复试题目Word版

2003年材料学院复试笔试题目
适用专业：材料学、材料物理与化学、材料加工工程
1、简述材料科学与工程的定义、材料的分类以及材料在国民经济建设中的地位和作用。

答：材料科学与工程就是研究材料的组成，结构，制备工艺流程与材料用途关系的知识及应用。

它是一门应用基础科学，它既要探讨材料的普遍规律，又有很强的针对性。

材料科学研究往往通过具体材料的研究找出带有普遍性的规律，进而促进材料的发展和推广使用。

(2)材料的分类：①按组成、结构特点进行分类：分为金属材料，无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。

②从其发展过程上，可分为传统材料和新型材料，它们是互相依存，互相促进，互相转化，互相替代的关系。

传统材料的特征为：需求量大，生产规模大，但环境污染严重；而新型材料是建立在新思路、新概念、新工艺、新检测技术的基础上，以材料的优异性能、高品质、高稳定性参与竞争，属高薪技术的一部分；投资强度较高，更新换代快，风险性大，知识和技术密集程度高，一旦成功，回报率也较高，且不以规模取胜。

③从其使用性能分类：分为结构材料和功能材料。

结构材料则主要利用材料力学性能；而功能材料主要利用材料物理和化学性能。

④按用途进行分类：分为航空航天材料、信息材料、电子材料、能源材料、生物材料、建筑材料、包装材料、电工电器材料、
机械材料、农用材料、日用品及办公用品材料。

(3)各自特点：①高分子材料：是通过若干高分子链聚集以及高分子链与其他添加组分的相互作用而构成。

分子量大，质轻；优良的加工性能，导热系数小，化学稳定性好，电绝缘性好；功能的可塑性好，出色的装饰性，但易老化；可以延压成膜、纺制成丝，可制成各种形状的构件，可产生巨大的粘接力及巨大弹性等。

②金属材料：有金属元素或以金属元素为主形成的，并具有一般金属特性的材料称为金属材料。

一般具有金属光泽，具有良好的导电性，导热性，延展性及塑性；具有良好的强度和韧性，熔点较高。

③无机非金属材料：传统上主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等四大类，其主要化学组成均为硅酸盐类物质。

具有高熔点，高强度，高硬度；耐腐蚀，耐磨损，抗氧化等，以及宽广的导电性，隔热性，透光性；良好的铁电性，铁磁性，压电性。

④复合材料：是由有机高分子、无机非金属或金属与几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型多相固体材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具有的性能。

比重小，比模量和比强度大；具有优良的化学稳定性，自润滑；耐热，耐疲劳，耐蠕变，电绝缘性好等特点。

地位和作用：①在人类发展的历史长河中，材料起着举足轻重的作用，人类对材料的应用一直是社会文明进程的里程碑。

②材料与能源、信息一道被公认为现代文明的三大基础支柱。

材料的发展创新是先进社会的先导，现代工业和现代农业发展的基础，也是国防现代化的保证。

材料科学的发展不仅是科技进步、社会发展的物质基础，
同时也改变着人们在社会活动中的实践方式和思维方式。

由此极大地推动了社会进步。

2、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。

(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
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。

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.
其特点有: 1.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.2.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.3.电池的本题的负荷反应性能好,可靠性高. （4）碳纳米管
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.
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:
1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.
2电学性能利用其结构中空的特点,可作为制造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.
3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.
3、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。

1、微米尺度形貌观察:光学显微镜、扫描电子显微镜SEM
2、纳米尺度形貌观察:扫描电子显微镜SEM、原子力显微镜AFM、
扫描隧道显微镜STM、透射电镜TEM
3、结构测定：拉曼光谱、低能电子衍射LEED、红外光谱分析IR、X 射线衍射XRD、核磁共振波普NMR
4、化学成分分析:电子探针EPMA、俄歇电子能谱AES、X射线光电子能谱分析XPS
4、针对你拟选报的研究方向，做一个三年的研究计划。

一年级，主要目标是学习好各门基础课程，因为以后的学习和工作需要基础理论知识的支持。

多补充前沿知识，正确且能够较为全面的了解新的知识，关注水泥混凝土学界的前沿动态。

多读著作，期刊，论文。

弄清楚自己所缺乏的知识，抓紧时间补充；另一个要求是不放弃学习英语，努力把英语提升到新的高度。

在此期间，多和导师沟通；并进一步熟悉实验室里的情况。

有可能的话，尽早的进入到实验室进行学习和工作。

二年级。

经过一年的学习之后，明确自己的研究方向，研究选题并进行论文材料的收集与开题的写作，进一步深入了解该领域的知识及相关产业状况，定出号的论文框架。

在此之间，尽自己努力，在导师的帮助下写出2篇论文发表。

尽可能争取更多的机会到建筑工地或工厂进行实地学习和演练。

三年级，主要是完成自己的论文写作和论文答辩。

还有一方面就是择业思考。

在这一年中，争取努力完成导师交给我的任务。

在做好自己的本分学习和工作之余，多到实地进行实践和考察，进一步夯实在经济的所学知识和技术。

总之，要珍惜自己的三年研究生时光，学有所成。

在校期间，多听专家的讲座，了解实时动态，要时刻具有危机意思，使自己的研究生生涯更加丰富，更加充实。

5、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。

(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%。

(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，PECVD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。

1.根据你拟选报的研究方向，写一份课题研究计划。

水泥粉煤灰稳定基材的设计与研究
选题的目的和意义：高速公路路面基层是直接位于沥青面层下、用高质量材料铺筑的主要承重层或直接位于水泥混凝土面板下、用高质量材料铺筑的一层。

基层可以是一层或两层，可以是一种或两种材料。

背景：目前，我国用于基层建设的材料主要是二灰稳定粒料和水泥稳定粒料。

水泥稳定粒料具有承载力高，水稳性和冰冻稳定性好，具有较强的抗冲刷能力，与下封层有较好的粘结力，施工方便等优点，但也存在收缩性大，易产生裂缝等缺陷。

而基层一旦开裂，不仅影响到基层的整体性和承载能力，而且反射到沥青砼面层，出现反射裂缝并可导致沥青路面结构破坏。

二灰稳定粒料具有后期强度高，收缩系数小，板体性好，水稳性、抗冻性较好，且能大量利用工业废料（粉煤灰），经济性好等优点。

但同时也存在早期强度低，施工进度受到限制，表面松散起灰，不利于层间结合，耐冲刷性一般，影响耐久性等缺点。

研究目标：本文将通过不同的设计方法设计出水泥粉煤灰稳定粒料这一基层材料的最佳配合比，并且研究原材料的基本品质对于这一基层材料强度性能的影响，同时对比研究了几种不同稳定材料（特别是水泥石灰粉煤灰稳定材料）技术、经济、环境性能。

为水泥粉煤灰稳定粒料这一基层材料的应用提供了基础与应用，对我国高速公路的建设和固体废弃物的综合利用将起到很到的推进作用。

主要研究内容包括四个方面：水泥粉煤灰稳定粒料路面基层材料的配合比设计；原材料品质对该种路面基层材料强度性能的影响；几
种路面基层材料的性能比较；水泥粉煤灰路面基层材料在工程上的应用。

1.结合可持续发展的角度,谈谈产业与能源,环境之间的关系.
材料与环境之间存在着交互关系：一方面，材料的性能和使用效能在很大程度上受环境的影响，如有些材料在一般环境下的性能好，而在腐蚀介质下性质却下降显著；另一方面，材料的生产、使用和报废又对环境产生巨大的影响，由此造成了资源和能源的极大浪费、环境的严重污染，不利于经济与社会的可持续发展。

对材料的生产和使用而言，资源消耗是源头，环境污染时末尾，三者之间存在着密不可分的关系。

材料的可持续发展战略是一个多学科、多部门联合作战的复杂系统工程，最主要是建立“生态工业园区”，因此，生态环境材料的出现不仅是材料本身发展的要求，而且是从整个地球环境、社会发展、人类生存出发，对材料产业提出的要求。

绿色化学也是现代材料研究的热门问题，它从源头上消除污染，合理利用资源和能源，降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。

为了能更好地解决材料所需要的大量能源，能源材料的研究成为人类可持续发展的重要战略。

如能源转换材料等。

因此，材料产业的发展必须走与能源、资源、环境相协调的道路才是可持续发展的。

“生态环境材料”是材料科学与工程的必然趋势。

为了经济和社会的可持续发展，必须改变过去研发、应用材料的活动，只单纯考虑功能性、经济二因素原则的发展思路，探究具有三个指标（功能性、经济性、环境性）的材料及其制品。

1、什么是材料科学与工程？它有什么特点？
材料科学与工程就是研究材料的组成，结构，制备工艺流程与材料用途关系的知识及应用。

它是一门应用基础科学，它既要探讨材料的普遍规律，又有很强的针对性。

材料科学研究往往通过具体材料的研究找出带有普遍性的规律，进而促进材料的发展和推广使用。

材料科学与工程的特点：(1)材料科学是多学科交叉的新兴学科。

(2)材料科学与工程技术有不可分割的关系。

材料科学是研究材料的组织结构与性能的关系，从而发展新材料，并合理有效地使用材料；但是材料要能商品化，要经过一定经济合理的工艺流程才能制成，这就是材料工程。

(3)材料科学与工程有很强的应用目的和明确的应用背景，这和材料物理有重要区别。

1.按照材料特性，可将材料分成金属材料，无机非金属材料和有机高分子材料三类，请概括介绍三类材料各自的基本特性？
①高分子材料：是通过若干高分子链聚集以及高分子链与其他添加组分的相互作用而构成。

分子量大，质轻；优良的加工性能，导热系数小，化学稳定性好，电绝缘性好；功能的可塑性好，出色的装饰性，但易老化；可以延压成膜、纺制成丝，可制成各种形状的构件，可产生巨大的粘接力及巨大弹性等。

②金属材料：有金属元素或以金属元素为主形成的，并具有一般金属特性的材料称为金属材料。

一般具有金属光泽，具有良好的导电性，导热性，延展性及塑性；具有良好的强度和韧性，熔点较高。

③无机非金属材料：传统上主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等四大类，其主要化学组成均为硅酸盐类物质。

具有高熔点，高强度，高硬度；耐腐蚀，耐磨损，抗氧化等，以及宽广的导电性，隔热性，透光性；良好的铁电性，铁磁性，压电性。

④复合材料：是由有机高分子、无机非金属或金属与几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型多相固体材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具有的性能。

比重小，比模量和比强度大；具有优良的化学稳定性，自润滑；耐热，耐疲劳，耐蠕变，电绝缘性好等特点。

1.什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？
材料科学与工程四要素为: 组成与结构,合成与生产过程, 性能, 使用效能。

材料科学与工程的特点属性：
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.
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.
3材料科学有很强的应用目的和明确的应用背景；切其是处于发展中的学科，材料科学没有象力学,电学那样完整的学科体系,是一门处于不断发展之中的学科.
1.何谓材料科学的六面观？并叙述一下现代的材料观？
材料六面观：材料的组成，结构，性质，价格和工艺，使用，环境。

现代材料观：材料的组成、结构决定材料的性质，性质是结构的外在反映，对材料的使用性能有决定的影响，而使用性能与材料的使用环境有密切的关系。

现代的材料观应建立在遵循材料的使用性能，工艺性能，经济性能，环境协调性能之上。

使用性能。

使用性能是指材料在使用过程中能够安全可靠的工作所必需具备的性能，包含力学性能，物理性能，化学性能。

对所选材料的性能要求是在对器件工作条件及失效分析的基础上提出的，这样才可达到高品质的目的。

工艺性能。

工艺性能是指材料在不同的制造工艺条件下所表现出的承受加工的能力，它是物理，化学和力学性能的综合。

工艺性能的好坏直接影响材料的质量和寿命。

经济性能。

在满足器件性能要求前提下，选择时应考虑材料的价格，加工费和国家资源等。

环境协调。

地球是所有材料的来源和最终归宿。

人类社会要实现可持续发展，在原材料的获取、材料的制备与加工、材料服役及材料废弃等材料循环周期内，必须考虑环境负荷及环境协调。

此外，现代的材料观也应建立在研发功能材料，智能材料和高性能材料的发展基础之上，为人类文明发展做出更大贡献。

一、测试方法
在某次外空探险中，得到一块块状物体，请你借助现代分析测试手段对其进行下列研究测试：（1）物体的密度、硬度；（2）有机物、
无机物的百分比；（3）物体的微观形貌；（4）无机物的化学组成；（5）有机物的组成
1、物体密度：比重计；
硬度：洛氏硬度试验、布氏硬度试验
2、有机物与无机物百分比测试：气相色谱法GC
3、物体的微观形貌：原子力显微镜AFM、扫描隧道显微镜STM、透射电镜TEM
4、无机化合物组成：原子吸收光谱法、电子探针EPMA
5、有机物的组成：高效液相色谱法HPLC、质谱分析、红外光谱分析IR
1、简单叙述无机非金属材料生产过程的共性，并列举一种无机
非金属材料的生产流程。

无机非生产共性及流程举例
共性：原料及其预处理-->组成及配料计算-->配合料的制备与加工-->煅烧、融化与烧成-->冷却-->制品及及加工
水泥流程：石灰质原料、粘土质原料、校正原料(配料，磨细)--->生料(煅烧，温度达1450度)--->熟料(加石膏、混合材料)(磨细)——>水泥
1、铁电陶瓷、压电陶瓷、热敏陶瓷等都属于功能陶瓷材料，请举例说明一种你
熟悉的功能陶瓷材料的基本概念、结构特点、应用领域，介绍该功能陶瓷材
料的主要参数（含主要参数的名称和意义，2个参数即可）
2、从聚合物的链结构和聚集态结构论述高分子材料结构与性能的关系。

45号钢在热加工后，发现其金相中的铁素体（F）与珠光体（P）呈带状分布，请说明这种组织产生的原因，可以采取什么方法消除？请制定相应的工艺。

3、影响金属塑性和变形抗力的因素有哪些？他们是如何影响的？
4、影响金属塑性的因素主要有：
1，化学成分及组织的影响；2，变形温度；3，变形速度；4，应力状态。

5、无机非金属材料:
结构分为晶体结构和非晶态结构。

非晶态结构为近程结构和远程结构。

在晶体结构上，无机非金属材料的晶体结构远比金属的复杂，并且没有自由电子；具有比金属键和共价键更强的离子键和混合键。

晶体结构分为无机化合物晶体结构（AX,AX2,A2X3,ABO3,AB2O4型等）和硅酸盐晶体结构（岛状，链状，层状，架状，组群状）。

性能特点：传统上主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等四大类，其主要化学组成均为硅酸盐类物质。

具有高熔点，高强度，高硬度；耐腐蚀，耐磨损，抗氧化等，以及宽广的导电性，隔热性，透光性；良好的铁电性，铁磁性，压电性。

发展方向：1、向生态和可持续方向发展。

目前，许多国家正在进行生态城市的建设，推广建筑节能技术材料，使用可循环材料等。

2、向节能降耗方向发展。

选择资源节约型，污染最低型，质量效益型，科技先导型的发展方式已成为必定趋势。

水机工业，玻璃工业，陶瓷工业的生产线都有大型化趋势，这样可以提高产品质量，降低能源消耗和环境污染。

3、向智能化
发展。

建筑的智能化要求建筑材料的支持，这样就使材料更加智能化。

4、向着复合化、多功能化发展。

复合材料具有单一材料无法满足的使用性能。

高分子材料：
结构:链结构和聚集态结构。

链结构分：近程结构（化学组成，分子构造，分子链的构型等）和远程结构（分子链的大小及空间形态）。

聚集态结构分：三级结构（晶态结构，非晶态结构，液晶态结构，取向态结构）和高级结构。

性能特点：①高分子材料：是通过若干高分子链聚集以及高分子链与其他添加组分的相互作用而构成。

分子量大，质轻；优良的加工性能，导热系数小，化学稳定性好，电绝缘性好；功能的可塑性好，出色的装饰性，但易老化；可以延压成膜、纺制成丝，可制成各种形状的构件，可产生巨大的粘接力及巨大弹性等。

发展方向：1、高分子材料改性与高性能化。

现有的高分子材料已有很高的强度和韧性，某些品种甚至已经超过钢铁，但从理论上计算，还有很大潜力。

另外进一步提高耐高温，耐老化等方面的性能是高分子材料发展的重要方向。

2、高分子无机纳米复合。

高分子无机纳米复合明显提高体系的各种物性，如结晶速率，力学性能，功能性能等。

不需使用新型物质，是节约资源型复合。

3、功能化。

功能化是高分子材料科学中充满活力的新领域，目前处于发展初期，但研究十分活跃且广泛。

包括电磁功能高分子材料，催化功能高分子材料等。