电子封装总结及思考题

时间：2021-03-03 12:08:13 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

相关热词搜索：思考题 封装 电子

电子封装总结及思考题 本文关键词：思考题，封装，电子

电子封装总结及思考题 本文简介：第1章绪论2.封装作用有哪些？答：1).芯片保护2).电信号传输、电源供电3).热管理（散热）4).方便工程应用、与安装工艺兼容3.电子封装的技术基础包括哪些方面？答：1).基板技术2).互连技术3).包封/密封技术4).测试技术TO（TransistorOutline）三引脚晶体管型外壳DIP双列

电子封装总结及思考题 本文内容：

第1章

绪论

2.封装作用有哪些？

答：1).芯片保护

2).电信号传输、电源供电

3).热管理（散热）

4).方便工程应用、与安装工艺兼容

3.电子封装的技术基础包括哪些方面？

答：1).基板技术

2).互连技术

3).包封/密封技术

4).测试技术

TO（Transistor

Outline）三引脚晶体管型外壳

DIP

双列直插式引脚封装

SMT（Surface

Mount

Technology）表面安装技术

PGA（Pin

Grid

Array）针栅阵列封装

BGA（Ball

Grid

Array）焊球阵列封装

CSP（Chip

Size

Package）芯片尺寸封装

MCM（Multi

Chip

Module）多芯片组件

3D电子封装技术

SOP（System

On

a

Package）

SIP（System

In

a

Package）

IC影响封装的主要因素：

1).芯片尺寸

q

2).I/O引脚数

q

3).电源电压

q

4).工作频率

q

5).环境要求

微电子封装发展特点：

1).向高密度、高I/O引脚数发展，引脚由四边引出向面阵列发展

2).向表面安装式封装（SMP）发展，来适合表面安装技术（SMT）

q

3).从陶瓷封装向塑料封装发展

q

4).从注重IC发展芯片向先发展封装，再发展芯片转移

封装的分级：

1).零级封装：主要有引线键合（Wire

Bonding，WB）载带自动焊（Tape

Automated

Bonding，TAB）倒装焊（Flip

Chip

Bonding，FCB）以及埋置芯片互连技术（后布线技术）

2).

一级封装：将一个或多个IC芯片用于适宜的材料封装起来，成为电子元器件或组合

3).

二级封装：组装，将各种电子封装产品安装到PWB或其他基板上。包括通孔安装技术（THT）、表面安装技术（SMT）和芯片直接安装（DCA）技术

4).

三级封装：密度更高，功能更全，组装技术更加庞大复杂，是由二级组装的各个插板或插卡再共同插装在一个更大的母板上构成的。这是一种立体组装技术。

第2章

微电子工艺和厚薄膜技术

1.

薄膜工艺应用于在电子封装的哪些方面?

2.

为何需要表征薄膜材料的性能?

3.

常用薄膜材料分哪几类，分别有什么?

答：1).导体膜：用于形成电路图形，为电路搭载部件提供电极以及电学连接

q

2).电阻膜：用于形成电路中的各种电阻或电阻网路。

q

3).介质膜：用于形成电容器膜和实现绝缘与表面钝化的作用

q

4).功能膜：用于实现除以上功能以外的特殊功能膜

微电子加工技术：

?材料制备：Si，SOI，ZnO，GaN，金属

?结构生成：o

图形转移：制版，光刻，胶光刻

o

材料堆积：PVD，CVD，电镀，凝胶-溶胶

o

材料去除：湿法腐蚀，干法刻蚀，剥离

?参数检测：o

工艺过程参数

o

工艺结果参数

厚膜材料：厚膜加工工艺（几微米至几百微米）

薄膜材料：薄膜加工工艺（几微米以下）

薄膜材料的重要性：

1).实现器件和系统微型化的最有效的技术手段

2).薄膜材料或其器件将显示出许多全新的物理现象

3).可以将各种不同的材料灵活地组合在一起

薄膜材料的制备：

CVD：可以大大提高薄膜的沉积速率

PVD：蒸发法：沉积速率高、薄膜纯度高

溅射法：薄膜物质成分与靶材的成分相同，附着力强

薄膜表征的重要性：

1).工艺结果

2).对象性能

3).改进参数

薄膜主要的表征量：

1).厚度

2).形貌和结构

3).成分

1.

厚膜电路形成技术有哪些？

答：1).多层厚膜印刷法，即在烧成的基板上，反复进行印刷电路图形、绝缘层、烧成的过程，从而实现多层结构（目前常用）

2).多层生片共烧法，在未烧成的各层生片上，分别打孔、印刷导体图形、生片叠层、热压、脱胶、烧成，或者在生片上多次印刷后，一次烧成

2.

简述丝网印刷厚膜制作方法？

答：使丝网模版与基板保持一定的间隙，用刮板以一定的速度和压力使浆料从丝网模版的上方按图形转写在基板上，经烧成制得厚膜电。

3.

厚膜导体和介电材料的发展趋势是什么？

厚膜技术：低成本、高效率

能够用厚膜就不用薄膜

厚膜电路的优点：

?

1).可直接形成电路

?

2).容易实现低电路电阻

?

3).可实现多层化

?

4).工艺简单、成本低廉

?

5).可大面积、大范围制作

第3章

基板技术

1.

为什么基板技术是一项十分重要的微系统封装技术

答：基板是实现元器件功能化、组件化的一个平台。

作用：1).支撑

2).绝缘

3).导热

4).信号优化

2.

常用基板分那几类？它们的主要应用场合有哪些？

答：有机基板:

纸基板、玻璃布基板、复合材料基板、环氧树脂类、聚酯树脂类、耐热塑性基板、扰性基板、积层多层基板

无机基板：金属类基板、陶瓷类基板、玻璃类基板、硅基板、金刚石基板

3.

对于功能密度越来越大的芯片，我们需要考虑的基板技术有哪些？

4.

对于本课程的内容和讲授方式，有什么样的建议？

基板发展趋势：

1).布线高密度化

2).

层间互连精细化

3).

结构的三维化/立体化

常用基板材料：

1).Al2O3

Al2O3+SiO2

，厚膜+薄膜、表面平整度

2).AlN

热导率，膨胀系数，机械性能，无毒性

3).共烧陶瓷

LTCC，HTCC

4).有机多层基板

PWB

5).Si

电学、机械性能优异，与IC完全兼容

6).金刚石

高热导率，低K值，优秀的钝化性能

厚膜多层基板：

优点：工艺简单，成本低、投资小，研制和生产周期短。

缺点：导体线宽、间距、布线层数及通孔尺寸受到丝网印制的限制

大功率密度基板的必要性：

1).各类IC芯片的功率密度越来越大

2).

热失效所占比例大

3).

匹配的热膨胀系数以及轻度高、重量轻、工艺实时性好、成本低

1.

简述PWB基板的作用以及面临的问题

2.

概述LTCC基板的特点、主要工艺过程

答：LTCC低温共烧陶瓷主要优点:

1)

烧结温度低

2)

可使用导电率高的材料

3)

信号传输快

4)

可提高系统性能

5)

可埋入阻容元件，增加组装密度

6)

投资费用低，可利用现有的厚膜设备和工艺

3.

谈谈你对显示面板在电子行业中的作用的认识

PWB基板：

一块具有复杂布线图形及组装各种元器件的平台

新型PWB工艺：

1).薄和超薄铜箔的采用

2).小孔钻削技术

3).小孔金属化及深孔电镀技术

4).精细线条的图形刻蚀技术

5).真空层压技术

PDP（Plasma

Display

Panel）等离子显示屏

第4章

微互连技术

1.

微互连主要有哪些技术？

答：1).钎焊：需要连接的母材不熔化，在其间隙中填充比母材熔点低、且呈熔化状态的金属或合金，经冷却固化而实现母材间的连接

2).引线键合法(WB)：将半导体芯片焊区与微电子封装引线或基板上的金属布线用金属丝连接起来

3).载带自动焊(TAB)：一种基于金属化柔性高分子载带将芯片组装到基板上的集成电路封装技术

4).倒装焊技术(FCB)：在裸芯片电极上形成连接用凸点，将芯片电极面朝下经钎焊或其它工艺将凸点和封装基板互连

2.

WB有什么样的优势和缺点？

3.

FCB的主要思想有哪些？

答：为芯片与基板间互连用凸点代替传统的引线键合

芯片朝下、芯片覆盖基板、阵列式引线、片间填充

表面平整度、焊接均匀性、自对准

热压焊(TCB

Thermocompressing

Bonding)

超声键合(USB

Ultrasonic

Bonding)

热超声键合(TSB

Thermosonic

Bonding)

埋置芯片互连技术：

与前面先布线、后焊接不同，埋置芯片互连技术是先将IC芯片埋置到基板或PI介质层中，再统一进行金属布线，又称后布线技术

第5章

包封与密封技术

1.

包封与密封技术的特别和各自的典型工艺

答：1).包封：用有机物材料封装，通常用低温聚合物来实现，为非气密封装

传递模注封装：传递模注是热固性塑料的一种成型方式，模注时先将原料在加热室加热软化，然后压入已被加热的模腔内固化成型

2).密封：用无机物材料封装，气密封装

金属封装、陶瓷封装、玻璃封装

2.

包封技术对于整个电子行业的影响

答：包封和密封是实现芯片和环境隔离、保护元器件长期有效工作的重要手段

3.

完整的电子封装，应该从哪些角度去解决设计和技术问题

第6章

典型封装

器件级封装：

也称单芯片封装（single

chip

package），是对单个的电路或元器件芯片进行包封或密封

对两个或两个以上的芯片进行封装称为多芯片封装（multichip

package）,或多芯片模件（multi-chip

module）

o

对芯片进行包覆

o

引线连接

o

引出引线端子

o

完成封装体

器件级封装的分类：

1).金属封装：o

分立器件封装

o

集成电路封装：直插、表面扁平

o

光电器件封装：窗口、滤镜、光通道

o

特殊器件封装

2).陶瓷封装：o

直插型

o

表面贴装型

o

CBGA

…

3).塑料封装：o

直插型

o

表面贴装型

o

TAB

4).金属陶瓷封装：o

分立器件封装型

o

微波电路封装类

o

金属框架、陶瓷绝缘

塑料封装工艺过程：

1).模具制作、引线框架

2).芯片减薄、划片

3).粘片

4).键合

5).塑封

6).固化

7).切筋、去毛刺、打标等后处理

陶瓷封装工艺：

1).生瓷片底板成型

2).金属化、电镀形成电极

3).瓷片叠层

4).烧结

5).粘片

6).键合

7).加强固定（如果必要）

8).封盖

SMT表面贴装技术（Surface

Mounting

Technology）：

用自动组装设备将片式化、微型化的无引线、短引线表面组装元器件（SMC/SMD）直接贴、焊到布线基板表面特定位置的一种电子装联技术

SMT典型工艺

（

单面/双面SMT

）：

1).丝印：将焊膏或贴片胶漏印到PCB的焊盘上

2).点胶：将胶水滴到PCB的的固定位置上，将SMC固定到PCB板上

3).贴装：将SMC/SMD安装到PCB的固定位置上

4).波峰焊：将熔化的焊料，经电动泵或电磁泵喷流成焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊

5).回流焊：通过重新熔化预先分配到印制板焊盘上的膏状软钎焊料，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊

6).清洗：将PCB板上面的焊接残留物如助焊剂等除去

7).检测：对PCB板进行焊接质量和装配质量的检测

8).返修：对检测出现故障的PCB板进行返工

SMC泛指无源表面安装元件

SMD泛指有源表面安装器件

篇2：材料力学性能思考题大连理工大学

材料力学性能思考题大连理工大学 本文关键词：思考题，大连理工大学，力学性能，材料

材料力学性能思考题大连理工大学 本文简介：一、填空：1.提供材料弹性比功的途径有二，提高材料的，或降低。2.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应，因此包申格效应是具有的普遍现象。3.材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段，根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程，可以将断裂分为与；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径，分为和；按照微观断裂机

材料力学性能思考题大连理工大学 本文内容：

一、填空：

1.提供材料弹性比功的途径有二，提高材料的

，或降低

。

2.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应，因此包申格效应是

具有的普遍现象。

3.材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段，根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程，可以将断裂分为

与

；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径，分为

和

；按照微观断裂机理分为

和

；按作用力的性质可分为

和

。

4.滞弹性是指材料在

范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加

的

现象，滞弹性应变量与材料

、

有关。

5.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量的塑性变形,而后再同向

加载,规定残余伸长应力

；

反向加载，规定残余伸长应力

的现象。消除包申格效应的方法有

和

。

6.单向静拉伸时实验方法的特征是

、

、

必须确定的。

7.过载损伤界越

，过载损伤区越

，说明材料的抗过载能力越强。

8.

依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为

、

、

三类。

9．解理断口的基本微观特征为

、

和

。

10．韧性断裂的断口一般呈杯锥状，由

、

和

三个区域组成。

11．韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，其中又分为

、

和

。

12.在α值

的试验方法中，正应力分量较大，切应力分量较小，应力状态较硬。一般用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料试验；在α值

的试验方法中，应力状态较软，材料易产生塑性变形，适用于在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料；

13.材料的硬度试验应力状态软性系数

，在这样的应力状态下，几乎所有金属材料都能产生

。

14.

硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能，大体上可以分为

、

和

三大类；在压入法中，根据测量方式不同又分为

、

和

。

15.

国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为

试样

和

试样，所测得的冲击吸收功分别用

、

标记。

16.

根据外加压力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式

有

、

和

。

17.

机件的失效形式主要有

、

、

三种。

18.低碳钢的力伸长曲线包括

、

、

、

、断裂等五个阶段。

19.内耗又称为

，可用

面积度量。

20.应变硬化指数反映了金属材料抵抗均匀塑性变形的能力，在数值上等于测量形成拉伸颈缩时的

。应变硬化指数与金属材料的层错能有关，层错能低者n值

。冷加工状态n值

。晶粒粗大材料n值

。

21.

是材料抵抗无限次应力循环也不疲劳断裂的强度指标。

22.

应力状态软性系数：用试样在变形过程中的测得

和

的比值表示。

23.微孔聚集型断裂是包括微孔

、

直至断裂的过程。

24.缺口试样的

与等截面光滑试样的

的比值。称为“缺口敏感度”。

25.机件在冲击载荷下的断口形式仍为

、

和

。

26.包申格应变是在给定应力下，正向加载和反向加载两

曲线之间的应变差。

27.由于缺口的存在，在

载荷作用下，缺口截面上的应力状态将发生变化的现象，被称为“缺口效应”。

28.

洛氏硬度是在一定的实验力下，将120o角的

压入工件表面，用所得的

来表示材料硬度值的工艺方法。

28.低温脆性是随

的下降，材料由

转变为

的现象。

29.

缺口敏感性是指材料因存在缺口造成的

状态和

而变脆的倾向。

31.

疲劳破坏形式按应力状态分为

、

、

、及

。按应力高低和断裂寿命分为

和

。

32.

典型的疲劳断口具有

、

、

三个特征区。

33.

疲劳条带是疲劳断口的

特征，贝纹线是断口的

特征。

34.

金属材料的疲劳过程也是裂纹的

和

过程。

35.金属材料抵抗疲劳过载损伤的能力，用

或

表示。

36.金属在

和特定的

共同作用下，经过一段时间后所发生的

现象，成为应力腐蚀断裂。

37.应力腐蚀断裂的最基本的机理是

和

。

38.由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象叫做

。

39.氢致脆断裂纹的拓展方式是

式，这是与应力腐蚀裂纹

式扩展方式是不同的。

40.钢的氢致延滞断裂过程可分为

、

、

三个阶段。

41.典型氢脆类型包括

、

、

、

。

42.

机件正常运行的磨损过程一般分为

、

、

段三个阶段。减轻粘着磨损的主要措施有

、

、

。

43.

按磨损模型分为：

、

、

、

、

五大类。

44.韧窝是微孔聚集型断裂的基本特征。其形状视应力状态不同分为下列

、

、

三类。其大小决定于第二相质点的

、基体材料的

和

以及外加应力的大小和形状。

45.

磨损量的测定方法有

和

两种，单位摩擦距离单位压力下的磨损量称之为

。

46.

国家标准规定了四种断裂韧性测试试样：

、

、

和

。

47.

过载持久值越高，说明材料在相同的过载荷下能承受的应力循环周次

，材料的

能力越强。

48.

按照蠕变速率的变化，可将蠕变过程可分为

、

和

三个阶段。

49.

金属材料的蠕变变形主要是通过

、

等机理进行的。

50.

当试验温度低于某一温度tk时，材料由

状态变为

状态，冲击吸收功明显下降，断裂机制由

型变为

断口特征，断口由

状变为

状，这就是低温脆性。

51.韧脆转变温度tk，也是金属材料的

指标,它反映了温度对材料

的影响。也是

性能指标，是从韧性角度选材的重要依据之一，可用于抗脆断设计。

52.

金属材料在长时高温载荷作用下的断裂大多为

断裂。在不同的应力和温度条件下，晶界裂纹的形成方式有

、

两种。

53.

金属材料蠕变断裂断口的宏观特征为：一是在断口附近产生

，在变形区域附近有许多

，使断裂机件表面出现

现象；另一个特征是由于高温氧化，断口表面往往被一层

覆盖。

54.

金属材料蠕变断裂断口的微观特征主要是冰糖状花样的

。

55.

蠕变极限是表示材料在高温长时间载荷作用下的

抗力指标，是选用高温材料，设计高温下服役机件的主要依据之一。

56.

描述材料的蠕变性能常采用

、

、

等力学性能指标。

57.

缺口偏斜拉伸试验过程中，试样在承受拉伸力的同时还承受

力的作用，承受复合载荷，故其应力状态更

，缺口截面上的应力分布更

，因而，更能显示材料的缺口敏感性。

58.

要在同一材料上测得相同的布氏硬度，或在不同的材料上测得的硬度可以相互比较，压痕的形状必须

，压入角应

。

59.高温下材料晶内和晶界的强度均随温度升高而

，但晶界的强度降低速度比晶内的降低速度

。

60.根据剥落裂纹起始位置及形态不同，接触疲劳破坏分为

、

和

三类。

61.

是引起疲劳破坏的外力，它是指大小、方向均随时间变化的载荷。

62.紧凑拉伸试样预制裂纹后在固定应力比和应力范围条件下循环加载，

随

的变化曲线即为疲劳裂纹扩展曲线。

63.疲劳裂纹不扩展的应力强度因子范围临界值，称为

。

64.产生疲劳微观裂纹的主要方式有

、

和

。

65.疲劳裂纹扩展第二阶段断口最重要的特征是具有

。

66.驻留滑移带在加宽过程中，还会出现

和

，其成因可用柯垂耳－赫尔模型描述。

67.剪切断裂和解理断裂都是

断裂。前者受剪切力作用是

断裂，后者受正应力作用，属

断裂。断裂性质完全不同。也就是说

断裂既可能是韧性断裂也可能是脆性断裂。取决于材料的本性和力的作用方式。

68解理断裂是沿特定界面发生的脆性

断裂，解理断裂实际上是沿一族相互平行的晶面解理而引起的。这些解理面称为

。

69.若干相互平行的而且位于不同高度的解理面，从而形成解理断口的基本微观特征

。

二、概念：

1.韧脆转变：

2.内耗：

3.解理裂纹：

4.弹

性：

5.低温脆性：

6.低应力脆断：

7.过载持久值：

8.滞弹性：

9.穿晶裂纹：

10.疲劳缺口敏感性：

11.韧脆转变温度：

12.循环韧性：

13.解理刻面：

14.韧

性：

15.小范围屈服：

16.有效裂纹长度：

17.缺口敏感度：

18.穿晶断裂：

19.解理断裂：

20.氢致延滞断裂

21.应力腐蚀

22.白点

23.接触疲劳

24.耐磨性

25.粘着磨损

26.约比温度

27.松弛稳定性

28.等强温度

29持久强度

30.蠕变极限

三、分析问答题

第一章

1.试分析金属材料在屈服阶段为何存在上下屈服点？

2.循环韧性有何工程意义？选择音叉需要选择循环韧性高的还是低的材料？

3.

何为拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口的形态的因素有哪些？

4、为什么材料的塑性要以延伸率和断面收缩率这两个指标来度量?它们在工程上各有什么实际意义?

5.包申格效应有何意义？工程中对机件会产生哪些影响？

6.试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力－伸长曲线图上的区别？为什么？

7.

试述韧性断裂与脆性断裂的区别，为什么说脆性断裂最危险？

8.

常温静拉伸试验可确定金属材料的哪些性能指标？说出这些指标的符号定义、意义。

9．常用的标准试样有5

倍试样和10

倍试样，其延伸率分别用σ5和σ10表示，说明为什么σ5>σ10。

10.试述多晶体金属产生明显屈服的条件，并解释bcc金属与fcc金属及其合金屈服行为不同的原因。

第二章

1.

布氏硬度与洛氏硬度可否直接比较？

2.

缺口对材料的拉伸力学性能有什么影响？

3.

布氏硬度与洛氏硬度的测量方法有何不同？

HRA、HRB、HRC分别用于测量何种材料的硬度？

4、什么是“缺口效应”？它对材料性能有什么影响？

5.金属材料在受到扭转、单向拉伸、三向等拉伸、单向压缩、两向压缩、三向压缩应力作用时，其应力状态软性系数分别为多少？

6.缺口试样拉伸时应力分布有何特点？

7.试综合比较光滑试样轴向拉伸、缺口试样轴向拉伸和偏斜拉伸试验的特点

8.

今有如下工件需要测定硬度，试说明选用何种硬度试验法为宜？（1）渗碳层的硬度分布；（2）淬火钢；（3）灰铸铁，（4）硬质合金，（5）鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体，（6）仪表小黄铜齿轮，（7）龙门刨床导轨，（8）氮化层，（9）火车圆弹簧，（10）高速钢刀具。

第三章

1.

试说明低温脆性的物理本质及其影响因素？

2.冲击韧性主要有哪些用途？

3．细化晶粒尺寸可以降低脆性转变温度或者说改善材料低温脆性，为什么？

4．为什么通常体心立方金属显示低温脆性，而面心立方金属一般没有低温脆性?

5.试述冲击载荷作用下金属变形和断裂的特点。

6、什么是低温脆性、韧脆转变温度tk？产生低温脆性的原因是什么？体心立方和面心立方金属的低温脆性有何差异？为什么？

第四章

1.

说明KI和KIc的异同。

2.为什么研究裂纹扩展的力学条件时不用应力判据而用其它判据？

3.试述应力场强度因子的意义及典型裂纹KⅠ的表达式

4.试述K判据的意义及用途

5.试述裂纹尖端塑性区产生的原因及其影响因素，在什么条件下需考虑塑性区的影响对KⅠ进行修正？

6.

张开型、滑开型和撕开型哪种断裂方式最危险？

7.试述影响KⅠc和AkV的异同及其相互之间的关系

8．什么叫断裂韧性？它与应力场强度因子有何联系与区别？

第五章

1.轴对称循环应力的平均应力、应力幅和应力比分别为多少？

2.

疲劳宏观断口上的贝纹线与微观断口的条带有什么区别？

3.试述金属疲劳断裂的特点

4.试说明合金成分、显微组织、非金属夹杂物、表面粗糙度等对金属疲劳性能的影响规律

5.试述金属表面强化对疲劳强度的影响。

第六章

1.有一M24栓焊桥梁用高强度螺栓，采用40B钢调质制成，抗拉强度为1200MPa，承受拉应力650MPa。在使用中，由于潮湿空气及雨淋的影响发生断裂事故。观察断口发现，裂纹从螺纹根部开始，有明显的沿晶断裂特征，随后是快速脆断部分。断口上有较多腐蚀产物，且有较多的二次裂纹。试分析该螺栓产生断裂的原因，并考虑防止这种断裂的措施。

2.试述金属产生应力腐蚀的条件和机理。

3.试述区别高强度钢的应力腐蚀和氢致延滞断裂的方法。

4.何为氢致延滞断裂？为什么高强度钢的氢致研制断裂是在一定的应变速率和温度范围内出现？

第七章

1粘着磨损产生的条件、机理及其防止措施

2.摩擦副材料的硬度一般较测试材料高，请问为何一般不能选择同种材料作摩擦副？

3.耐磨性一般如何测量？有哪些测定方法？

4.如何提高材料或零件的抗粘着磨损能力?

第八章

1.试说明材料的持久强度极限是如何由实验方法测得的？

2.试说明使材料产生稳态蠕变速率的蠕变极限是如何由实验方法测得的？

3．解释材料高温蠕变变形理论主要有哪些？蠕变断裂有哪几种形式？

4.

试分析晶粒大小对金属材料高温力学性能的影响。

5.

材料的高温性能包括哪些？

6.试述金属蠕变断裂的裂纹形成机理与常温下金属的裂纹形成机理有何不同？

四、计算

1.

通常纯铁的γs=2J/m2,E=2×105MPa,a0=2.5×10-10m，试求其理论断裂强度σm。(4×104MPa)

2.

若一薄板内有一条长3毫米的裂纹，且a0=3×10-8mm，

试求脆性断裂时的断裂应力σc（设σm=E/10＝2×105MPa）。（71.4MPa）

3.

有一材料E=2×1011N/m2,γs=8N/m,试计算在

7×107N/m2的拉力作用下，该材料的临界裂纹长度？（0.4mm）

4．一直径为2.5mm，长为200mm

的杆，在载荷2000N作用下，直径缩小为2.2mm,试计算：

(1)杆的最终长度；(258.3mm)

(2)在该载荷作用下的真应力S

与真应变e；(407.6MPam,0.291)

(3)在该载荷作用下的名义应力σ与名义应变δ。(526.2MPa,0.255)

5.某材料制成长50mm、直径5mm的圆形拉伸试样，当进行拉伸试验时，塑性变形阶段的外力F与长度增量ΔL的关系为

F

(N)

6000，

14000

ΔL

(mm)

1，

11.5

试求该材料的硬化系数和应变硬化指数。

(n＝0.44，K＝1659.59MPa)

6.有一大型板件，材料的s0.2=1200MPa，KIC=115MPa·m1/2，探伤发现有20mm长的横向穿透裂纹，若在平均轴向拉应力900MPa下工作，试计算KI及塑性区宽度R0，并判断该件是否安全。（168.13

MPa.m1/2，1.01mm）

7.有一轴件平均轴向工作应力150MPa，使用中发生横向疲劳脆性正断，断口分析表明有a=25mm深的表面半椭圆疲劳区，根据裂纹a/c可以确定Φ=1，测试材料的s0.2=720MPa，试估算材料的断裂韧度KIC是多少？（46.23

MPa.m1/2）

8.铝合金三点弯曲试样，尺寸B:W:S=18:36:144，用千分尺测得的实际尺寸B=18.01mm，W=36.06mm，试样的屈服强度550MPa，测试中所获得的F-V曲线形状如图所示，为第二类曲线，最大载荷Fmax=8700N，第一个高峰值为8360N，用初始线段的斜率小于5%做割线截取时与F-V曲线交点为8050N。试样断裂后，从断口上测得的相对裂纹长度a/W=0.54；从附表查得，Y(a/W)=3.04，试求条件断裂韧度KQ并进行有效性判断。（29.67

MPa.m1/2，B>7.27mm）

Fmax

V

F

O

FQ

F5

9．低合金钢厚板的断裂韧性在-20℃时的GⅠc=5.1×10-2MPam，GⅠc值随温度成比例地减小，每下降10℃，GⅠc降低1.3×10-2MPam，如果这块板上有长度为10mm

的裂纹，问在-50℃时σc的断裂应力是多少?(

E=2×105MPa,ν=0.3)（409.86或者410.84MPa）

10．用某材料制造一批压力容器，此材料的屈服强度σs=1600

MPa

，断裂韧性KⅠc=40

MPa.m1/2

，经探伤检验发现某一容器沿轴向有一穿透裂纹，长度为2a=5mm

，此批容器的半径R=1100mm

，壁厚t=6mm

，试问:

如果2a=5mm

的这一压力容器必须承受的最大压强为8.34

MPa(85

个大气压)，这个压力容器是否安全?（σ=1529MPa，不安全KI=184.18

MPa.m1/2）

11.

某汽车发动机连杆大头螺栓在工作时承受交变拉应力，最大拉力为59460N，最小拉力为56900N，螺栓螺纹处内径为11.29mm，试求应力半幅σa、平均应力σm及应力循环对称系数r。(3.198MPa,145.36MPa,0.96)

12．设有屈服强度为415

MPa，断裂韧性为132

MPa.m1/2

，宽度分别100mm、260

mm的两块合金厚钢板。如果板都受500

MPa的拉应力作用，并设板内都有长为46mm的中心穿透裂纹，试问此两板内裂纹是否都扩展?(KI=

156*

f(a/b),MPa.m1/2)

13.物体内部有一圆盘状尖锐深埋裂纹，直径为2.5cmm，当作用的应力为700

MPa时，物体发生断裂事故，求:

(a)材料的断裂韧性是多少?(假定满足平面应变条件。)88.433

MPa.m1/2

(b)若用这种材料制成一块厚度B=0.75cm，裂纹半长a=3.75cm的板作断裂韧性试验，问测得的断裂韧性值是否有效?(设材料的屈服强度为1100

MPa。)(2.5（KIC/σs）2=16.2mm，BKIC)

15.

有板件在脉动载荷下工作，σmax=200MPa,σmin=0,该材料的σb=670MPa,σ0.2=600MPa,KIc=104MPa·m1/2,Paris公式中，C=6.9×10-12,n=3.0，使用中发现有0.1mm和1mm两处横向穿透裂纹，请估算板件的疲劳剩余寿命？（2.69×105循环周次）

16.正火45钢的σb=610MPa，σ-1=300MPa，试用Goodman

公式绘制σmax（σmin）-σm疲劳图，并确定σ-0.5，σ0,σ0.5等疲劳极限(σmax)。(402.2MPa,484.8MPa,343.6MPa)

σm

σb

σ-1

σ-1

σmax

σmin

σb

O

σm

σb

σ-1

σa

O

17.某高强度钢的σ0.2=1400MPa，在水介质中的KISCC=21.3MPa?m1/2。裂纹扩展到第Ⅱ阶段的da/dt=2×10-6mm/s。第Ⅰ阶段结束时KI=62MPa?m1/2，该材料制成的机件在水介质中工作，工作拉应力σ=400MPa，探伤发现该机件表面有半径a0=4mm的半圆形裂纹，试粗略估算其剩余寿命。(ac=15.6mm,Φ2=2.46,67.13天)

五、说明下列力学性能指标的意义：

500HBW5/750；HR30N；

HV；HK；HS；AKV；AKU,FATT50；NDT,FTE,FTP；KIc；GIc；σ-1，σ-1P,σ-1N,τ-1,qf,ΔKth,da/dN,σscc、KⅠscc、KⅠhec

、da/dt、；；；；

。

六、判断正误，正确的在括号里打P，错误的打O

1.弹性模量E表征了金属材料对弹性变形的抗力（

）。

2.材料的真实相对伸长与真实相对断面收缩率在数值上是相等的（

）。

3.穿晶断裂一定是韧性断裂（

）。

4.疲劳断裂总是脆性断裂（

）。

5.所谓解理面是指屈服强度最低的晶面（

）。

6.应力状态软性系数越小，越容易产生脆性断裂（

）。

7.随着加载速率的提高，材料的韧脆转变温度也提高（

）。

8.金属的断裂韧性KIc随裂纹的扩展而增大（

）。

9.贝纹线和疲劳条带都是疲劳断口的微观特征（

）。

10.材料的缺口敏感度为1，说明缺口几乎不影响材料的疲劳强度（

）。

11.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应（

）。

12.弹性模量E主要取决于金属的本性，是组织不敏感因素（

）。

13.解理断裂总是脆性断裂（

）。

14.过载损伤是指金属在高于疲劳极限的应力水平下运转一定周次后，其疲劳极限或疲劳寿命的减损（

）。

15.韧窝是微孔聚集型断裂断口微观形貌的基本特征（

）。

16.提高材料的弹性模量能够提高材料弹性比功（

）。

17.

硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能（

）。

18.内耗可用弹性比功度量（

）。

19.应变硬化指数随层错能降低而降低（

）。

20冷加工状态应变硬化指数高（

）。

21.晶粒粗大材料应变硬化指数高（

）。

22.缺口试样的屈服强度与光滑试样的屈服强度的比值。称为“缺口敏感度”（

）。

23.应力腐蚀是指金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象（

）。

24.由于氢和应力的共同作用而导致金属材料产生脆性断裂的现象叫做氢致断裂（

）。

26.单位摩擦距离单位压力下的磨损量称之为比磨损量（

）。

27.材料的组织越不均匀，弹性后效越明显（

）。

28.疲劳寿命是指试样在交变循环应力或应变作用下直至发生破坏前所经受应力或应变的循环次数（

）。

29.金属材料的蠕变变形主要是通过晶界滑动和位错滑移等机理进行的（

）。

30.

金属材料蠕变断裂断口在变形区域附近有许多裂纹，使断裂机件内部出现龟裂现象（

）。

31.金属材料蠕变断裂断口一定因为高温氧化，在表面形成一层氧化膜（

）。

32.

金属材料蠕变断裂断口的微观特征通常是冰糖状花样的沿晶断裂形貌（

）。

33.

蠕变极限是表示材料在高温长时间载荷作用下的塑性变形抗力指标（

）。

34.材料的晶内和晶界的强度均随温度升高而降低（

）。

35.蠕变极限是指在约比温度以下，使试样在蠕变第二阶级产生规定稳态蠕变速率的最大应力（

）。

36.蠕变极限是指在给定温度和载荷条件下，使试样产生规定的蠕变应变的最大应力（

）。

37.蠕变就是高温时材料在长时间的载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象（

）。

38.滞弹性是指在外加载荷作用下，应变落后于应力现象，属于弹塑性变形（

）。

39.包申格效应是指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限增加；反向加载时弹性极限降低的现象（

）。

40.解理断裂沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂（

）。

41.驻留滑移带是指用已发生塑性变形的试样电解抛光后，对其重新循环加载时，又在原处再现的循环滑移带（

）。

42.布氏硬度是指用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位压痕投影面积所承受的试验力计算而得的硬度（

）。

43.洛氏硬度不同标尺是可以相互比较的（

）。

44.维氏硬度是以两相对面夹角为136°的金刚石四棱锥作压头，采用单位投影面积所承受的试验力计算而得的硬度（

）。

45.冲击韧度是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功的能力（

）。

46.低温脆性可以作为选材的依据（

）。

47.小范围屈服是指塑性变形去尺寸较裂纹尺寸及净截面尺寸小一个数量级以下的屈服现象（

）。

48.材料的循环韧性越高，则机件依靠材料自身的消振能力越好（

）。

49.接触疲劳是指两接触面做滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用下，材料表面因疲劳损伤产生的小片金属剥落而使材料损失的现象（

）。

50.弹性比功是指金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示（

）。

51.循环韧性是指金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力（

）。

52.韧性是指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力（

）。

53.疲劳贝纹线是疲劳区的微观特征，一般认为它是由载荷变动引起的，是裂纹前沿线留下的弧状台阶痕迹（

）。

54.疲劳条带是疲劳裂纹扩展宏观上具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样（

）。

55.

国内正在研发自己的民航飞机，要求其采用直径4mm铆钉连接，铆钉帽直径6mm。现有两种铝合金材料，一种7050铝合金屈服强度KⅠc

=38

MPa.m1/2

，初步确定其最小壁厚是4毫米，另一种7045铝合金KⅠc

=47

MPa.m1/2

，请先确定其单位面积上所有压力。如果改用后一种铝合金，请确定其可能采用的最小厚度是多少？

篇3：材料表征方法思考题答案

材料表征方法思考题答案 本文关键词：思考题，表征，答案，材料，方法

材料表征方法思考题答案 本文简介：第一章XRD1.X射线的定义、性质、连续X射线和特征X射线的产生、特点。答：X射线定义：高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。性质：看不见；能使气体电离，使照相底片感光，具有很强的穿透能力，还能使物质发出荧光；在磁场和电场中都不发生偏转；当穿过物体时只有部

材料表征方法思考题答案 本文内容：

第一章

XRD

1.

X射线的定义、性质、连续X射线和特征X射线的产生、特点。

答：X射线

定义：高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。

性质：看不见；能使气体电离，使照相底片感光，具有很强的穿透能力，还能使物质发出荧光；在磁场和电场中都不发生偏转；当穿过物体时只有部分被散射；能杀伤生物细胞。

连续X射线

产生：经典物理学解释——由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X射线谱。

量子力学解释——大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同，而且还有多次碰撞，因而产生不同能量不同强度的光子序列，即形成连续谱。

特点：强度随波长连续变化

特征X射线

产生：当管电压达到或高于某一临界值时，阴极发出的电子在电场的加速下，可以将物质原子深层的电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外，使原子电离。此时的原子处于激发态。处于激发态的原子有自发回到激发态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量降低。原子从高能态变为低能态时，多出的能量以X射线的形式释放出来。因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能级差一定，故辐射出波长一定的特征X射线。

特点：仅在特定的波长处有特别强的强度峰。

2.

X射线与物质的相互作用

答：X射线与物质的相互作用，如图所示

一束X射线通过物体后，其强度因散射和吸收而被衰减，并且吸收是造成强度衰减的主要原因。

散射分为两部分，即相干散射和不相干散射。当X射线照射到物质的某个晶面时可以产生反射线，当反射线与X射线的频率、位相一致时，在相同反射方向上的各个反射波相互干涉，产生相干散射；当X射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，产生波长比入射X射线波长长的X射线，且波长随着散射方向的不同而改变，这种现象称为不相干散射。其中相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。

物质对X射线的吸收是指X射线通过物质时，光子的能量变成了其它形式的能量，即产生了光电子、俄歇电子和荧光X射线。当X射线入射到物质的内层时，使内层的电子受激发而离开物质的壳层，则该电子就是光电子，与此同时产生内层空位。此时，外层电子将填充到内层空位，相应伴随着原子能量降低，放出的能量就是荧光X射线。当放出的荧光X射线回到外层时，将使外层电子受激发，从而产生俄歇电子而出去。产生光电子和荧光X射线的过程称为光电子效应，产生俄歇电子的过程称为俄歇效应。示意图见下：

散射

X射线（相干、非相干散射）；

电子（反冲电子、俄歇电子、光电子、荧光

X射线）；

透过射线；

热能。

3.

X射线衍射原理。布拉格方程的物理意义

答：X射线衍射原理，即布拉格定律：2dsinθ=nλ

式中d为晶面间距，θ为入射束与反射面的夹角，λ为X射线的波长，n为衍射级数，其含义是：只有照射到相邻两镜面的光程差是X射线波长的n倍时才产生衍射。

4.

X射线衍射实验方法。粉末衍射仪的工作方式、工作原理。

答：在各种衍射实验方法中，基本方法有单晶法、多晶法和双晶法。单晶X射线衍射分析的基本方法为劳埃法与周转晶体法。多晶X射线衍射方法包括照相法与衍射仪法。

粉末衍射仪的工作方式中，常用的有两种，即连续式扫描和步进式扫描。

5.

X射线粉末衍射法物相定性分析过程及注意的问题

答：物相分析过程：

①首先用粉末照相法或粉末衍射仪法获取被测试样物相的衍射花样或图谱。②通过对所获衍射图谱或花样的分析和计算，获得各衍射线条的

2θ、d值及相对强度大小

I/I。③使用检索手册，查寻物相

PDF

卡片号。④若是多物相分析，则在上一步完成后，对剩余的衍射线重新根据相对强度排序，重复上述步骤，直至全部衍射线能基本得到解释。

应注意的问题：

（1）

一般在对试样分析前，应尽可能详细地了解样品的来源、化学成分、工艺状况，仔细观察其外形、颜色等性质，为其物相分析的检索工作提供线索。

（2）尽可能地根据试样的各种性能，在许可的条件下将其分离成单一物相后进行衍射分析。

（3）由于试样为多物相化合物，为尽可能地避免衍射线的重叠，应提高粉末照相或衍射仪的分辨率。

（4）对于数据

d值，由于检索主要利用该数据，因此处理时精度要求高，而且在检索时，只允许小数点后第二位才能出现偏差。

（5）特别要重视低角度区域的衍射实验数据，因为在低角度区域，衍射所对应

d

值较大的晶面，不同晶体差别较大，衍射线相互重叠机会较小。

（6）在进行多物相混合试样检验时，应耐心细致地进行检索，力求全部数据能合理解释。

（7）在物相定性分析过程中，尽可能地与其它的相分析结合起来，互相配合，互相印证。

6.

简述现代材料研究的X射线实验方法在材料研究中有哪些主要应用。

答：研究晶体材料，X射线衍射方法非常理想非常有效，而对于液体和非晶态物固体，这种方法也能提供许多基本的重要数据。所以X射线衍射法被认为是研究固体最有效的工具。主要应用如下：

★物相分析；

★多晶体点阵常数的精确测定；

★应力的测定；

★晶粒尺寸和点阵畸变的测定；

★单晶取向和多晶织构测定。

7.

试推导布拉格方程，并对方程中的主要参数范围确定进行讨论。（必考）

讨论如下：

（1）布拉格方程描述了“选择反射”的规律。产生“选择反射”的方向是各原子面反射线干涉一致加强的方向，即满足布拉格方程的方向；

（2）布拉格方程表达了反射线空间方位（θ）与反射晶面间距（d）及入射方位（θ）和波长（λ）的相互关系；

（3）入射线照射各原子面产生的反射线实质是各原子面产生的反射方向上的相干散射线，而被接收记录的样品反射线实质是各原子面反射方向上散射线干涉一致加强的结果，即衍射线；

（4）布拉格方程由各原子面散射线干涉条件导出，即视原子面为散射基元，原子面散射是该原子面上各原子散射相互干涉（叠加）的结果。

(5)

衍射产生的必要条件

“选择反射”即反射定律＋布拉格方

程是衍射产生的必要条件。

①布拉格方程由原子面反射方向上散射线的干涉(一致)加强条

件导出，而各原子面非反射方向上散射线是否可能因干涉(部分)

加强从而产生衍射线呢?

②“选择反射”作为衍射的必要条件，意味着即使满足“选择反

射”条件的方向上也不一定有反射线。

由于sinθλ/2，即：只有那些晶面间距大于入射X射线波长一半的晶面才能发生衍射。

思考题：

1．

如何提高显微镜分辨本领，电子透镜的分辨本领受哪些条件的限制？

答：所谓分辨本领，是指显微镜能分辨的样品上两点间的最小距离。通常，我们以物镜的分辨本领来定义显微镜的分辨本领。确定光学透镜分辨本领d0的公式为d0=0.61λ/(n·[email protected])=0.61λ/(N·A)

透镜的分辨本领主要取决于照明束波长λ。

电子透镜的分辨本领随加速电压的提高而提高。

透镜的实际分辨本领除了与衍射效应有关以外，还与透镜的像差有关。对于光学透镜，已经可以采用凸透镜和凹透镜的组合等办法来矫正像差，使之对分辨本领的影响远远小于衍射效应的影响，但是电子透镜只有会聚透镜，没有发散透镜，所以至今还没有找到一种能矫正球差的办法。这样，像差对电子透镜分辨本领的限制就不容忽略了。

像差分球差、像散、畸变等，其中，球差是限制电子透镜分辨本领最主要的因素。

2．

透射电子显微镜的成像原理是什么？

答：它的成像原理与阿贝衍射像原理一样，经过两个过程：物—>衍射线—>物。

阴极灯丝产生的电子经过阳极加速，然后被栅极和聚光镜会聚成一束亮度高、相干性好的电子束斑，电子束斑通过一定的角度入射到晶体样品表面从而得到衍射线，衍射线经过物镜和中间镜，再经过投影镜的多次成倍的放大（总放大倍率为M总=M物*M中*M投），将图像投影到荧光屏上。通过调整中间镜的透镜电流，当中间镜的物平面与物镜的背焦面重合时，在荧光屏上出现衍射花样；中间镜的物平面与物镜的像平面重合时，则出现显微像。

3.扫描电子显微镜的工作原理是什么？

答：扫描电镜的成像原理和透射电镜大不相同，它不用什么透镜来进行放大成像，而是象闭路电视系统那样，逐点逐行扫描成像。

4.相对光学显微镜和透射电子显微镜、扫描电镜各有哪些优点？

答：

扫描电镜：

（1）目前大多数商品扫描电镜放大倍数为

20～20000

倍，并且连续可调。介于光学显微镜和透射电镜之间。这就使扫描电镜在某种程度上弥补了光学显微镜和透射电镜的不足。

（2）扫描电镜以景深大而著名。

（3）样品制备简单。

5．为什么透射电镜的样品要求非常薄，而扫描电镜无此要求？

答：在透射电镜中，电子束是透过样品成像的，而电子束的穿透能力不大，这就要求要将试样制成很薄的薄膜样品。而扫描电镜是收集的电子束与样品作用后从表面溢出的各种信息。

6．与X射线衍射相比，（尤其透射电镜中的）电子衍射的特点是什么？

答：晶体对电子波的衍射现象，与

X

射线衍射一样，一般简单地用布喇格定律加以描述。当波长为λ的单色平面电子波以掠射角θ照射到晶面间距为dhkl的平行晶面组(hkl)时(图4.21)，若满足布喇格(Bragg)方程2d

sinθ=nλ则在与入射方向成

2θ角方向上，相邻平行晶面反射波之间的波程差为波长的整数倍，各层晶面的原子的散射在2θ方向上具有相同位相，它们因相互加强而产生该晶面组的衍射束。由于入射束S0、衍射束S与衍射晶面的法线Nhkl在同一平面内，与几何光学上的反射规律相似，所以习惯上常把晶体的衍射说成是满足布喇格条件的晶面对入射束的反射。

特点：

1)透射电镜常用双聚光镜照明系统，束斑直径为

1～2μm，经过双聚光镜的照明束相干性较好。

2)透射电镜有三级以上透镜组成的成像系统，借助它可提高电子衍射相机长度。普通电子衍射装置相机长度一般为

500mm

左右，而透射电镜相机长度可达

1000～5000mm。

3)可以通过物镜和中间镜的密切配合，进行选区电子衍射，使成像区域和电子衍射区域统一起来，达到样品微区形貌分析和原位晶体学性质测定的目的。

7．选区电子衍射和选区成像的工作原理是什么，这两种工作方式有什么应用意义？

简单地说，选区电子衍射借助设置在物镜像平面的选区光栏，可以对产生衍射的样品区域进行选择，并对选区范围的大小加以限制，从而实现形貌观察和电子衍射的微观对应。选区电子衍射的基本原理见图。选区光栏用于挡住光栏孔以外的电子束，只允许光栏孔以内视场所对应的样品微区的成像电子束通过，使得在荧光屏上观察到的电子衍射花样仅来自于选区范围内晶体的贡献。实际上，选区形貌观察和电子衍射花样不能完全对应，也就是说选区衍射存在一定误差，选区域以外样品晶体对衍射花样也有贡献。选区范围不宜太小，否则将带来太

大的误差。对于100kV的透射电镜，最小的选区衍射范围约0.5μm；加速电压为1000kV时，最小的选区范围可达0.1μm。

8．扫描电镜应用的物理信号主要有哪些？

二次电子，背散射电子，吸收电子，X射线，俄歇电子等。

9．扫描透射电镜(STEM)有哪些特点？

STEM是既有透射电子显微镜又有扫描电子显微镜的显微镜。象SEM一样，STEM用电子束在样品的表面扫描，但又象TEM，通过电子穿透样品成像。STEM能够获得TEM所不能获得的一些关于样品的特殊信息。STEM技术要求较高，要非常高的真空度，并且电子学系统比TEM和SEM都要复杂。

优点

1.

利用扫描透射电子显微镜可以观察较厚的试样和低衬度的试样。

2.

利用扫描透射模式时物镜的强激励，可以实现微区衍射。

3.

利用后接能量分析器的方法可以分别收集和处理弹性散射和非弹性散射电子。

10．电子探针仪与X射线谱仪从工作原理和应用上有哪些区别？

电子探针仪：

电子探针(EPMA)利用高速运动的电子经电磁透镜聚焦成直径为微米量级的电子束探针，从试样表面微米量级的微区内激发出X射线再经过WDS分析，从而进行微区成分分析。

X射线谱仪：

1

能量色散谱仪（Energy

Disersive

Spectrometer，简称能谱仪/EDS）是用X光量子的能量不同来进行元素分析的方法，能谱仪的方框图如图8－1。X光量子由锂漂移硅探测器（Si(Li)detector）接受后给出电脉冲信号，由于X光量子的能量不同，产生的脉冲高度（幅度）也不同，经过放大器放大整形后送入多道脉冲高度分析器。在这里，严格区分光量子的能量和数目，每一种元素的X光量子有其特定的能量，例如铜KaX光量子能量为8.02keV，铁的KaX光量子的能量为6.40keV，X光量子的数目是用作测量样品中铁元素的相对百分比，即不同能量的X光量子在多道分析器的不同道址出现，然后在X—Y记录仪或显像管上把脉冲数—能量曲线显示出来，这是X光量子的能谱曲线。横坐标是X量子的能量（道址数），纵坐标是对应某个能量的X光量子的数目。

区别：

SEM追求高分辨本领，用三个透镜的电子光学系统以得到直径为几个纳米，束流足够强的细聚焦的电子。

EPMA以成分分析为主，试样室上应放置多个WDS，要求有相当的电子束流激发X射线（电子束粗），并装以光镜以寻找观察范围和精确调整试样的高低位置。所以物镜和试样室要特殊考虑。

11．电子探针X射线显微分析仪有哪些工作模式?

一、能谱定性分析；二、能谱定量分析：1、定点定性分析，2、线扫描分析，3、面扫描分析。

12．何为扫描隧道显微镜，它的工作原理是什么？

扫描隧道显微镜是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它是用一个极细的尖针，针尖头部为单个原子去接近样品表面，当针尖和样品表面靠得很近，即小于１纳米时，针尖头部的原子和样品表面原子的电子云发生重叠。此时若在针尖和样品之间加上一个偏压，电子便会穿过针尖和样品之间的势垒而形成纳安级１０Ａ的隧道电流。通过控制针尖与样品表面间距的恒定，并使针尖沿表面进行精确的三维移动，就可将表面形貌和表面电子态等有关表面信息记录下来。

二、扫描隧道显微镜基本原理

扫描隧道显微镜的基本原理是利用量子力学理论中的隧道效应。

对于经典物理学来说，当一个粒子的动能E低于前方势垒的高度V时，它不可能越过此势垒，即透射系数等于零，粒子将完全被弹回。而按照量子力学的计算，在一般情况下，其透射系数不能等于零，也就是说，粒子可以穿过比它能量更高的势垒，这个现象称为隧道效应。

扫描隧道显微镜的基本原理是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近（约为1到10nm）时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。

电流I与两电极的距离S成负指数关系：

I∝V

exp(－KS)

其中(2/)Kmh=

F，m为自由电子的质量，Φ为有效平均势垒高度，V为针尖与样

品间的偏置电压。隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系，当距离减小0.1nm，隧道电流即增加约一个数量级。因此，根据隧道电流的变化，我们可以得到样品表面微小的高低起伏变化的信息，如果同时对x—y方向进行扫描，就可以直接得到三维的样品表面形貌图，这就是扫描隧道显微镜的工作原理。

13．简述差热分析的原理，并画出DTA装置示意图。

原理：

差热分析是在程序控温下，测量物质和参比物的温度差随时间或温度变化的一种技术。当试样发生任何物

理或化学变化时，所释放或吸收的热量使样品温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在差热曲线上得到放热或吸热峰。

差热分析仪主要由加热炉、温差检测器、温度程序控制仪、讯号放大器、量程控制器、记录仪和气氛控制设备等所组成。

14．热分析用的参比物有何性能要求？

整个测温范围无热反应，比热与导热性与试样相近，粒度与试样相近。

15．影响差热分析的仪器、试样、操作因素是什么？

答：仪器因素（炉子的结构和尺寸、坩埚材料和形状、热电偶性能与位置）

试样方面的因素（热容量和热导率变化、试样的颗粒度、用量及装填程度、试样的结晶度与纯度、参比物）操作因素（升温速率、炉内压力和气氛）

16．为何DTA仅能进行定性和半定量分析？DSC是如何实现定量分析的？

答：在

DTA分析中试样与参比物之间时常存在着温度差，两者之间存在着热损失、热交换，且测温灵敏度较低，因此难以进行准确的定量分析。DSC

技术利用功率补偿法使试样与参比物温度始终保持一致，尽量避免两者之间的热交换和热损失差异，或者利用热流法精确控制仪器的测温灵敏度，从而达到准确的定量分析目的。

17．阐述DSC技术的原理和特点。

示差扫描量热法是在程序控制温度下,测量输入到试样和参比物的功率差与温度之间关系的一种技术。

原理：示差扫描量热法对试样产生的热效应能及时得到相应补偿，使得试样与参比物之间无温差，无热交换；而且试样升温速率始终跟随炉温呈线性升温，保证补偿校正系数K值恒定。因此，不仅使测量灵敏度和精密度都大大提高，而且能进行热量的定量分析。

特点：使用的温度范围较宽、分辨能力高和灵敏度高，在测试的温度范围内除了不能测量腐蚀性物质外，示差扫描量热法不仅可以替代差热分析仪，还可以定量的测定各种热力学参数，所以在科学领域中获得广泛应用。

18．简述DTA、DSC分析样品要求和结果分析方法。

对样品的要求：①样品用量：通常用量不宜过多，因为过多会使样品内部传热慢、温度梯度大，导致峰形扩大和分辨率下降。样品用量以少为原则，一般用量最多至毫克。样品用量0.5~10mg。②样品粒度：粒度的影响比较复杂。大颗粒和细颗粒均能使熔融温度和熔融热焓偏低。样品颗粒越大，峰形趋于扁而宽。反之，颗粒越小，热效应温度偏低，峰形变小。颗粒度要求：100目-300目（0.04-.15mm）④样品的几何形状：增大试样与试样盘的接触面积，减少试样的厚度，可获得比较精确的峰温值。⑤样品的结晶度、纯度和离子取代：结晶度好，峰形尖锐；结晶度不好，峰面积小。纯度、离子取代同样会影响DTA曲线。⑥样品的装填：装填要求薄而均匀，试样和参比物的装填情况一致。

结果分析方法：

①根据峰温、形状和峰数目定性表征和鉴别物质。方法：将实测样品DTA曲线与各种化合物的标准（参考）DTA曲线对照。②根据峰面积定量分析，因为峰面积反映了物质的热效应（热焓），可用来定量计算参与反应的物质的量或测定热化学参数。③借助标准物质，可以说明曲线的面积与化学反应、转变、聚合、熔化等热效应的关系。在DTA曲线中，吸热效应用谷来表示，放热效应用峰来表示；在DSC曲线中，吸热效应用凸起正向的峰表示(热焓增加)，放热效应用凹下的谷表示(热焓减少)。

19．简述热重分析的特点和影响因素。

热重法是对试样的质量随以恒定速率变化的温度或在等温条件下随时间变化而发生的改变量进行测量的一种动态技术

特点:

热重法的特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化和变化的速率，例如物质在加热过程中出现的升

华、气化、吸附或解吸以及有气体产生或有气体参加的化学反应等均可以通过热重分析仪上物质质量的改变得到反映。所以，热重法可以用来研究物质的热分解、固态反应、吸湿和脱水、升华或挥发等多种物理和化学过程，并可用于研究反应动力学。可以说，只要物质受热时发生重量的变化，就可以用热重法来研究其变化过程。

影响因素:1）样品盘的影响，2）挥发物的冷凝的影响，3）升温速率的影响，4）气氛的影响，5）样品用量的影响，6）样品粒度的影响。

20．举例说明热分析技术在玻璃和微晶玻璃材料研究中的应用。

应用：测定玻璃化转变温度

玻璃化转变是一种类似于二级转变的转变，它与具有相变结晶或熔融之类的一级转变不同，是二级热力学函数，有dH/dt的不连续变化，因此在热谱图上出现基线的偏移。从分子运动观点来看，玻璃化转变与非晶聚合物或结晶聚合物的非晶部分中分子链段的微布朗运动有关，在玻璃化温度以下，运动基本冻结，到达Tg后，运动活波热容量变大，基线向吸热一侧移动。玻璃化转变温度的确定是基于在DSC曲线上基线的偏移，出现一个台阶，一般用曲线前沿切线与基线的交点来确定Tg。

影响Tg的因素有化学结构、相对分子量、结晶度、交联固化、样品历史效应（热历史、应力历史、退火历史、形态历史）等。具有僵硬的主链或带有大的侧基的聚合物将具有较高的Tg；链间具有较强吸引力的高分子，不易膨胀，有较高的Tg；在分子链上挂有松散的侧基，使分子结构变得松散，即增加了自由体积，而使Tg降低。

21．简述热分析技术在材料研究中的应用。

(DCS)1.玻璃化转变温度Tg的测定

?

无定形高聚物或结晶高聚物无定形部分在升温达到它们的玻璃化转变时，被冻结的分子微布朗运动开始，因而热容变大，用DSC可测定出其热容随温度的变化而改变。

2.混合物和共聚物的成分检测

脆性的聚丙烯往往与聚乙烯共混或共聚增加它的柔性。因为在聚丙烯和聚乙烯共混物中它们各自保持本身的熔融特性，因此该共混物中各组分的混合比例可分别根据它们的熔融峰面积计算。

3.结晶度的测定

高分子材料的许多重要物理性能是与其结晶度密切相关的。所以百分结晶度成为高聚物的特征参数之一。由于结晶度与熔融热焓值成正比，因此可利用DSC测定高聚物的百分结晶度，先根据高聚物的DSC熔融峰面积计算熔融热焓ΔHf，再按下式求出百分结晶度。