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材料分析方法绪论

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材料测试分析技术(绪论+XRD)-05

材料测试分析技术(绪论+XRD)-05

物相定性分析：确定物质（材料）由哪些相组成 物相定量分析：确定各组成相的含量
（一）、物相定性分析 物相定性分析的基本原理
（1）任何一种物相都有其特征的衍射谱，任何 两种物相的衍射谱不可能完全相同；多相样品的 衍射峰是各物相的机械叠加。 （2）制备各种标准单相物质的衍射花样并使之 规范化（PDF卡片），将待分析物质(样品)的衍
2、X射线衍射仪法
X射线衍射仪是广泛使用的X射线衍射装臵。
近年由于衍射仪与电子计算机的结合，使从操作、 测量到数据处理已大体上实现了自动化。这使衍 射仪在各主要领域中逐渐取代了照相法。
衍射仪测量具有方便、快速、准确等优点。
Rigaku D/max-RB型 X射线衍射仪
Rigaku D/max-2500/PC型 X射线衍射仪，
2、外标法
外标法是将待测样品中j相的某一衍射线条的强
度与纯物质j相的相同衍射线条强度进行直接比较，
即可求出待测样品中j相的相对含量。
外标法适合于两相系统
设有一由两相组成的混合物：
m m） 1 m） 2 （ （ 1 2 / I1 BC1 1 1 m 1 2 1 1/1 （I1 0 BC1 ） （ m） 1
1 m） （ I1 1 （I1 0 ） 1[ m） m）] m） （ （ 1 （ 2 2
I1 1 （I1 0 ）
若两相的质量吸收系数相等，则有
外标法定量分析的具体做法
先配制一系列已知含量的α、β混合物，如含α
相20%、40%、60%和80%的混合物。测定这些混合物
品的取向，后者保证衍射线进入检测器。
§5
X射线衍射分析的应用
X射线物相分析
晶胞参数的确定

智慧树知到《材料分析方法》章节测试答案

智慧树知到《材料分析方法》章节测试答案

智慧树知到《材料分析方法》章节测试答案绪论1、材料研究方法分为（）A:组织形貌分析B:物相分析C:成分价键分析D:分子结构分析正确答案：组织形貌分析,物相分析,成分价键分析,分子结构分析2、材料科学的主要研究内容包括（）A:材料的成分结构B:材料的制备与加工C:材料的性能D:材料应用正确答案：材料的成分结构,材料的制备与加工,材料的性能3、下列哪些内容不属于材料表面与界面分析（）A:晶界组成、厚度B:晶粒大小、形态C:气体的吸附D:表面结构正确答案：晶粒大小、形态4、下列哪些内容属于材料微区分析（）A:晶格畸变B:位错C:晶粒取向D:裂纹大小正确答案：晶格畸变,位错,晶粒取向,裂纹大小5、下列哪些内容不属于材料成分结构分析（）A:物相组成B:晶界组成、厚度C:杂质含量D:晶粒大小、形态正确答案：晶界组成、厚度,晶粒大小、形态第一章1、扫描电子显微镜的分辨率已经达到了（）A:0.1 nmB:1.0 nmC:10 nmD:100 nm正确答案： 1.0 nm2、利用量子隧穿效应进行分析的仪器是A:原子力显微镜B:扫描隧道显微镜C:扫描探针显微镜D:扫描电子显微镜正确答案：扫描隧道显微镜3、能够对样品形貌和物相结构进行分析的是透射电子显微镜。

A:对B:错正确答案：对4、扫描隧道显微镜的分辨率可以到达原子尺度级别。

A:对B:错正确答案：对5、图像的衬度是（）A:任意两点存在的明暗程度差异B:任意两点探测到的光强差异C:任意两点探测到的信号强度差异D:任意两点探测到的电子信号强度差异正确答案：任意两点存在的明暗程度差异,任意两点探测到的信号强度差异6、对材料进行组织形貌分析包含哪些内容（）A:材料的外观形貌B:晶粒的大小C:材料的表面、界面结构信息D:位错、点缺陷正确答案：材料的外观形貌,晶粒的大小,材料的表面、界面结构信息,位错、点缺陷7、光学显微镜的最高分辨率为（）A:1 μmB:0.5 μmC:0.2 μmD:0.1 μm正确答案： 0.2 μm8、下列说法错误的是（）A:可见光波长为450~750 nm，比可见光波长短的光源有紫外线、X射线和γ射线B:可供照明的紫外线波长为200~250 nm，可以作为显微镜的照明源C:X射线波长为0.05~10 nm，可以作为显微镜的照明源D:X射线不能直接被聚焦，不可以作为显微镜的照明源正确答案： X射线波长为0.05~10 nm，可以作为显微镜的照明源9、 1924年，（）提出运动的电子、质子、中子等实物粒子都具有波动性质A:布施B:狄拉克C:薛定谔D:德布罗意正确答案：德布罗意10、电子束入射到样品表面后，会产生下列哪些信号（）A:二次电子B:背散射电子C:特征X射线D:俄歇电子正确答案：二次电子,背散射电子,特征X射线,俄歇电子第二章1、第一台光学显微镜是由哪位科学家发明的（）A:胡克B:詹森父子C:伽利略D:惠更斯正确答案：詹森父子2、德国科学家恩斯特·阿贝有哪些贡献（）A:阐明了光学显微镜的成像原理B:解释了数值孔径等问题C:阐明了放大理论D:发明了油浸物镜正确答案：阐明了光学显微镜的成像原理,解释了数值孔径等问题,阐明了放大理论,发明了油浸物镜3、光学显微镜包括（）A:目镜B:物镜C:反光镜D:聚光镜正确答案：目镜,物镜,反光镜,聚光镜4、下列关于光波的衍射，错误的描述是（）A:光是电磁波，具有波动性质B:遇到尺寸与光波波长相比或更小的障碍物时，光线将沿直线传播C:障碍物线度越小，衍射现象越明显D:遇到尺寸与光波波长相比或更小的障碍物时，光线将偏离直线传播正确答案：遇到尺寸与光波波长相比或更小的障碍物时，光线将沿直线传播5、下列说法正确的是（）A:衍射现象可以用子波相干叠加的原理解释B:由于衍射效应，样品上每个物点通过透镜成像后会形成一个埃利斑C:两个埃利斑靠得越近，越容易被分辨D:埃利斑半径与光源波长成反比，与透镜数值孔径成正比正确答案：衍射现象可以用子波相干叠加的原理解释,由于衍射效应，样品上每个物点通过透镜成像后会形成一个埃利斑6、在狭缝衍射实验中，下列说法错误的是（）A:狭缝中间每一点可以看成一个点光源，发射子波B:子波之间相互干涉，在屏幕上形成衍射花样C:整个狭缝内发出的光波在中间点的波程差半波长，形成中央亮斑D:在第一级衍射极大值处，狭缝上下边缘发出的光波波程差为1波长正确答案：整个狭缝内发出的光波在中间点的波程差半波长，形成中央亮斑7、下列关于阿贝成像原理的描述，正确的是（）A:不同物点的同级衍射波在后焦面的干涉，形成衍射谱B:同一物点的各级衍射波在像面的干涉，形成物像C:物像由透射光和衍射光互相干涉而形成D:参与成像的衍射斑点越多，物像与物体的相似性越好。

现代仪器分析及材料研究方法(绪论)教材

现代仪器分析及材料研究方法(绪论)教材

原料（Raw Materials）与材料
由原料到材料 ※原料一般不是为获得产品，而是生产材料，往往伴随化 学变化。 ※材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的转 变过程不发生化学变化。
材料与物质(Materials and Matter)
※ 材料可由一种或多种物质组成。 ※ 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途各异 、类型不同的材料。
现代仪器分析及材料研究方法
第一章 绪论
任祥忠 深圳大学化学与化工学院
1
（一）材料的定义 (Definition)
材料 Materials Material：材料科学 （工科）
物质科学 （理科） •Webster编著的“New International Dictionary（1971年） ”中关于材料（Materials）的定义为：材料是指用来制造某些 有形物体（如：机械、工具、建材、织物等的整体或部分）的 基本物质（如金属、木料、塑料、纤维、陶瓷等） •材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状 的物质。
材料科学的发展趋势
1、从简单物质到复杂物质；随着对材料功能化要求的不断提高，构成材料
的基本物质也越来越倾向于从简单物质到复杂物质。
2、从简单结构到结构控制；对于同种材料，结构上的改变可以带来许多崭新
的功能，而对简单的结构加以调控，才可能使功能得到优化。
3、从粉体材料到器件材料；相对于粉体材料而言，当材料制备成器件后会具
冶炼方法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢
铸铁 —
灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨<4.5g/cm2） 铝、镁、纳、钙
• 重金属 （>4.58/cm2） 铜、镍、铅、锌
• 贵金属
金、银、铂、铑

材料现代分析方法绪论

材料现代分析方法绪论

扫描电镜
扫描隧道电 镜
OM
Ni-Cr合金的铸造组织
SEM
人类血细胞SEM照片
TEM
碳纳米管TEM照片
SPM
云母的表面原子阵列
图为IBM公司的Eigler博士用扫描探针显微镜(SPM)搬动 35个氙原子绘制的“IBM”字样。如果这种原子搬动技术 被巧妙使用的话，就完全可以绘制成美妙的原子艺术画。
不良品
良品
齿轮疲劳失效，是由于渗 碳处理不均匀，根本原因 在于硅的偏聚。
浸炭不 良部
不良品
Ｃ
良品
Ｓｉ
XPS X射线光电子能谱
3. 4 分子结构分析
利用电磁波与分子键和原子核的作用，获得分 子结构信息。
红外光谱（IR）、拉曼光谱（Raman）、荧 光光谱（PL）等是利用电磁波与分子键作用 时的吸收或发射效应；
而核磁共振（NMR）则是利用原子核与电磁 波的作用来获得分子结构信息的。
4设计材料的开发
对于新材料的发现和研制，材料开发循环过程为：
功能需求分析一确定性能指标一确定材料体系 和加工方法一材料成分设计和工艺参数优化性能 评价一应用产品失效分析，然后进入下一乾循环， 直至达到预定要求(如图)。
例：如何分析聚合物材料
绪论
1.材料现代分析方法的概念 2.材料分析的内容及相应的分析方法 3.材料分析的理论依据
3.1 组织形貌分析 3.2 相结构分析 3.3 成分和价键分析 3.4分子结构分析
4.设计材料的开发 5.本课程的结构和特点
1.材料现代分析方法
材料现代分析方法是关于材料分析测试技术及其有关理论的 一门课程。 成分、结构、加工和性能是材料科学与工程的四个基本要素， 成分和结构从根本上决定了材料的性能，对材料的成分和结 构的进行精确表征是材料研究的基本要求，也是实现性能控 制的前提。

材料现代分析测试方法

材料现代分析测试方法

材料现代分析方法深圳大学材料学院主讲:李均钦材料现代分析方法主要参考书:1. 周玉主编，材料分析方法，哈工大出版社2007年版。

2. 黄新民、解挺编，材料分析测试方法，国防工业出版社2006年版。

3. 王富耻主编材料现代分析测试方法，北京理工大学出版社2006年版。

4. 梁敬魁编，粉末衍射法测定晶体结构，科学出版社2003年版。

绪论能源人类文明的三大支柱｛｛信息材料结构材料功能材料材料：用以制造有用构件、器件或其它物品的物质结构材料: 耐高温、耐高压、高强度材料等功能材料: 磁性材料、半导体材料、超导体材料化学成分材料的性能主要取决于｛结构组织形态为了了解所获材料的化学组成、物相组成、结构、组织形态及各种研究技术对材料性能的影响，需要采用相应的分析表征方法。

材料现代分析方法是一门技术性实验方法性的课程。

绪论材料现代分析测试方法的含义：广义：技术路线、实验技术、数据分析狭义：测试组成和结构的仪器方法如：X射线衍射分析电子显微分析表面分析热分析光谱分析（光谱和色谱－高分子方向单独开）绪论化学成分材料的性能主要取决于｛结构组织形态本课程主要介绍研究材料化学组成、物相组成、结构、组织形态的现代分析方法。

本课程的内容主要有：1、X射线粉末衍射分析（XRD：X-ray diffraction）主要用于物相分析和晶体结构的测定。

它所获取的所有信息都基于材料的结构。

绪论本课程的内容主要有：1、X射线粉末衍射分析（XRD：X-ray diffraction）主要用于物相分析和晶体结构的测定。

它所获取的所有信息都基于材料的结构。

绪论本课程的内容主要有：2、透射电子显微镜（TEM）（transition electron microscope）电子束透过薄膜样品，用于观察样品的形态，通过电子衍射测定材料的结构，从而确定材料的物相。

分辨率：0.34nm● 加速电压：75kV－200kV；放大倍数：25万倍● 能谱仪：EDAX －9100；扫描附件：S7010 透射电镜绪论本课程的内容主要有：3）扫描电子显微镜（SEM）电子束在样品表面扫描，用于观察样品的形貌（具有立体感）；通过电子束激发样品的特征X射线获取样品的成分信息。

材料科学分析技术(材料科学研究与测试方法-绪论)

材料科学分析技术(材料科学研究与测试方法-绪论)
25
X射线的物理基础
（3）X射线的吸收
dIx ＝ Ix+dx－Ix
dIx I x dx I x ＝ Ix Ix
＝ -l· dx
X光减弱规律的图示
l为线吸收系数（cm-1)，与入射X射线束的波长
及被照射物质的元素组成和状态有关。
26
X射线的物理基础
X射线与物质的作用
X射线通过整个物质厚度的衰减规律：

6
performance
Tetrahedron
synthesis-processing
properties
composition-structure
7
Hexahedron
8
结构决定性能是自然界永恒的规律
“相” (phase)
在体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分 成分和结构完全相同的部分才称为同一个相
11
检测分析
信号发生
分析仪器
信号发生器
分析过程
产生分析信号
信号检测 信号处理
信号读出
检测器 信号处理器
读出装置
测量信号 放大、运算、 比较 记录、显示
12
检测信号与材料的特征关系
1.2 衍射分析方法概述
衍射分析主要用于物相分析和晶体结构的测定。
13
定义:光在传播过程中能绕过障碍物的边缘而偏 离直线传播，并且在屏幕上形成明暗相间的条 纹分布的现象。 光的衍射不易发生的原因： （1）无线电波：波长几百米，天涯若比邻 （2）声波，波长几十米，未见其人先闻其声
I/I0 = exp(-l • d)
式中I/I0称为X射线透射系数， I/I0 ＜1。 I/I0愈小,表示X射线被衰减的程度愈大。

材料研究方法 第1章 绪论

一、材料结构层次
按设备的分辨率划分 宏观结构 显微结构 亚微观结构 微观结构
以人眼的分辨率为界 以光学显微镜的分辨率为界
以扫描电子显微镜的分辨率为界
材料结构层次划分及所用设备
结构层次 宏观结构 显微结构 亚微观结构 物体尺寸 > 100 m 0.2-100 m 10-200 nm 研究对象 观测设备
材料研究方法
主讲人：于美燕
课程性质
本课程是一门实验方法课。
光学显微分析、 X 射线衍射分析、电子显 微分析、热分析、光谱分析、核磁共振分 析和质谱分析是现代材料研究的常用方法， 是材料工作者的眼睛，对材料进行宏观上 的性能测试和微观上的成分、结构、组织 的表征。
教学目的
Why：了解研究材料结构、性能的重要性 What：掌握材料结构、性能的测试方法 How：了解影响材料测试、分析结果的仪 器因素
料、信息、能源誉为现代文明的三大支柱，
同时把信息技术、生物技术和新型材料作为
新技术革命的重要标志。
材料科学的任务
使用、研究和制造材料
材料是人类文明的物质基础，每一种新 材料的出现和使用，都伴随着生产力和科学 技术的发展，标志着人类文明的进步。
石器时代
青铜器时代
铁器时代
蒸汽机时代
材料的种类
按化学状态分：金属材料、无机非金属材料、 有机高分子材料、复合材料等。 按使用用途分：建筑材料、包装材料、信息材 料、生物医用材料等。
课程要求


掌握基本原理
了解常用的实验方法，能设计具体课题的 检测方案，并制备样品

能分析各种照片和图谱，看懂文献中的相 关内容
主要参考书

本课程以王培铭等主编的《材料研究方法》为基 本教材，其它可参考下列教材：

材料分析方法绪论

材料分析方法绪论材料分析是研究和应用材料的一项重要科学技术，通过对材料的组成、结构、性能和性质的分析，可以揭示材料的内在规律，为材料的设计、制备和应用提供重要的科学依据。

材料分析的方法主要包括物理、化学和表征等多种手段。

物理方法主要包括显微镜、光谱、衍射和电子显微镜等；化学方法主要包括化学分析、物质反应和材料合成等；表征方法主要包括热分析、电化学、力学和环境检测等。

这些方法可以相互补充，全面分析材料的结构和性质。

物理方法是研究材料结构的重要手段。

显微镜可以直接观察和测试材料的形貌和表面特征，如光学显微镜可以观察材料的形状和组织结构，扫描电子显微镜可以观察材料的微观形貌和表面形态等。

光谱方法可以通过材料的光谱特征，探测材料的成分和结构信息，如紫外可见光谱可以分析材料的吸收和发射光谱特性，拉曼光谱可以分析材料的振动信息，核磁共振光谱可以分析材料的分子结构等。

衍射方法可以通过材料的衍射图案，确定材料的晶体结构和晶格参数，如X射线衍射可以分析材料的晶体结构和定量物相分析，中子衍射可以分析材料的磁性和结构性质等。

化学方法是研究材料成分和反应的重要手段。

化学分析可以定性和定量地分析材料的成分和含量，如元素分析可以确定材料的组成和化学计量比，气相色谱和液相色谱可以分析材料中的有机物和无机物，质谱可以分析材料中的化合物结构等。

物质反应是材料研究的基础，通过各种物质之间的反应，可以研究材料的变化和性质，如热反应可以分析材料的热力学和动力学行为，电化学反应可以分析材料的电化学性能等。

材料合成是制备和改性材料的重要手段，通过不同的合成方法，可以获得具有不同结构和性能的材料。

表征方法是研究材料性能和环境行为的重要手段。

热分析可以通过测量材料的物理和化学性质在不同温度下的变化，确定其热力学和热分解行为，如热重和差热分析可以测定材料的热重和热效应，热膨胀和热导率测定可以分析材料的热膨胀和导热性能等。

电化学方法可以通过测量材料在电极上的电荷传递行为，分析材料的电化学性能，如电化学阻抗谱可以分析材料的电导性和电化学界面行为，扫描电化学显微镜可以观察材料的电化学反应过程等。

现代材料分析测试的方法

郑州航空工业管理学院机电工程学院课程名称：现代材料分析方法授课专业：材料成型及控制讲授人：张新房二零一零年七月《现代材料分析方法》课程基本信息课程名称：现代材料分析方法学时学分：32课时，周2学时，2学分预修课程：高等数学、大学物理、无机分析化学、有机化学、物理化学材料科学基础等使用教材：张锐著. 现代材料分析方法. 化学工业出版社.2007教学参考书：1. 周玉主编. 材料分析测试技术. 哈尔滨工业大学出版社， 20032. 来新民主编. 质量检测与控制. 高等教育出版社， 20053. 左演声主编. 材料现代分析方法. 北京工业大学出版社， 20004.杨南如主编. 无机非金属材料测试方法.武汉工业大学出版社， 20005.常铁军主编. 材料近代分析测试方法. 哈尔滨工业大学出版社， 19996. 周玉等. 材料分析测试技术—材料X射线衍射与电子显微分析. 哈尔滨工业大学出版社，1998自学辅导参考网址：1．/eduonline/cl/index.asp2．/index?3．/clfxycs/sshd.asp?pageclass=1094．/?action_mygroup_gid_109_op_list_type_digest5．教学方法：课堂讲授，启发式教学；实验教学；辅以动画、录像。

教学手段：传统教学为主，结合多媒体教学考核方式：平时成绩15% （出勤、听课、作业完成、课堂回答问题等）+实验成绩15% + 闭卷考试成绩70%其他要求：严格考勤，注重学生课堂表现及课堂参与情况，课下作业《材料现代分析方法》是一门介绍X射线衍射分析、电子显微分析、热分析和有机波谱分析等现代研究材料晶体结构、微观组织、化学组成与性能间关系的课程，它是材料科学与工程专业本科生的专业基础课程，也可作为相关专业本科生、研究生的选修课。

这门课程包括晶体学、X射线衍射分析、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针显微分析、能谱分析和有机波谱分析仪器的构造和工作原理。

材料测试分析方法（究极版）

材料测试分析⽅法（究极版）绪论1分析测试技术？获取物质的组成、含量、结构、形态、形貌以及变化过程的技术和⽅法。

2材料分析测试的思路从宏观到微观形貌（借助显微放⼤技术）从外部到内在结构（借助X射线衍射技术）从⽚段到整体（借助红外，紫外，核磁，X射线光谱，光电⼦能谱等）3分析测试技术的发展的三个阶段？阶段⼀：分析化学学科的建⽴；主要以化学分析为主的阶段。

阶段⼆：分析仪器开始快速发展的阶段阶段三：分析测试技术在快速、⾼灵敏、实时、连续、智能、信息化等⽅⾯迅速发展的阶段4现代材料分析的内容及四⼤类材料分析⽅法？表⾯和内部组织形貌。

包括材料的外观形貌（如纳⽶线、断⼝、裂纹等）、晶粒⼤⼩与形态、各种相的尺⼨与形态、含量与分布、界⾯（表⾯、相界、晶界）、位向关系（新相与母相、孪⽣相）、晶体缺陷（点缺陷、位错、层错）、夹杂物、内应⼒。

晶体的相结构。

各种相的结构，即晶体结构类型和晶体常数，和相组成。

化学成分和价键（电⼦）结构。

包括宏观和微区化学成份（不同相的成份、基体与析出相的成份）、同种元素的不同价键类型和化学环境。

有机物的分⼦结构和官能团。

形貌分析、物相分析、成分与价键分析与分⼦结构分析四⼤类⽅法。

5化学成分分析所⽤的仪器？化学成分的表征包括元素成分分析和微区成分分析。

所⽤仪器包括：光谱（紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、激光拉曼光谱等）⾊谱（⽓相⾊谱、液相⾊谱、凝胶⾊谱等）。

热谱（差热分析、热重分析、⽰差扫描量热分析等）。

表⾯分析谱（X射线光电⼦能谱、俄歇电⼦能谱、电⼦探针、原⼦探针、离⼦探针、激光探针等）。

原⼦吸收光谱、质谱、核磁共振谱、穆斯堡尔谱等。

6.现代材料测试技术的共同之处在哪⾥？除了个别的测试⼿段（扫描探针显微镜）外，各种测试技术都是利⽤⼊射的电磁波或物质波（如X射线、⾼能电⼦束、可见光、红外线）与材料试样相互作⽤后产⽣的各种各样的物理信号（射线、⾼能电⼦束、可见光、红外线），探测这些出射的信号并进⾏分析处理，就课获得材料的显微结构、外观形貌、相组成、成分等信息。

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晶界聚集或均匀分布等)； • ⑤界面(表面、相界与晶界)； • ⑥位向关系(惯习面、孪生面、新相与母相)； • ⑦夹杂物； • ⑧内应力(喷丸表面，焊缝热影响区等)。
2020/4/20
三、材料分析方法的理论依据和分类 • 材料分析方法？ • 是关于材料成分、结构、微观形貌与
缺陷等的现代分析、测试技术及其有 关理论基础的科学。
2020/4/20
4、光谱分析
• 光谱分析方法：是基 于电磁辐射与材料相 互作用产生的特征光 谱波长与强度进行材 料分析的方法。 如X射线荧光光谱、红 外光谱等。前者可用 于材料的成分分析， 后者可用于分子结构 的分析。
2020/4/20
六、本课程内容及要求
• 1、内容
2020/4/20
• 2、学习要求
显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)的发展过 程。
2020/4/20
• （2）物相分析
• 物相分析是指利用衍射的方法探测晶格类型和晶 胞常数，确定物质的相结构。
• 原理：利用电磁波或运动电子束、中子束等与材 料内部规则排列的原子作用产生相干散射，获得 材料内部原子排列的信息，从而重组出物质的结 构。
2020/4/20
• 2、化学分析
• 分析材料平均化学成分的常规方法：湿化学法和光谱 分析法等。
• 优缺点： • 采用化学分析方法测定钢的成分只能给出一块试样的平均
成分(所含每种元素的平均含量)，并可以达到很高的精度 ，但不能给出所含元素分布情况(如偏析，同一元素在不 同相中的含量不同等)。 • 光谱分析给出的结果也是样品的平均成分。
• 缺点： • ① 分辨率低(约200nm)和放大倍率低(约103倍)。
只能观察到100nm尺寸级别的组织结构，而对于更小 的组织形态与单元(如位错，原子排列等)则无能为力 。
• ② 只能观察表面形态而不能观察材料内部的组织 结构，更不能对所观察的显微组织进行同位微区 成分分析。
• 目前,光学显微镜已远远满足不了当前材料研究的需要!
• 必须具备两个基础条件： • ①认识了材料的组织结构与性能之间的关系； • ②认识了显微组织结构形成的条件与过程机理。 • 例如：在加工齿轮时，预先将钢材进行退火处理，使其硬
度降低，以满足容易车、铣等加工工艺性能要求；加工好 后再进行渗碳淬火处理，使其强度、硬度提高，以满足耐 磨损等使用性能要求。
• 主要的物相分析手段有三种：x射线衍射(XRD)、 电子衍射及中子衍射。
2020/4/20
• （3）成分和价键分析 • 原理：核外电子的能级分布反应了原子的特征信息
。利用不同的入射波激发核外电子，使之发生层间 跃迁，在此过程中产生元素的特征信息。
• 按照出射信号的不同 ，成分分析手段可以 分为两类：x光谱和电 子能谱，出射信号分 别是x射线和电子。
2020/4/20
3、学习方法建议： • （1）认真做好学习过程的每一环节（听课、课后
消化及作业）； • （2）学习过程中多进行分析方法之间的比较和归
纳。 • （3）多阅读相关的参考教材和文献。
2020/4/20
参考资料
• 1、 周玉，《材料分析方法》,机械工业出版社 • 2、常铁军，《近代材料分析测试方法》，哈尔滨工
内部的微观组织结构所决定的。不同种类材料固 然具有不同的性能，即使是同一种材料经不同工 艺处理后得到不同的组织结构时，则具有不同的 性能。 • （结构是理解和控制性能的中心环节！）
2020/4/20
2、微观组织结构控制
• 通过一定的方法控制其显微组织形成条件，使其 形成预期的组织结构，从而具有所希望的性能。
• 电子显微技术就是应用电子显微镜和其它电子束 仪器来研究微观世界中的物质的组织形态、结构 、组成及变化规律的学科。
• 电子显微分析包括：
•
透射电子显微分析
•
扫描电子显微分析
•
电子探针显微分析
2020/4/20
• (1) 透射电子显微镜（简称透射电镜） • 透射电镜是采用透过薄膜样品的电子束成像来显
业大学出版社 • 3、 左演声，《材料现代分析方法》，北京工业大学
出版社 • 4、 王富耻，《材料现代分析测试方法》，北京理工
大学出版社 • 5、 谈育煦，《材料研究方法》，机械工业出版社 •等 • 6、相关期刊，如《材料研究学报》、《金属热处理
》、《机械工程材料》等。
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示样品内部组织形貌与结构的。
• 特点： • 可以在观察样品微观组织形态的同时，对所观察
的区域进行晶体结构鉴定(同位分析)； • 分辨率可达10-1nm，放大倍数可达106倍。
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• (2) 扫描电子显微镜（简称扫描电镜） • 扫描电镜是利用电子束在样品表面扫描激发出来
入射信号
（X射线、电子、离子、可见光）
反射信息
（X射线、电子、 可见光）
样品
吸收信息
（电子）
透射信息
（X射线、电子、可见光）
样品特征物理信息示意图
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2、材料分析方法的分类
• 按用途分为三类： • 组织形貌分析； • 物相分析；
• 成分和价键分析。
• (1) 组织形貌分析： • 借助各种显微技术，认识材料的微观结构。 • 表面形貌分析技术经历了光学显微镜(OM)、电子
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• 优点： •计算出样品的晶格参数可以达到很高的精度。
缺点： ①不能直观地观察晶体结构，必须进行分析； ②无法把形貌观察与晶体结构分析微观同位地结合 起来； ③ 常用的X射线衍射仪能分析样品的最小区域在毫 米数量级（由于X射线聚焦的困难）。
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2、电子显微分析
能和使用性能间相互关系的知识及这些知识的应 用。
• 材料科学与工程对生产、使用和发展材料具有指 导意义。
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• 材料科学与工程的四个基本要素： • • 材料的成分和结构、 • 制造工艺、 • 性能、 • 使用性能。
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一、材料的组织结构与性能
• 1、组织结构与性能的关系 • 结构决定性能。 • 即材料的性能(包括力学性能与物理性能)是由其
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1、材料分析方法的理论依据
• 除了个别研究手段(如扫描 探针显微镜)以外，基本上
是利用入射电磁波或物质波 (x射线、电子束、可见光等 )与材料作用，产生携带样
品信息的各种出射电磁波或 物质波(x射线、电子束、可 见光等)，探测这些出射的
信号，进行分析处理，即可
获得材料的组织、结构、成 分、价键等信息。
• （1）掌握X射线衍射仪、X射线应力测定仪、透射电镜、 扫描电镜、电子探针的基本原理、实验方法以及应用；
• （2）能与专门从事X射线衍射与电子显微分析工作的人 员共同制定试验方案与分析试验结果；
• （3）了解X射线光电子能谱仪、扫描隧道显微镜和原子 力显微镜的原理和应用；
• （4）在实际工作中能正确地选用本课程中介绍的仪器和 实验方法。
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绪论
一、材料的组织结构与性能 二、显微组织结构的内容 三、材料分析方法的基本原理和分类 四、显微组织结构与成分的传统分析测试方法 五、显微组织结构与成分的现代分析测试方法 六、本课程内容及要求
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• 材料科学与工程? • 是研究有关材料的成分、结构和制造工艺与其性
• 将扫描电镜与能谱仪结合来，则可以在观察微观 形貌的同时对该微观区域进行化学成分同位分析 。
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3、表面分析技术
• (1) 电子能谱分析
• 电子能谱分析是一种研究物质表面元素组成与离 子状态的表面分析技术。
• 基本原理：用一定的激发源照射样品，使样品中 原子或分子的电子受激发射，然后测量这些电子 的能量分布。通过与已知元素的原子或离子的不 同壳层电子的能量相比较，就可确定未知样品表 层中原子或离子的组成和状态。
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• 材料的整体的成分分析也不能满足材料研究的需要！ • 元素在钢中的分布不是绝对均匀的，即在微观上是不均匀
的。 • 由于微区成分的不均匀性造成了微观组织结构的不均匀性
，以致带来微观区域性能的不均匀性，这种不均匀性对材 料的宏观性能有重要的影响作用。
• 例如在淬火钢中，未溶碳化物附近的高碳区形成硬脆的片 状马氏体，而含碳量较低的区域则形成强而韧的板条马氏 体。片状马氏体在承载时往往易形成脆性裂纹源，并逐渐 扩展而造成断裂。
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二、显微组织结构的内容
• 材料的显微组织结构所涉及的内容大致如下： • ①显微化学成分(不同相的成分，基体与析出相的成分，
偏析等)； • ②晶体结构与晶体缺陷(面心立方、体心立方、位错、层
错等)： • ③晶粒大小与形态(等轴晶、柱状晶、枝晶等)； • ④相的成分、结构、形态、含量及分布(球、片、棒、沿
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五、显微组织结构与成分的 现代分析测试方法介绍
• 1、X射线衍射
• X射线衍射是利用X射线在晶体中的衍射现象来分 析材料的晶体结构、晶格参数、晶体缺陷(位错等 )、不同结构相的含量及内应力的方法。 • 是最常用的物相定性分析方法！
• 根据X射线与晶体样品产生衍射后的X射线信号的 特征去分析计算出样品的晶体结构与晶格参数。
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四、显微组织结构与成分的 传统分析测试方法
1、光学显微镜
• 优点： • ① 是最常用的也是最简单的观察材料显微组织的
工具。 • ② 能直观地反映材料样品的微观组织形态(如晶粒
大小，珠光体还是马氏体，焊接热影响区的组织 形态，铸造组织的晶粒形态等)。
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• 常用的两种分析方法：X射线光电子能谱、俄歇 电子能谱。