(jié)而形成頸部后，相互結(jié)合在一起的微粒將開始晶粒生長，其平均尺寸將開始增大。當(dāng)平均晶粒尺寸增大時，某些晶粒必然長大，而另一些晶粒則必然縮小與消失。晶粒生長的過程也就是晶界運動的過程。隨著燒結(jié)的進行，當(dāng)一些晶粒生長而另一些晶粒收縮時，晶界朝著它們自身的曲率中心運動，于是晶界面積減小，系統(tǒng)的總能量下降，所以陶瓷燒結(jié)后期晶粒長大的驅(qū)動力是晶界能的減小。晶界上的氣孔以及由于晶界

12、電勢或離子尺寸失配等因素所導(dǎo)致的雜質(zhì)在晶界上的偏析或第二相在晶界上的淀析均會對晶界運動產(chǎn)生牽制作用，在晶界上的第二相削弱了晶界運動的能量，當(dāng)?shù)诙嗨a(chǎn)生的阻力等于彎曲晶界運動的驅(qū)動力時，晶界將停止運動，即晶粒將停止生長而保持在某一極限尺寸值。 （其他答案：3、 均勻形核的臨界晶核來自液相中近程有序排列的原子子集團在液相中可能出現(xiàn)的尺寸最大的原子集團rmax，取決于溫度溫度高，過冷度小時，由于原子的可動性大，只能形成小尺寸的有序原子集團，當(dāng)溫度降低，過冷度增大，原子可動性降落傘低，可以形成較大尺寸的近程有序排列的原子集團。因此需要一定程度的過冷。實際上在臨界過冷度以前，是不形核的。燒結(jié)后期，晶粒

13、大小有所不同，從而曲率半徑也不相同，造成粒子之間存在著化學(xué)位梯度差，使界面向曲率中心移動，從而使小晶粒長成大晶粒。）4怎樣從形貌上區(qū)分攣晶、滑移帶和形變帶？答：先將變形后的樣品表面磨光或拋光，使變形痕跡（攣晶、滑移或形變帶）全部消失。再使用適當(dāng)?shù)母虅└g樣品表面，然后在顯微鏡下觀察。如果看不到變形的痕跡（即樣品表面處處襯度一樣），則該樣品原來的表面形變痕跡必為滑移帶。這是因為滑移不會引起位向差，故表面各處腐蝕速率相同，原來光滑的平面始終保持平面，沒有反差。如果在腐蝕后的樣品表面上重新出現(xiàn)變形痕跡，則它必為攣晶或形變帶，因為攣晶或形變帶內(nèi)的位向是不同于周圍未變形的區(qū)域的，因而其腐蝕速率也不同于

14、未變形區(qū)，故在表面就出現(xiàn)襯度不同的區(qū)域。為了進一步區(qū)別攣晶和滑移帶，可將樣品再進行變形，經(jīng)過磨（拋）光，腐蝕后再在顯微鏡下觀察。如果由于第二次變形而使襯度進一步增加了，則該變形區(qū)就是形變帶；若襯度不變，則變形區(qū)是攣晶。這是因為攣晶和基體的位向差是一定的，不隨形變量增加而增加，而形變帶內(nèi)和帶外的位向差則隨形變量的增加而增加。 （其他答案：4、 先將變形后的樣品表面磨光或拋光，使變形痕跡（孿晶、滑移帶或形變帶）全部消失。選用適當(dāng)?shù)母虅└g樣品表面，在顯微鏡下觀察。如果看不到變形痕跡，即樣品表面處處襯度相同，則該樣品原來的表面形變痕跡為滑移帶，因為滑移不會引起位向差，所以表面各處腐蝕速率相同。如果

15、在腐蝕后的櫚表面上重新出現(xiàn)變形痕跡，則它必為孿晶或形變帶，因為孿晶和形變帶內(nèi)的位向是不同于周圍未變形區(qū)域的，因此其腐蝕速率也不同。進一步區(qū)別孿晶和滑移帶，可將樣品再進行變形，經(jīng)過磨、拋、腐蝕后顯微觀察。如果由于第二次變形而使襯度進一步增加了，則該形變區(qū)為形變帶；若襯度不變，則為孿晶。因為孿晶和基體的位向差是一定的，不隨形變量增加而增加；而形變帶內(nèi)和帶外的位向差則隨形變量增加而增加。）5 鉛在1×105Pa大氣壓、590K下凝固是否為自發(fā)過程？（鉛在600K凝固時放熱4810J/mol，Cp（固態(tài)）32.4-3.1*10-3T,Cp(液態(tài))=23.6+9.75*10-3T）答：方法一：

16、G（H/Te）T, H=-4811.6 J/mol, Te=600K, T=10K,則 G（590K）4811.6×10/60080.2 J/mol （其他答案：5、用G判定算的,貌似detalG>0.非自發(fā)。）6在si基片上上沉積100nm厚的多晶SiC薄膜，怎樣確定其結(jié)構(gòu)、厚度和成分？答：首先，由X光衍射分析，F(xiàn)T-IR，Raman光譜以及XPS譜分析可以判斷薄膜的結(jié)構(gòu)，XRD是晶體的指紋，不同的物質(zhì)具有不同的XRD特征峰（晶面間距和相對強度），對照PDF卡片即可進行定性分析。紅外光譜在材料領(lǐng)域的研究中占有十分重要的地位，是研究材料的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)及其表征的基本手段。具有相

17、同化學(xué)鍵或者官能團的一系列化合物具有近似相同的吸收頻率基團特征頻率。不過，同一種基團處于不同的化學(xué)環(huán)境時，其特征頻率會略有差異。測出薄膜的紅外光譜后，與標準譜對照峰位就可以堅定SiC的結(jié)構(gòu)。測得樣品的拉曼譜以后，對照標準譜就可以確定其結(jié)構(gòu)。XPS是一種研究物質(zhì)表層元素組成與離子狀態(tài)的表面分析技術(shù)。測得XPS譜后，通過與已知元素的原子或者離子的不同殼層的電子的能量相比較，就可以確定未知樣品中原子或者離子的組成和狀態(tài)。另外利用HRTEM也可以觀察薄膜的形貌，并利用電子衍射進行結(jié)構(gòu)的分析。利用EELS（電子能量損失譜）可以觀察物質(zhì)之間鍵的差別，通過比較薄膜的電子能量損失譜和標準的EELS譜就可以判斷

18、薄膜的結(jié)構(gòu)。對于厚度，可以采用XRR（X光反射）技術(shù)，RBS，或者SEM技術(shù)分析薄膜的厚度，對于XRR技術(shù)，一種無損檢測手段，通過相關(guān)公式，編程對實驗測得的反射率曲線進行模擬。直到模擬曲線和測量曲線相差不多?？梢垣@得薄膜的質(zhì)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，可以制備出截面干凈，整齊的SEM截面樣品，通過觀察截面的二次電子圖像或背散射電子圖像，可以得到碳薄膜厚度的信息。由于散射截面與離子發(fā)生散射時的能量E的平方成反比，在靶內(nèi)深度x處被散射的離子由于能量損失具有較低的能量，具有較大的產(chǎn)額。所以，RBS的被展寬的能譜帶有了深度信息。對于厚度較大的樣品，可以通過測量峰的能寬

19、，然后除以阻止截面因子，得到薄膜的厚度（單位是每單位面積內(nèi)的原子數(shù)Nt）。如果要換算成厚度，需要知道材料的體積密度值。對于很薄的的樣品，不能再使用能量寬度的方法計算，而應(yīng)該使用信號積分的方法計算，只要測得了RBS能譜，將窄峰進行積分，得到信號總計數(shù)就可以得到樣品的厚度了。橢圓偏振測量是測量薄膜光學(xué)特性的一種重要手段，橢圓偏振測量技術(shù)是研究兩媒質(zhì)間界面或薄膜中發(fā)生的現(xiàn)象及其特性的一種光學(xué)方法。對于成分分析，可以利用EDS，電子能量損失譜，AES，RBS，SIMS分析其成分，EDS一般為SEM或者TEM的附件，所以在觀察形貌的同時對樣品進行點，線掃描或者面掃描，從而得到其成分的分布。利用AES,S

20、IMS還可以利用離子束進行濺射對薄膜進行沿垂直方向的剝離，從而得到沿薄膜垂直方向上的成分分布。對于RBS，因為阻止截面是一個帶有深度信息的量，所以如果我們將樣品看成許多足夠薄的薄層，認為在同一薄層里阻止截面是一定的，通過模擬我們就可以算出每個薄層中的各個元素的含量，從而得到延深度方向的各元素的分布。 （其他答案：6、也是拿不準,RBS,用溝道譜定結(jié)構(gòu),能譜峰積分定厚度,峰位定成分。）7、在金屬的凝固過程、溶化過程、和固液平衡過程中，吉布斯自由能如何變化？答：純金屬是單組元系，沒有成分變化，其吉布斯自由能主要隨溫度變化，隨著溫度升高，熵增大，一定溫度下H減去相應(yīng)的TS值即可得到吉布斯自由能。吉布

21、斯自由能隨溫度變化的斜率由熵S決定。隨溫度升高，吉布斯自由能下降，單下降的程度，或變化的斜率對固、液相不同，在溫度很低時，吉布斯自由能中TS項可忽略，在H=PV+U中，PV項也可以忽略，故GU, GL=UL,GS=US。由于液相比固相有更高的內(nèi)能，故UL>US,GL>GS.當(dāng)溫度升高，原子排列混亂程度增加使熵增大，TS項增加，吉布斯自由能則隨溫度升高而降低，由于液相原子混亂排列，比固相有更高的熵，相應(yīng)，TSL>TSS，所以液相的G的下降比固相的G下降的更快，因而在一定溫度下相交。在相交溫度Tm處GLGS，液、固相處于平衡狀態(tài)，低于相交溫度GsGL，固相處于穩(wěn)定狀態(tài)；高于相交溫

22、度，GL<GS,液相處于穩(wěn)定狀態(tài)。純金屬液固轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力取決于過冷度，過冷度越大，轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力也愈大。 （其他答案：7、材科p327,那個圖.）8、100nm厚的Ag沉積在Au上，兩者點陣常數(shù)非常接近，4.408nm和4.409nm，（1）多晶Ag對多晶Au；（2）多晶Ag對單晶Au；（3）單晶Ag對單晶Au。上述三種情況下是否可以用XRD測出Ag的存在？ 答: 解答：基體與薄膜同為多晶態(tài)的情況下，普通的X射線衍射方法不能區(qū)分Au與Ag的衍射峰。但是如果采用X射線小角掠射的方法，在一起分辨率足夠高的情況下有可能獲得Ag薄膜單獨的衍射譜。具體解釋如下：根據(jù)給出的點陣常數(shù),可以計算Au (1

23、11)和Ag (111)的面間距以及相應(yīng)的衍射角,具體如下:Au:由布拉格衍射公式可得,n=1時，2=38.2106°Ag: 同上，n1時，2=38.1131°可以看出,兩者(111)晶面對應(yīng)2相差約為0.1°，低于衍射儀的分辨率，所以無法區(qū)分。如果計算兩者高指數(shù)面如（333）面，可以發(fā)現(xiàn)2相差約為0.7°，有可能能夠被分開，取決于峰寬和儀器分別率。由于物質(zhì)對射線均有一定的吸收作用，在入射角度一定時，若射線能量降低而使得穿透深度小于等于100 nm時，理論上只會出現(xiàn)Ag的衍射譜。這和入射角度有很大關(guān)系。上述想法使得我們有可能采用另一個思路，即小角掠射。具

24、體敘述如下：根據(jù)題目的條件，x光的入射波長為1.542埃，可以確定產(chǎn)生x射線的靶為Cu靶。Ag對Cu靶產(chǎn)生的x射線的質(zhì)量吸收系數(shù)為218cm2/g, Ag的密度為10.49g/cm3。通過計算其線吸收系數(shù)為：=218cm2/g×10.49g/cm3=2286.82cm-1=0.2287m-1。X射線強度衰減公式：I=I0exp(-d),其中為線吸收系數(shù)，d為在銀層中經(jīng)過的長度如圖2.1所示。當(dāng)角度很小的時候，x射線會被Ag吸收。導(dǎo)致Au的信號幾乎沒有。我們假設(shè)x射線到達Au層表面的時候由于吸收的影響強度I衰減到了10-5I0時，認為Au不再有反射信號。通過以下計算： I=I0exp(

25、-d)= 10-5 I0 （2-1）將=0.2287m-1代入上式中可以計算得到d=50.3407m。由于厚度是100nm,通過簡單的三角關(guān)系可以求出=0.114°。圖2.1 掠射示意圖綜上，普通的X射線衍射方法不能區(qū)分Au與Ag的衍射峰，但是，采用小角掠射的辦法，=0.114°時，入射的X光由于Ag的吸收，幾乎不能到達Au表面，這樣出來的衍射峰就是Ag的衍射峰。在（111）單晶的Au基片上沉積了一層100nm的多晶Ag薄膜。對單晶基底，倒易點陣的形態(tài)是分立的點；而多晶薄膜的倒易點陣形態(tài)是一系列同心球面。而且由于Au和Ag的點陣常數(shù)相當(dāng)接近，可以認為Au的倒易點處在Ag的倒

26、易球面上。如圖2.2所示。因此對于這道題仍然有兩種思路可以解決。第一種思路是不產(chǎn)生Au的衍射譜?？梢钥紤]兩種方法。方法一類似于第1題，采用小角掠射的方法，固定入射角=0.114°，然后采用單動接收器的掃描方式，可以得到Ag的譜線。方法二可以采用控制衍射角，使Eward球與金的倒易點陣不相交。由于Ag膜是多晶，故總能找到與Eward球的交點，采用固定掠射角，單動接收器的方式即可獲得Ag的衍射譜。另一種思路是產(chǎn)生Au的衍射譜但是不接收，因為Au是單晶，（111）面上沉積有Ag多晶薄膜，故如做theta-2theta聯(lián)動掃描，只會出現(xiàn)（nnn）峰。只要掃描到（nnn）的峰位時，避開Au的信

27、息即可。因此也可以采用兩種方法解決。方法一是步進掃描直接跳過（nnn）峰位，但這樣也把Ag的（nnn）漏掉了。但是可以獲得Ag的其它峰位。 方法二是在靠近（nnn）峰位時繞接收器所在平面與樣品表面交線旋轉(zhuǎn)一定角度，讓Au的（nnn）倒易點遠離愛瓦得球，但由于Ag的（nnn）是倒易球，具有球?qū)ΨQ特性，旋轉(zhuǎn)后Ag的衍射信息依然存在（強度會略有變化）。單晶Au對單晶Ag與第一問相似。9、一橫向排列的原子鏈，電子以垂直紙面的方向入射，問能得到何種圖像，為什么？（單晶為衍射點陣，多晶為衍射線）答：設(shè)有一排原子，原子間距為a如圖（1.2），這排原于可看作是點衍射柵。把原子聯(lián)線稱為軸線，設(shè)入射電子與軸線的交

28、角為?？紤]與軸線為角的散射，如圖所示，則當(dāng)路程差等于波長的整數(shù)倍時，即 （1.1）圖（1.2）一維散射體散射路程差散射波互相增強，這就是衍射條件。當(dāng)電子束垂直入射如圖（1.3）（a），即則衍射條件為，衍射條件為： （1.2）上式表明衍射方向處在與軸線成的圓錐面上如圖（1.3）（b）。如果熒光屏位于電子槍的同一方，而且是以衍射柵為球心的一個球面如圖（1.4）（b），則衍射圓錐和熒光屏的交線是一組直線如圖（1.4）（a），即衍射圖案是一組平行直線，直線的間距為，r是熒光屏半徑。這些直線與軸線方向垂直，直線間距與原子間距a成反比。圖（1.3）一維衍射柵產(chǎn)生的散射圓錐圖（1.4）(a)散射圓錐和熒光屏

29、的交線（b）熒光屏上衍射圖案圖（1.4）(a)散射圓錐和熒光屏的交線（b）熒光屏上衍射圖案10、統(tǒng)計熱力學(xué)課件中U公式的推導(dǎo)，Cv公式的推導(dǎo)（U在等壓條件下對T求偏導(dǎo)）。本題答案請參照徐祖耀編寫的材料熱力學(xué)P13-P152006年4月資格考試一， 選擇1、 兩種物質(zhì)發(fā)生純固相反應(yīng)一定是：A吸熱反應(yīng)B放熱反應(yīng)C置換反應(yīng)D無熱效應(yīng)的反應(yīng)2、 陶瓷材料燒結(jié)后期發(fā)生_傳質(zhì)過程，能使燒結(jié)體強度增大而不產(chǎn)生體積收縮；而發(fā)生_傳質(zhì)過程，能使燒結(jié)體強度增加并發(fā)生體積收縮。A蒸發(fā)-凝聚 B體積擴散 C粘性流動 D表面擴散3、 在置換式固溶體中，原子擴散的方式一般為：A原子互換機制B間隙擴散C空位機制4、 無外力

30、作用下，在FCC中的位錯反應(yīng)：1/6112+1/6110 1/3111將_進行A向左B向右 C不能反應(yīng)二， 氧化物陶瓷片A上需要涂一層金屬B，一般將金屬在一定高溫下融化為液相而涂覆在瓷片上。為了保證土層效果，液相金屬與固相氧化物陶瓷間必須具有良好的濕潤性。已知1000下氧化物陶瓷A的表面張力為1.0J/m2，液態(tài)金屬B的表面張力為0.9J/m2，氧化物陶瓷A（固相）和金屬B（液相）的界面能為1.77J/m2三， 有一根單晶Mg棒（Mg為HCP結(jié)構(gòu)，c/a=1.62），軸向為0001，在室溫條件下沿軸向壓縮，請分析可能的形變方式，并在晶胞圖上畫出任一組的孿生四要素，并標出指數(shù)。四， Al合金時效

31、處理時往往先析出亞穩(wěn)相，在熱力學(xué)和動力學(xué)理論基礎(chǔ)上討論未析出平衡相的原因。不少沉淀相與母相基體之間存在特定的位相關(guān)系，試分析這種位相關(guān)系的產(chǎn)生原因。五， 判斷題，并從熱力學(xué)角度給出理由：1、 在等溫、等壓條件下，合金處于熱力學(xué)平衡條件；2、 材料的熵從不減少；3、 系統(tǒng)與環(huán)境的內(nèi)能在不可逆過程中不守恒；4、 純金屬在常壓下溶化時一個吸熱過程，液態(tài)熵大于固態(tài)的熵；5、 按照系綜的統(tǒng)計方法，宏觀量是組成系綜所有微觀量的平均值。六， 在絕熱的高壓容器中，假設(shè)一定量的鋁由溫度為600K，1個大氣壓緩慢（準靜態(tài)）變化到100個大氣壓，分析：1、 熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)（S，U，H，F(xiàn)，G）的變化趨勢；2、 溫度

32、的變化趨勢如果由100個大氣壓突然減少到1個大氣壓，熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)如何變化？七， 體系在準靜態(tài)的恒溫、恒壓過程中，應(yīng)變場、電場以及磁場等對體系做功，對體系的自由能產(chǎn)生很大的影響，1、 證明：dG=W（外力功）；2、 在電場作用下非晶態(tài)玻璃熱處理研究發(fā)現(xiàn)，電場對玻璃分相和晶化的影響與玻璃的介電常數(shù)有關(guān)，定性分析產(chǎn)生的原因（電場作用下單位體積的極化功為1/2E2）八， 我們知道單晶衍射線的強度同多晶比較要大得多，利用x射線衍射分析一塊Si（111）單晶樣品時（厚度為c，長度為a，寬度為b），我們會在228°左右獲得很強的（111）衍射線。假設(shè)實驗時x射線完全覆蓋該樣品，當(dāng)把該樣品（厚度不

33、變，沿著長度和寬度的方向均分切割）分成相等的四塊。請問：1、 此時該樣品的（111）線的衍射強度同分割前有什么關(guān)系？why？2、 如果這四塊小樣品沿著（111）法線方向分別轉(zhuǎn)動了一個小角度（1不動；2順時針轉(zhuǎn)動5度；3順時針轉(zhuǎn)動10度；4順時針轉(zhuǎn)動15度），此時（111）線的衍射強度同分割前，以及分割為轉(zhuǎn)動時比較，關(guān)系如何？九， 假設(shè)在單晶Si（111）基片上沉積了一層約100nm厚的GaN多晶薄膜，如何分析這層GaN薄膜的結(jié)構(gòu)、厚度、成分？如果是100nm后的外延薄膜，如何分析薄膜與基片之間的位相關(guān)系？給出一種具體的分析方案。十， 利用透射式電子顯微鏡（TEM）的選區(qū)電子衍射（）可以分析材料

34、的晶體結(jié)構(gòu)。對于一定厚度的多晶薄膜，其衍射花樣是連續(xù)的衍射環(huán)，對于一定厚度的單晶薄膜，則會形成衍射斑點。如果我們分析的對象是一條無限長的原子鏈時，在底片上會形成什么樣子的衍射花樣？請定性畫出并解釋為什么2006年11月資格考試暫缺2007年4月資格考試1， 填空1) FCC配位數(shù)，致密度，堆疊順序，密排面，密排方向2) 原子擴散的驅(qū)動力？固溶體中一般擴散機制3) 過冷度增大，形核率_形核功_臨界形核尺寸_析出晶粒尺寸_強度_2,二元共晶相圖分析1) 分析2曲線冷卻至室溫過程，并畫冷卻曲線2) T1和室溫下合金2的組織和相成分，相對含量3) 繪出2）中兩種溫度下的顯微形貌4大多數(shù)單組元金屬在進行

35、加熱相變過程中易發(fā)生由密排結(jié)構(gòu)到疏排結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，為什么？5材料發(fā)生液->固相變過程中若體積增大或減小，對熔點有何變化？（條件記得不完全了）6鈣鈦礦室溫下為正交晶系（1atm），在高溫（T1），高壓（P）下轉(zhuǎn)變成三方晶系，試分析其熱力學(xué)依據(jù)。7選擇題1) xrr可用來分析？2) 紅外和拉曼常用來分析？3) 光電子能譜常用來分析？8CNT可看作是卷起來的石墨片，請定性畫出當(dāng)電子束分別垂直入射在CNT和石墨片上所得的衍射花樣，并分析其相同與不同之處。9有報道顯示CaB有超過室溫的居里溫度下鐵磁性，后經(jīng)研究證實該鐵磁性是由于一定量的Fe雜質(zhì)引起的，請設(shè)計一套實驗方案來驗證以上結(jié)論。2007年11

36、月資格考試暫缺2008年春資格考試1. 綜述材料增強方法比較；2. 高品質(zhì)透明氧化鋁的制備方法要點和結(jié)構(gòu)要點；3. 簡立方薄膜的LEED衍射斑點。 重構(gòu)4. 固體相變的熱力學(xué)分析；5. 熱力學(xué)常數(shù)就哪些？分別的物理化學(xué)意義是什么？6. 固溶體的兩種缺陷，其分別在功能材料和結(jié)構(gòu)材料中的應(yīng)用。7. 畫薄膜的XRD的衍射花樣；衍射線數(shù)目。8. 二元相圖（杠桿原理）共晶9. XPS分析10. 立方晶系中畫出（110）位錯2008年11 月資格考試單組元材料系統(tǒng)加熱過程中，常發(fā)生密排結(jié)構(gòu)到疏排結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，分析其原因。鋼的轉(zhuǎn)變符合這一規(guī)律嗎？2. 熱力學(xué)過程參量和狀態(tài)參量分別有哪些，與材料的微觀組織變化有

37、什么聯(lián)系。3. 用統(tǒng)計熱力學(xué)的知識，解釋馬氏體相變發(fā)生原因。4. 純金屬的點缺陷主要什么形式存在，試述其形成的主要途徑。5. 滑移帶，機械孿晶，退火孿晶和拋光殘留滑痕，如何在光鏡下區(qū)分。6. 金屬中加入硬質(zhì)顆粒，對金屬的塑性變形、再結(jié)晶和強度有什么影響。7. 從Ag-Cu相圖分析，制造銀幣為何不用純銀，而用92.5wt%Ag-7.5wt%Cu。8. 如何用X射線衍射法確定晶體的滑移面。9. 樣品-衍射儀聯(lián)動（-2聯(lián)動），樣品單動，衍射儀單動等方式，其分析原理和應(yīng)用范圍。10. 給了XRD譜及峰位，分析晶體結(jié)構(gòu)和晶胞參數(shù)。2009年資格考試暫缺2010年資格考試1. 畫出BCC結(jié)構(gòu)的一個密排方向

38、，以及包含這個方向的兩個晶面，并說明這兩個晶面與該方向的關(guān)系。2. FCC結(jié)構(gòu)中原子的堆垛為ABCABC，寫出以下過程的原子堆垛方式(1) 孿生后；(2) 肖脫基不全位錯；(3) 正弗蘭克不全位錯；(4) 負弗蘭克不全位錯；(5) FCC到HCP的相變過程。3. 屈服現(xiàn)象的三條曲線(1) 解釋三條曲線屈服現(xiàn)象的原因以及2、3曲線屈服點上升的原因；(2) 屈服現(xiàn)象對材料強化的意義；(3) 舉例說明該現(xiàn)象的應(yīng)用。4. 菲克第二擴散定律的表達式，各項的物理意義，特殊解，舉一例說明具體應(yīng)用。5. 推導(dǎo)Gibbs自由能與有效功之間的關(guān)系，6. 溫度由T1變?yōu)門2，壓強有P1變?yōu)镻2過程中的，dU=7.

39、Al-Zn合金在高溫下為單向固溶體，在300時不穩(wěn)分解為富含Al的相和富含鋅的相，分析在300時影響自由能的因素，畫出Gibbs自由能成分曲線，該合金能發(fā)生有序無序相變嗎？8. Co靶的K1（=0.17928nm），某材料？BCC結(jié)構(gòu)，a=3.17*nm，分析可能出現(xiàn)的衍射線。9. X射線衍射能夠分析材料的塑性變形，設(shè)計實驗方案表征滑移面。10. 宏觀應(yīng)力和微觀應(yīng)力均對晶面間距產(chǎn)生影響，試具體分析之，微觀應(yīng)力的大小、宏觀應(yīng)力的大小和方向?qū)ρ苌渚€產(chǎn)生什么影響？2011年4月資格考試1.-Fe和-Fe轉(zhuǎn)變體積變化、原子大小變化？從擴散角度解釋滲碳過程。2.金屬中的各種缺陷？對材料性能影響？3.擴

40、散，晶體結(jié)構(gòu)、溫度、缺陷對擴散的影響？4.柯氏氣團？對金屬有什么影響？5.各種過程的U、H、S、F、G變化（大于0、小于0、等于零或無法判斷）    等溫絕熱自由膨脹過程、熱輻射.過程、。（記不太清了，四個）6.-Fe至-Fe轉(zhuǎn)變與正常不一樣，從疏排到密排結(jié)構(gòu)，從熱力學(xué)解釋原因7.釹鐵硼快冷薄片鑄錠，相比平衡冷卻，能夠避免晶界偏析、成分均勻的原因8.衍射儀使用時有-2連動，只動試樣-不動探測儀（掃描），不動試樣-只動探測儀，說明這些方法的特點和用途。9.請設(shè)計一種方法利用布拉格定律測定X光譜。10.用勞埃法得到點陣常數(shù)為0.4nm的立方晶系的單晶體，0-10為光的

41、入射方向，-100為晶體表面的豎直方向，001為水平方向。晶體距離底片為5cm。（1）求(-3-10)發(fā)生一次衍射的X光波長；（2）（-3-10）衍射斑在照片上的位置。2012年3月資格考試1 面心立方（-1 1 1）面有哪些全位錯，若這些位錯為螺位錯，則位錯可沿那個面進行滑移和交滑移？2固相燒結(jié)液相燒結(jié)的特點類型，相同與不同之處3求理想混合溶液的U, H,V,S,G,F與濃度的關(guān)系4實際溶液的G與濃度的關(guān)系并作圖說明5證明-（G）TP=W6晶粒長大和二次再結(jié)晶，引起二次再結(jié)晶的原因，如何防止7實際構(gòu)件經(jīng)常使用多相合金，為什么不用單相合金8Al-Ni 合金退火前后的d（A）值退火前 - - 2.074 1.799 - - - 1.265 1.078 1.022 0.893退火后 3.6 2.547 2.074 1.799 1.603 1.461 1.265 1.078 1.022 0.893分析退火前后晶體結(jié)構(gòu)以及點陣參數(shù)的變化。9 正空間與倒易空間的概念和物理意