材料分析测试技术课件第九章PPT课件

汽车工业
测试材料的耐磨性、抗冲击 性和耐腐蚀性，确保汽车零 部件的质量和安全性。
航空航天
测试材料的高温和高压下的 性能和可靠性，保证航空航 天器件的稳定和安全。
医疗器械
通过测试材料的生物相容性 和机械性能，保证医疗器械 的安全和有效性。
材料分析测试的挑战与解决方案
复杂材料
对于复杂材料的分析测试，可 能需要组合多种方法和技术， 增加测试的复杂性和难度。
材料分析测试技术课件
欢迎来到材料分析测试技术课件！这个课件将介绍材料分析测试的重要性、 常用的测试方法、测试的步骤与流程、应用领域以及未来的发展方向。
材料分析测试的重要性
1 确保材料质量
通过分析测试，确保材料 符合标准和规定的质量要 求，提高产品的可靠性。
2 问题排查与解决
通过分析测试，找出材料 中的问题和缺陷，并提供 解决方案，帮助改进产品 质量。
3 新材料开发
通过分析测试，评估和验 证新材料的性能和适用性， 推动创新和技术进步。
常用的材料分析测试方法
化学分析
通过化学试剂和仪器，分析材 料的化学成分和元素含量。
物理分析
使用物理性质测量仪器，测试 材料的硬度、强度、密度等物 理特性。
显微分析
通过显微镜观察材料的微观结 构和组织，了解材料的纹理和 晶体结构。
新材料研究
加强对新型材料的研究和测试， 探索其潜在的性能和应用。
测试成本
部分高级测试设备和仪器的采 购和维护成本较高，增加试数据，需要使 用合适的软件和算法进行处理 和分析，确保准确性和可靠性。
材料分析测试技术的未来发展方向
高精度测试技术
发展更高精度、更可靠的测试方 法和仪器，提高测试的准确性和 稳定性。

比较斜截面应力公式
x 2yx 2yco 2 sxs y i2 n 2 x 2 x 2ys y i2 n x 2x yc y co o 2 2s sxs y i2 n
三套公式类似
二 主应变和主应变方向
主应变
} εmax
εmin
= xy (xy)2(xy)2
2
4 体积应变
变形前体积
V=dxdydz
ε2dy
变形后体积
V1=(1+ε1)(1+ε2)(1+ε3)dxdydz
dy
≈(1+ε1+ε2+ε3)dxdydz
单位体积改变
V 1 V V ( 1 1 2 V 3 ) V V 1 23
( 1 E 2)(1 23 ) 3 ( 1 E 2)1 3 23
3 最大最小正应力max1min3τ τ13τ23
τ12
4 主剪应力
12
1
2
2
0 σ3
σ2 D(σατα)
σ1 σ
23
2
3
2
131
3
2
max
三个圆周围成的区域中任一点D 表示任意斜截面上的应力.
§9.6平面应变状态分析 一 平面应变状态分析
y y´
在xoy座标下应变为
α
εx εy γxy 旋转α角度 在x´oy´座标下应变为εα,
τyz τyτx xy τzy τzτx xz
形状改变
{ 2 主应变
1E 1[1(23)]max 2E 1[2(31)]
σ2
3E 1[3(12)]
{ 3 平面问题
x E1(x y) y E1(y x)
xy
xy G

三、观察记录系统 早期透射电镜观察记录系统由荧光屏和照相机构组成
观察采用在暗室条件下人眼较敏感的、 发绿光的荧光物质涂 制的荧光板 采用对电子束曝光敏感、 颗粒度很小的电子感光底片记录， 底片曝光时间采用自动、手动设置或计时等三种方式 近期的透射电镜多数均配备了 CCD 成像系统，可以将图像输 入到计算机的显示器上用于观察； 图像可采用多种文件格式 进行存储和输出。图像观察和记录非常方便
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第一节 透射电子显微镜的结构与成像原理
二、成像系统 透射电镜外观参见图9-5；透射电镜镜筒结构和真空系统参见 图9-6。高性能透射电镜多采用5级(或5级以上)放大成像
图9-5 CM300透射电镜外观图
图9-6 JEM-2010F透射电镜
a) 镜筒剖面图 b) 真空系统
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第一节 透射电子显微镜的结构与成像原理
(二) 物镜光阑 用于减小物镜的球差，选择成像电子束以获得 明场或暗场像，此外可提高图像衬度，故也称衬度光阑。 物镜光阑安装在物镜的背焦面上，孔径为20~120m
场发射枪性能优异，具有
束斑尺寸小、亮度高、能
量分散度小等特点
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第一节 透射电子显微镜的结构与成像原理
一、照明系统
(一) 聚光镜
高性能透射电镜采用双聚光镜系统，见图9-3。第一聚光镜是 强励磁透镜，作用是缩小或调节束斑尺寸， 将电子枪交叉斑
减小10 ~ 50倍；第二聚光镜是弱 励磁透镜，用以调节照明强度
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第一节 透射电子显微镜的结构与成像原理
二、成像系统
(二) 中间镜
中间镜是弱励磁、长焦距的变倍率透镜
样品 物镜 物镜背焦面
作用之一是利用其可变倍率控制 电镜的总放大倍数
物镜像平面 中间镜

*
PDF卡片的内容（3）
*
晶体学数据：Sys.—晶系；S.G—空间群；a0、b0、c0，α、β、γ—晶胞参数；A= a0/b0 ，C= c0 / b0 ；Z—晶胞中原子或分子的数目； Ref—参考资料。
光学性质： εα、nωβ、εγ—折射率；Sign—光性正负；2V—光轴夹角；D—密度；mp—熔点；Color—颜色； Ref—参考资料。
表面上看起来 dhkl 好象与有关, 实际上它是产生主要反射线的晶面间的距离. 由晶体的决定的, 与入射波长无关.
这套数据就好象人的指纹一样, 可以用来确定相应的结晶物相. 现在内容最丰富的多晶衍射数据是由JCPDS ( Joint Committee on Powder Diffraction Standards)编的PDF卡, 即粉末衍射卡.
矿物检索手册等品种。
Fink无机索引；
有机相检索手册；
Hanawalt无机物检索手册；
无机相字母索引；
*
Hanawalt无机相数值索引
索引的编排方法是：每个相作为一个条目，在索引中占一横行。每个条目中的内容包括： 衍射花样中八条强线的面间距和相对强度，按相对强度递减顺序列在前面，随后，依次排列着，化学式，卡片编号，参比强度（I/Ic）。 索引示例 索引说明
*
New format – data rearranged in tabular sections with point and click interfaces
Still have “card” option
PDF Card – new format
*
PDF试样图
*
*
PDF卡片结构图
*
一、基本原理
*
任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有的衍射花样。每一种晶体物质和它的衍射花样都是一一对应的。多相试样的衍射花样是由它和所含物质的衍射花样机械叠加而成。

■分光晶体：是专门用来对X射线起分光 作用的晶体，它具有高的衍射效率、强 的反射能力和好的分辨率。每种晶体只 能色散一段范围波长的X射线，只适用于 一定原子序数的元素分析。常见的分光 晶体及其应用范围见P160表2-7。
■X射线探测器：WDS中使用的探测器和 XRD中使用的一样。
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WWDDSS和EDSS的的比比较较
能谱仪（EDS）
• 目前最常用的能谱仪是Si(Li)X射线能谱仪。 其关键部件是Si(Li)检测器即锂漂移硅固态 检测器（结构示意图见P162图2-94）。
• Si(Li)探测器要始终处在真空中，探头装在 与存有液氮的杜瓦瓶相连的冷指内，日常 保养麻烦费用较高。
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Si(Li)能谱仪的优点
▲分析速度快，几分钟内即可分析和确定样 品中含有的所有元素。分析范围为11Na～ 92U的所有元素。
操作特性
WDS
分析元素范围 Z≥4
分辨率
高
分析精度
±1～5%
对表面要求 平整,光滑
分析速度
慢
谱失真
少
最小束斑直径 ～200nm
探测极限
0.01～0.1％
使用范围
精确的定量分
析
EDS
Z≥11 低
≤±5% 粗糙表面也适用
快
多
～5nm
0.1～0.5％
适合于与SEM配合
使用
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EPMA分析方法
EPMA有四种分析方法
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2.8 扫描隧道显微镜（简介）
• 扫描隧道显微镜简称STM，是新型的表面分析仪 器，是1982年，由G.Binnig和H.Rhrer等人发明 的，该发明于1986年获诺贝尔奖。
• STM的原理：STM以原子尺度的极细探针及样品 作为电极，当针尖与样品非常接近时（约1nm）， 就产生隧道电流。通过记录扫描过程中，针尖位 移的变化，可得到样品表面三维显微形貌图。

计算机控制〔横〕轴向〔X线〕断层〔扫
描〕术
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2
亨斯菲尔德
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科马克
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精密分析物质的成分X-ray Photoelectron Spectroscopy （XPS）。
(所需样品量小，无损伤，灵敏度高)
例如 . 对珍贵出土文物的分析 1965年出土的 2500年前的 越王勾践宝剑的成分。
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ICDD数据库—2003版
PDF－4数据库 第一版 2002
279864套数据，关系数据库 2 DVD’s，6GB
PDF－2数据库 第一版 1985
157048套数据，文本文件 CD－ROM， 760MB
数据书 1－53集 第一版 1957
92011套数据，纸版
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入射波长无关.
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不同的晶体有一系列不同的特定d值及相应的强度. 即
dhkl
dhkl n
~
I I0
这套数据就好象人的指纹一样, 可以用来确定 相应的结晶物相. 现在内容最丰富的多晶衍射数据 是由JCPDS ( Joint Committee on Powder Diffraction Standards)编的PDF卡, 即粉末衍射卡.
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定性相分析 定量相分析
返回
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一、基本原理
任何一种结晶物质都具有特定的晶体结 构，在一定波长的X射线照射下，每种晶 体物质都给出自己特有的衍射花样。每 一种晶体物质和它的衍射花样都是一一 对应的。多相试样的衍射花样是由它和 所含物质的衍射花样机械叠加而成。 定性相分析的判据。
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U E R1R3 R2R4 (R1 R2 )(R3 R4 )
电桥平衡
U 0
R1R3 R2 R4
B
R1
R2
A
C U
R4 D R3 E
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9.2 电测应力分析的基本原理
当产生
1
2 3 4
R1 R2 R3 R4
U E (R1 R1)(R3 R3 ) (R2 R2 )(R4 R4 ) (R1 R1 R2 R2 )(R3 R3 R4 R4 )
三 基底---绝缘的薄纸,塑料片
部 分
丝栅d=0.02~0.05mm镍铬,镍铜合金绕成栅
引线 d=0.15~0.18mm 镀锔的铜线
产品标定
l---标距 l=1---20mm lmin=0.2mm 阻值 R=50---200Ω 一般120Ω
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9.2 电测应力分析的基本原理
2. 转换原理 将电阻片用特殊的胶贴在被测构件,
R2
A
C U
R4 D R3 E
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9.2
结论
电测应力分析的基本原理
B
R1
R2
A
C U r 1 2 3 4
R4 D R3 E
(1)可以从电桥输出量的大小来确定应变值r。 若只有R1为工作片，则读数值 r 1
(2)电桥输出为相邻两臂符号相反,相对两臂符号相同.
(3)根据上述特性, 相邻两臂可以消除等值同号应 变成分，相对两臂可以消除等值异号应变成分。 利用这一特性可解决温度补偿，提高测量精度.
略高阶微量得
U E ( R1 R2 R3 R4 ) 4 R1 R2 R3 R4
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9.2 电测应力分析的基本原理
U E ( R1 R2 R3 R4 )

详细描述
紫外光谱法利用紫外线照射样品，测量样品对不同波长紫外光的吸收或反射，从而获得样品的紫外光谱。紫外光 谱图中，不同波长的峰代表着不同的化学键或官能团，通过比对标准谱图可以确定样品的化学组成和结构。此外 ，紫外光谱法还可以用于研究材料的电子云分布和能级结构。
核磁共振
总结词
核磁共振是一种常用的材料分析方法， 可以提供分子结构和化学键信息，以及 材料的磁学性质。
THANKS
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布氏硬度
通过测量压痕直径来确定硬度 ，主要适用于硬质材料，如钢
和硬铝合金。
韧性测试
要点一
冲击测试
通过在材料上施加冲击力来测量其韧性，通常使用摆锤冲 击仪进行测试。
要点二
弯曲测试
通过在材料上施加弯曲力来测量其韧性，通常使用三点或 四点弯曲测试仪进行测试。
拉伸测试
弹性模量测试
通过测量材料在拉伸过程中的弹性变形来计算弹性模量 ，通常使用拉伸试验机进行测试。
应用
常用于材料科学、化学、生物学等领域 ，用于研究材料的晶体结构和化学键结 构等。
优点
可以快速、准确地测定晶体结构，且对 样品的损害较小。
缺点
对于非晶体或复杂的多晶材料，分析结 果可能存在误差。
中子衍射分析
原理
中子衍射分析是一种通过测量中子 在晶体中衍射角度的方法，推断晶
体结构的技术。
应用
常用于研究材料内部的结构和化学 键等信息，尤其适用于研究原子序
数较小的元素。
优点
对于某些元素，如氢、硼等，中子 衍射比X射线衍射更具优势。
缺点
需要使用中子源，实验成本较高， 且对样品的损害程度尚不明确。
红外光谱法
01
原理
红外光谱法是一种通过测量样 品对红外光的吸收光谱的方法 ，推断样品分子结构的的技术

沿杆轴加上惯性力qd x 后，即可按分布静荷载作用下的拉杆来计算
杆AB内的动应力 d 。
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第二节 构件作等加速直线运动 或等速转动时的动应力计算
显然，杆AB内的最大动应力发生在B端的横截面上，其值
为
d m ax
1 A
1D 2 A2 xdx
D 2
g
1 2 l2 lD
水平分量为 Hconst
因EA很大，可略去轴向振动
而铅垂分量为Hsinnt
产生上下振动
则受迫振动的理论力学公式为
振幅
H3l AH,H
3EI
放大系数
1
1n24c2n2
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H
P P
st
H
H
Hsinnt P
st
dmax
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第三节 构件在受迫振动时的应力计算
n 干扰力的频率 n2f
振动系统的固有频率，
➢２．动载—①P随时间而改变（地震、风等、海浪冲击海浪冲击海洋平台 ②作加速运动或作匀速转动的流中构件的惯性力也是一种动载。 例如起重机吊物，机械中的飞轮
➢３．动应力—在动载作用下，构件内的应力
讨论对象
❖作等加速直线运 动或等速转动的构件 ❖受冲击荷载作用的构件和强迫振动的构件的动应力计算 ❖交变应力作用下的构件的疲劳破坏和疲劳强度校核
d
qd Ag1Ag
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3
第二节 构件作等加速直线运动 或等速转动时的动应力计算
对于m—m截面，该截面处的内力 Nx为
Nxqd
xAx g
应力为
No Image
可见，虽q d 均匀分布，但离起点越远，质量越多，惯性力、惯

获诺贝尔奖。
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Dorothy Hodgkin霍奇金 于1956年得到维生素B12的结构。 1964年获诺贝尔奖
维生素B12也是第一个通过解晶体结构得到分子结构的分子
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X-射线物相分析
引言 基本原理；
PDF卡片； PDF卡片索引； 分析方法； 物相定量分析。
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引言 物质的元素组成？？
利用X射线的方法对试 样中由各种元素形成的 具有固定结构的化合物， 进行定性和定量分析。 X射线物相分析给出的 结果，不是试样的化学 成分，而是由各种元素 组成 的具有固定结构 的化合物的组成和含量。
2020/2/10
定性相分析 定量相分析
返回
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一、基本原理
任何一种结晶物质都具有特定的晶体结 构，在一定波长的X射线照射下，每种晶 体物质都给出自己特有的衍射花样。每 一种晶体物质和它的衍射花样都是一一 对应的。多相试样的衍射花样是由它和 所含物质的衍射花样机械叠加而成。 定性相分析的判据。
长寿、疾病、弱智与痕量元素的关系。
例如 . 空气采样分析(上海与拉萨)
2020/2/10
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晶体结构分析重要手段：X射线衍射
利用固体物理学的方法，可以从衍射光斑的图样确定晶 体的结构;为了获得晶体结构的信息，可以采取以下衍射 方法： 劳厄法：晶体固定不动，采用连续X射线入射。 转动单晶法：采用标识谱X射线，波长是固定的，但是晶 体旋转改变角度也可以使得条件满足。 粉末法：对于多晶即使用标识谱单色入射，并且固定晶 体不动，反射条件也容易满足。下图是X射线通过NaCl单 晶时的衍射图样。
2020/2/10
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自然界中的大部分物质以晶体而存在. 每一种 结晶物质都有它的特定结构（原子的种类, 数目及 其在空间的排列结合方式).决定了每一种结晶物质 均有特定的衍射特征。