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1、第一章1 单晶体主要特性及应用领域：单晶生长方法的分类？单晶体经常表现出电、磁、光、热等方面的优异性能（各向异性）广泛现代工业的诸多领域，如单晶硅，加工业所需的金刚石，精密仪表和钟表工业需要的红宝石做轴承。生长方法：气相生长，溶液生长，熔体生长，固相生长。2 什么是气液固（VLS)生长法？举例说明其实际应用。VLS 法：从气相析出固相的过程中是通过溶液作为媒介的。生长金刚石晶须适用：难以从液相或熔体中生长的材料，IIVI 族化合物和磷化硅。3 溶液生长的方法分为哪几种？它们依据的基本原理是什么？何谓水热生长法？试阐述 -水晶生长的基本过程、关键设备，优缺点及应用溶液生长的方法：降温法 蒸发法
2、凝胶法 水热生长法降温法基本原理：利用物质较大的正溶解度温度系数逐渐降低温度，析出的晶体不断在晶体上生长蒸发法基本原理：将溶剂不断蒸发减少，从而使溶液保持过饱和状态，晶体便不断生长。凝胶法原理： 以凝胶作为扩散和支持介质，使一些在溶液中进行的化学反应通过凝胶扩散缓慢进行，使溶解度较小的反应物在凝胶中逐渐形成晶体的方法。水热生长法：是一种在高温高压条件下的过饱和水溶液中进行结晶的方法。 -水晶（-SiO 2）生长的基本过程： SiO2（液）1713 四方 1478正交 870六方573立方（-SiO 2）关键设备：特制的高压釜优点：生长低温固相单晶：高粘度材料，高蒸汽压材料，晶体形状完美，热应力
3、小，宏观缺陷少等。缺点：需要特定的高压釜和保护措施，需适当大小优质籽晶。生长过程不能观察，生长速率慢时间长4 熔体的生长法有哪些？它们依据的原理，适用范围，优缺点及应用？熔体生长发：（1）正常凝固法：晶体提拉法 坩埚移动法泡生法 弧熔法（2）逐区熔化法：水平区熔法 垂直曲熔法 基座法 焰熔法 凝固法基本原理：将晶体物质加热到熔点以上熔化，然后再一点温度梯下进行冷却，用各种方式缓慢移动固液界面，使熔体逐渐凝固成晶体。凝固法适用范围：现代电子和光电子技术应用中所需的单晶材料，如：硅（Si），砷化镓（GaAs ）晶体提拉法的生长过程：原料在坩埚中加热融化：坩埚上有一根可旋转和升降并通水冷却的提拉杆，
4、杆的下端有一个夹头，其上装有一个籽晶，降低提拉杆，使籽晶插入熔体中，只要熔体温度适中，籽晶既不融化也不长大，缓慢向上提拉和转动籽晶杆，同时缓慢降低加热功率，籽晶逐渐长粗，小心调整加热功率就能得到所需直径的晶体。晶体提拉法优点：生长速率快，晶体纯度高，晶体完整性好等。晶体提拉法缺点：一般要用坩埚做熔器，导致熔体不同程度上的污染。当熔体中含有易挥发物时，则存在控制组分的困难，适用范围有一定的限制。晶体提拉法适用：没有破坏性相变，又有较低的蒸汽压或离解压的同成分熔化的化合物或纯元素是熔体生长的理想材料，可获得高质量的单晶体。坩埚移动法优点：1.可把原料密封在坩埚里，减少会发造成的泄露和污染，使晶体成
5、分易控制 2.操作简单，可生长大尺寸的晶体，易实现程序化生长 3.可同时多块生长，工作效率高坩埚移动法缺点：1.不适合生长冷却时体积增大的材料。 2.晶体生长过程中直接与坩埚接触，在晶体中引入较大的内应力和较多杂质 3.若该法中采用籽晶法，既要保证籽晶在高温区不完全熔融，又部分熔融以进行完全生长，不好控制 4.生长过程难于观察，生长周期也较长坩埚移动法适用：生长碱金属和碱土金属的卤族化合物，如 CaF2。坩埚移动发主要设备：特定结构的坩埚热；梯度单晶炉逐区熔化法基本原理：熔区被限制在一段狭窄范围内，熔区向多晶原料方向移动，生长是靠晶体生长和多晶材料的消耗来实现的。水平区熔法的优点：减少坩埚对熔
6、体的污染，降低了加热功率，且可反复进行，提高了晶体纯度或使掺杂均匀。垂直区熔法的优点：不需要坩埚，可减少坩埚造成的污染。 应用;常用于生产半导体材料：如集成电路用的高纯而完整的硅单晶。第 2 章：1. 非晶态材料的分类与特性：分类：1、非晶态合金 2、非晶态半导体 3、非晶态超导体 4、非晶态高分子材料。 特征：1、高强度、高韧性 2、抗腐蚀性 3、软磁性 4、超导电性。2 何为非晶态？微观结构特征是什么？ 答：非晶态定义：传统定义指不同方法获得的以结构无序为主要特征的固体物质状态。 一般认为：组成物质的原子 分子的空间排列不是周期性平移对称性，晶态的长程有序受到破坏，只有由于原子间的相互关联
7、作用，使其在几个原子间的小区间内任然保持形貌和组分的某些有序特征而具有短程有序，这类特殊物质状态统称为非晶态。微观结构特征：1、只有小区间内的短程有序 2、衍射试样上没有表征结晶态的任何斑点和条纹，电镜看不到晶粒、晶界、晶格缺陷等形成的衍射反差。3 试述非晶固体的形成条件？ 答：1、晶核形成的热力学势垒 G*要大，液体中不存在成核杂质。 2、结晶的动力学势垒要大，物质在 Tm 或液相温度处的粘度要大。3、在粘度与温度关系相似的条件下，Tm 会液相温度要低。 4、原子要实现较大的重新分配，达到共晶点附近组成。4.说明非晶态材料的制备原理方法与特点？制备原理：获得非晶最根本的条件是有足够快的冷却速
8、度，要达到一等的冷却速度需要特定的方法与技术。解决两个技术关键 1.必须形成原子或分子的混乱排列状态。2.将非晶态这种热力学亚稳态在一定温度范围内保存下来基本原理：气相液相晶体非晶体获得大块非晶体，设法降低熔体的临界冷却速度 Rc方法：1 粉末冶金法 2 气相直接凝聚法 3 液体急冷5.何为粉末冶金法，气相直接凝聚法，液体急冷法？粉末冶金法：先用液相急冷法获得非晶粉末或用液相粉末法获得非晶带破碎成粉末，利用粉末冶金法将粉末压制成粘结成型，再经烧结（一般600）气相直接凝聚法：由气相直接凝聚成非晶态固体，利用蒸发和溅射可达极高的冷却速度。液体急冷法：将液态金属以10 8K/S 的速度冷却，是液体
9、金属中比较紊乱的原子排列保留到固体，获得金属玻璃。6.喷枪法，锤砧法，离心法，双辊法，单辊法，熔体沾出法，熔滴法的特点及问题喷枪法：特点：喷枪法喷枪冷速可高达 106-108C/S问题：厚度不均匀且疏松多孔锤砧法：特点：厚度均匀且两面光滑，但冷却速度不如喷枪法高离心法：特点：最易形成金属玻璃、条带表面精度高。问题：条带取出比较困难。双轴法：特点：条带两面光滑；厚度均匀冷速 105c/s。单辊法：特点：条带宽度可通过喷嘴的形状和尺寸控制。熔体沾出法：特点：不涉及喷嘴的孔型问题。问题：冷速不如上述方法高熔滴法特点：不需要坩埚避免坩埚污染、不存在喷嘴孔型问题、适合制备高熔点的合金条带。7、何为 CV
10、D 法、真空蒸发法、溅射法？它们的主要区别是什么？CVD：除从原材料获得组成元素外，还在基片表面与其他组片发生汽化学反应，获得与原成分不同的薄膜材料。真空蒸发法：蒸发时，在真空中将预先配制好的材料加热，使从上面蒸发出来的原子沉积在衬底上。溅射法：是在 0.13313.3Pa 的 Ar 的气氛中在靶上施加高电场。产生辉光放电生成的高能Ar 离子轰击靶材的表面，使构成靶材料的原子逸出、沉积在置于电极上的衬底上，形成与靶材成分相同的薄膜。区别：CVD 技术通过气态的化学反应形成薄膜；蒸发法和溅射法则主要是物理过程第三章1、什么是复合材料？复合材料的分类？什么是比强度和比模量？答：复合材料定义：两种或
11、两种以上的物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料分类：按性能分：普通复合材料、先进复合材料按用途分类：结构复合材料、功能复合材料 按增强体形态：颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料、夹层增强复合材料、编制复合材料。纤维增强复合材料：1、连续纤维增强复合材料（单向纤维，二维纤维，三维纤维）2、不连续纤维增强复合材料（短纤维、晶须增强）按增强纤维种类：玻璃纤维复合材料，碳纤维复合材料，有机纤维复合材料，金属纤维复合材料，陶瓷纤维复合材料比强度：强度密度 MPa(gcm 3 ) 比模量=模量密度 GPa/（g/cm 3）2、何为纤维与晶须？复合材料中常用的增强纤维和晶须有哪些？纤
12、维：凡能保持长度比本身直径大 100 倍的均匀条状或丝状的高分子材料均称纤维晶须：具有一定长径比的纤维状单晶体常用增强纤维：玻璃纤维碳纤维硼纤维氯化铝纤维碳化硅纤维芳纶纤维常用晶须：金属晶须、陶瓷晶须3.树脂基复合材料主要的制备方法有哪些？手糊工艺和纤维缠绕法制备树脂基复合材料工艺过程；主要的优缺点？这类材料的性能特点及应用。树脂的制备方法 ：手糊成型、模压成型、纤维缠绕成型、注射成型、挤出成型等。守护工艺过程：先在模具上涂一层脱模型，将含有固化剂的树脂混合物涂刷在模具上，再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维织物，用刷子压辊或刮刀压挤织物，使树脂胶液均匀浸入织物并排除气泡后，再涂刷树脂混合物铺贴
13、第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止。优点：不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大，批量小，形状复杂产品的生产设备简单投资少，设备折旧费低工艺简单易满足产品设计要求，可在产品不同部位任意增补增强材料制品树脂含量较高，耐腐蚀性好缺点：1 生产效率低，带动强度大，带动卫生条件差 2 产品质量不易控制，性能稳定性不高 3 产品力学性能较低。纤维缠绕法制备工艺过程：将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到回转芯模上，常压下在室温或较高温度下固化成型，经脱模成为增强塑料制品的工艺过程。优点：1.纤维按预定要求排列的规整度和精度高2.通过改变纤维排布方式，数量，可以实现等强度设计。因此，
14、能在较大程度上发挥增强纤维抗张性能优异的特点。3.用连续纤维缠绕技术所制成品，结构合理，比强度和比模量高，质量比较稳定和生产效率较高等。缺点：设备投资费用大，只有大批量生产时才可能降低成本。性能：1.高比强度，比模量 2 抗疲劳性能好 3 减震性能好 4 安全性能好 5.可整体成型，加工性能好 6.具有多种功能性应用：1 航天和火箭上的应用，如卫星天线，支承结构等2.交通和运输 制车身。窗 门 游艇等4.金属基复合材料常用的制备方法，工艺过程，优缺点？与传统的金属材料相比，其性能上有什么优点？常用的制备方法：1、固态法：先将金属粉末和增强相均匀混合，制得复合材料，经不同固化技术制成锭块，再通过
15、挤压、轧制。锻造等二次加工制成型材。优点：1.与液相法相比，制备温度低，界面反应可控 2.增强材料与基体金属粉末以任何比例混合 3.利于增强相与金属基体的均匀混合 4.其组织致密，细化，均匀，内部缺陷明显改善 5.利于净成型，二次加工性能好缺点：工艺过程比较复杂金属基体必须制成粉末，增加工艺复杂性和成本在制备铝基复合材料时，还要防止铝粉引起的爆炸2、液态法工艺过程：（1）压铸成型法具体工艺：将含有增强材料的金属熔体倒入预热模具中后，迅速加压，压力约为 70-100MPa，使液态金属基复合材料在压力下凝固，待复合材料完全固化后顶出，即制得所需形状及尺寸的金属基复合材料的胚料或压铸件优点：与其他金
16、属基复合材料制备方法相比，压铸工艺设备简单，成本低，材料的质量高且稳定，易于工业化生产。（2）半固态搅溶铸造成型法工艺：在基体合金固液两相区温度范围内搅拌，制备含有一定出生固相的半液态浆液，在不断搅拌情况下，向浆液中加入增加颗粒或其他增强物，使之在基体合金浆中均匀分布，并取得良好的界面结合，然后再加热升温到浇注温度，浇注成型或将半固态复合材料注入模具中进行压铸成型。优点：基本没有缩孔或孔洞，组织细化和致密3、原位复合法：（1）金属直接氧化法工艺：高温熔融金属液暴露在空气中，使其表面首先生成一层氧化膜，里层金属再通过氧化层向表层扩散，到达表面的金属液中少量金属被氧化，进而逐渐蔓延开来最终形成金属氧化物增强的金属复合材料。5、何为原位复合法？用该方法制备的金属基复合材料有什么特点？原位复合法：在复合材料制造过程中，增强材料在基体中生成和生长的方法为原
