材料分析方法0～緒論

1、 歷史上，人們把材料作為人類進步的里程碑，如歷史上，人們把材料作為人類進步的里程碑，如“石器時代石器時代”、“銅器時代銅器時代”和和“鐵器時代鐵器時代”等等（如（如圖）圖）。到了。到了20世紀世紀60年代，人們把材料、信息與能源譽年代，人們把材料、信息與能源譽為當代文明的三大支柱；為當代文明的三大支柱；70年代又把新型材料、信息技年代又把新型材料、信息技術和生物技術認為是新技術革命的主要標志。這都說明術和生物技術認為是新技術革命的主要標志。這都說明材料的發(fā)展與社會文明的進步有著十分密切的關系。材料的發(fā)展與社會文明的進步有著十分密切的關系。七個時代造就材料輝煌七個時代造就材料輝煌 材料雖然這樣重

2、要，發(fā)展也很快，但就研究材料整體來說，認為它材料雖然這樣重要，發(fā)展也很快，但就研究材料整體來說，認為它已構成為一門學科，還是近已構成為一門學科，還是近30多年的事，那就是多年的事，那就是20世紀世紀50年代末，年代末，60年年代初，美國學者首先提出材料科學這個名詞。代初，美國學者首先提出材料科學這個名詞。 由于材料的獲得由于材料的獲得、質量的改進使材料成為人們可用的器件或構件都質量的改進使材料成為人們可用的器件或構件都離不開生產工藝和制造技術等工程知識，所以人們往往把離不開生產工藝和制造技術等工程知識，所以人們往往把“材料科學材料科學”與與“工程工程”相提并論，而稱為相提并論，而稱為“材料科學

3、與工程材料科學與工程”。這里的材料包括金。這里的材料包括金屬材料、陶瓷材料（無機非金屬材料）、有機高分子材料以及由幾種材屬材料、陶瓷材料（無機非金屬材料）、有機高分子材料以及由幾種材料組合在一起的復合材料。料組合在一起的復合材料。 材料科學與工程是研究材料組成、結構、性能、合成或生產流程和材料科學與工程是研究材料組成、結構、性能、合成或生產流程和材料使用效能及它們之間關系的科學與技術。材料使用效能及它們之間關系的科學與技術。 廣義的說，材料科學與工程（廣義的說，材料科學與工程（MSE）是研究材料是研究材料結構結構/性質性質/工藝工藝/性性能（能（structure/properties/pro

4、cessing/performance）間關系的學科，具體間關系的學科，具體主要是解釋或控制以下四個方面的問題（材料科學與工程的四要素的關主要是解釋或控制以下四個方面的問題（材料科學與工程的四要素的關系圖）：系圖）： 材料的四要素材料的四要素 原子原子排列方式排列方式 結合鍵結合鍵 原子結構原子結構 顯微組織顯微組織性性 質質結構結構/ /成分成分合成合成/ /制備制備效效 能能 從材料的內部結構，可分為四個層次從材料的內部結構，可分為四個層次：組成與結構：組成與結構：從宏觀、微觀及介觀尺度上從宏觀、微觀及介觀尺度上（annoy-、memo-、micro-、macro-scale）考慮原考慮原

5、子及其排列。（金屬學）子及其排列。（金屬學）合成與制備：合成與制備：即原子的特定排列。即原子的特定排列。性質：性質：由原子及其排列決定的材料特性或有用性。由原子及其排列決定的材料特性或有用性。使用性能：使用性能：在生產實際中的有用性，包括經濟、在生產實際中的有用性，包括經濟、環(huán)境及社會的因素。環(huán)境及社會的因素。 考慮在四要素中的組成考慮在四要素中的組成/結構并非同義詞，即相同成分結構并非同義詞，即相同成分或組成通過不同的合成或加工方法，可以得出不同的結構，或組成通過不同的合成或加工方法，可以得出不同的結構，從而材料的性質或使用效能都不會相同。從而材料的性質或使用效能都不會相同。 因此，我國有人

6、提出一個五個基本要素的模型，即因此，我國有人提出一個五個基本要素的模型，即成成分（分（composition）、合成合成/加工（加工（synthesis/processing）、結構（結構（structure）、性質（性質（properties）和和使用效能使用效能（performance）。 如果把它們連接起來，則形成一個六面體如果把它們連接起來，則形成一個六面體（hexahedron），），如下圖如下圖性質性質受環(huán)境影響受環(huán)境影響（氣氛溫度受力狀態(tài)）（氣氛溫度受力狀態(tài)）組織組織結構結構效能效能（使用性能）（使用性能）合成合成/ /制備制備成分成分理論及理論及材料與工藝設計材料與工藝設計 在

7、實際應用中，材料更被分為很多不同的種類，如金在實際應用中，材料更被分為很多不同的種類，如金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料、復合材料、屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料、復合材料、生物材料等等不一而足。生物材料等等不一而足。 各行業(yè)對材料的要求不盡相同，其對材料性能的關注各行業(yè)對材料的要求不盡相同，其對材料性能的關注也不相同，提出問題的角度和解決問題的思路更是不相同。也不相同，提出問題的角度和解決問題的思路更是不相同。 由于不同國家地區(qū)技術發(fā)展水平不同，其對材料的使由于不同國家地區(qū)技術發(fā)展水平不同，其對材料的使用要求也很不相同。用要求也很不相同。 正因為材料科學覆蓋面廣泛，又處于各傳

8、統(tǒng)學科交叉正因為材料科學覆蓋面廣泛，又處于各傳統(tǒng)學科交叉邊緣，所以有關材料科學技術信息的分布也是很雜亂的，邊緣，所以有關材料科學技術信息的分布也是很雜亂的，這就給有關材料科學技術的信息收集、整理與分析帶來更這就給有關材料科學技術的信息收集、整理與分析帶來更大的難度。大的難度。 20世紀以來，學科運動中的分化與綜合速度比世紀以來，學科運動中的分化與綜合速度比以往任何時候都迅速，新學科層出不窮。特別是隨以往任何時候都迅速，新學科層出不窮。特別是隨著科學技術的發(fā)展，交叉學科作為一個新的學科增著科學技術的發(fā)展，交叉學科作為一個新的學科增長點已成為學科增長的主流。長點已成為學科增長的主流。 一門新學科的

9、建立，必須有本學科特有的定義一門新學科的建立，必須有本學科特有的定義和研究對象；必須有經過精心研究而建立起來的理和研究對象；必須有經過精心研究而建立起來的理論體系；必須有能回答新問題、新情況、新挑戰(zhàn)的論體系；必須有能回答新問題、新情況、新挑戰(zhàn)的邏輯起點和學科方法，以及展現(xiàn)新的發(fā)展領域和科邏輯起點和學科方法，以及展現(xiàn)新的發(fā)展領域和科學層次的能力。學層次的能力。 以金屬材料為例，在英、美等國，研究它的科以金屬材料為例，在英、美等國，研究它的科學叫學叫“Metallurgy”，包括兩個定義包括兩個定義:vMetallurgy是一門學科，從事于從礦石中提取是一門學科，從事于從礦石中提取金屬，精煉及提純

10、金屬，從金屬制備有用物品，譯金屬，精煉及提純金屬，從金屬制備有用物品，譯為為“冶金學冶金學”；vMetallurgy是一門科學，它從宏觀到原子的層是一門科學，它從宏觀到原子的層次研究金屬結構與性能間的關系，宜譯為次研究金屬結構與性能間的關系，宜譯為“金屬金屬學學”。 大學專業(yè)的設置，反映了學科的發(fā)展和變遷。大學專業(yè)的設置，反映了學科的發(fā)展和變遷。 40年代初：年代初：礦冶專業(yè)礦冶專業(yè) （分）采礦和冶金兩個專業(yè)；（分）采礦和冶金兩個專業(yè)； 以后：以后：冶金冶金 （分）物理冶金（金屬錠到制品）和化學冶（分）物理冶金（金屬錠到制品）和化學冶金（礦石到金屬錠）；金（礦石到金屬錠）； 再以后：再以后：物

11、理冶金物理冶金 （分）力學冶金（金屬力學性能），（分）力學冶金（金屬力學性能），正如力學從物理中分出一樣。正如力學從物理中分出一樣。 學科獨立而出，它又趨向于與它密切相關的基礎科學的結合，學科獨立而出，它又趨向于與它密切相關的基礎科學的結合，發(fā)展成為基礎科學的應用部分。發(fā)展成為基礎科學的應用部分。 中文中文“冶金冶金”與英文與英文“Metallurgy”相對應，若狹義的相對應，若狹義的“冶金冶金”理解為理解為“冶煉金屬冶煉金屬”，那么冶金學的三個分支也可命名為：，那么冶金學的三個分支也可命名為： 化學冶金化學冶金 金屬化學金屬化學 物理冶金物理冶金 金屬物理金屬物理 力學冶金力學冶金 金屬力學

12、金屬力學 關于材料科學與工程（關于材料科學與工程（MSE），），從已知從已知“材料材料”定義，答復什么是定義，答復什么是“科學科學”，什么是，什么是“工程工程”？ 科學科學對于現(xiàn)象的觀察、描述、確認、實驗研究及理論解釋，叫對于現(xiàn)象的觀察、描述、確認、實驗研究及理論解釋，叫科學科學。 工程工程將科學原理應用到實際目標，如設計、組裝、運轉經濟而將科學原理應用到實際目標，如設計、組裝、運轉經濟而有效的結構、設備或系統(tǒng)，叫有效的結構、設備或系統(tǒng)，叫工程工程。 將材料作為研究對象的材料科學和材料工程。便有如下相應的定義：將材料作為研究對象的材料科學和材料工程。便有如下相應的定義： 材料科學材料科學是一門

13、科學，它從事材料本質的發(fā)現(xiàn)、分析和了解的是一門科學，它從事材料本質的發(fā)現(xiàn)、分析和了解的研究。它的目的在于提供材料結構的統(tǒng)一描繪或模型以及解釋這種結構研究。它的目的在于提供材料結構的統(tǒng)一描繪或模型以及解釋這種結構與材料性能之間的關系。與材料性能之間的關系。 材料工程材料工程是工程的一個領域，其目的在于經濟地，而又為社會是工程的一個領域，其目的在于經濟地，而又為社會所能接受地控制材料的結構、性能和形狀。所能接受地控制材料的結構、性能和形狀。 比較上述兩個定義可知：材料科學的核心問題是結構，有什么樣的比較上述兩個定義可知：材料科學的核心問題是結構，有什么樣的結構，就有什么樣的性能，結構，就有什么樣的

14、性能， “不計成本不計成本” ；而材料工程則要全面考慮；而材料工程則要全面考慮前述的材料的前述的材料的五個判據(jù)（資源、能源、環(huán)境、經濟、性能）五個判據(jù)（資源、能源、環(huán)境、經濟、性能）。 作為作為MSE整體，美國整體，美國MSE調查委員會（調查委員會（COMAT）給出如下定義：給出如下定義： MSE是關于材料成分、結構、工藝和它們的性能與用途之間有關的是關于材料成分、結構、工藝和它們的性能與用途之間有關的知識和應用的科學。知識和應用的科學。 對于對于Metallurgy（材料學），顧名思義，可定義如下：材料學），顧名思義，可定義如下： 研究材料的學科叫材料學。研究材料的學科叫材料學。 顯然，這一

15、定義的內涵比顯然，這一定義的內涵比“材料科學、材料工程與材料科學、材料工程與MSE”三者均少。三者均少。 自然現(xiàn)象有自然現(xiàn)象有“宏觀宏觀”與與“微觀微觀”之分，這兩個概念移用于經濟學，之分，這兩個概念移用于經濟學，在在20世紀世紀6070年代，美國經濟學界風靡一時地將經濟學分為年代，美國經濟學界風靡一時地將經濟學分為“宏觀經宏觀經濟學濟學(Macro-economics)”與與“微觀經濟學（微觀經濟學（Micro-economics）”。前者前者著眼于分析整個國民經濟活動；后者則側重于分析單個經濟單位。著眼于分析整個國民經濟活動；后者則側重于分析單個經濟單位。 “材料學的體系材料學的體系”及及

16、“材料的應用與發(fā)展材料的應用與發(fā)展” 1引論引論10展望展望9系統(tǒng)系統(tǒng)8科研科研6經濟經濟7選用選用宏觀材料學宏觀材料學材料學材料學2失效失效3性能性能4結構結構5工藝工藝微觀材料學微觀材料學材料按空間尺度從大到小有：宇觀材料按空間尺度從大到小有：宇觀宏觀宏觀細觀細觀微觀微觀介觀介觀 材料科學與工程材料科學與工程 宏觀材料學宏觀材料學（Macro-Materialogy）著眼于從整體著眼于從整體上分析材料問題。即以材料的整體作為研究對象上分析材料問題。即以材料的整體作為研究對象系統(tǒng)系統(tǒng),考慮它與環(huán)境（自然的及社會的）之間的交互作用；分析在考慮它與環(huán)境（自然的及社會的）之間的交互作用；分析在環(huán)境

17、的作用下環(huán)境的作用下,材料內部宏觀組元（各類材料、各種材料）材料內部宏觀組元（各類材料、各種材料）的自組織問題。的自組織問題。 微觀材料學微觀材料學（Micro-Materialogy）著眼于材料在著眼于材料在自然環(huán)境（力、熱、電、磁、光、化學等）作用下所表現(xiàn)出自然環(huán)境（力、熱、電、磁、光、化學等）作用下所表現(xiàn)出來的各種來的各種行為行為（即性能）（即性能）,以及這些行為與材料內部結構之以及這些行為與材料內部結構之間的關系。間的關系。 “行為行為”材料的性能材料的性能,用于表征材料在給定外界條件用于表征材料在給定外界條件下的行為。下的行為。 環(huán)境環(huán)境e(Enviroment)、結構結構S(Str

18、ucture)、性能性能P(Property)，從哲學角度考慮，從哲學角度考慮，e及及S分別是事物變分別是事物變化的外因及內因，化的外因及內因，P是變化的結果。從這三個基礎概是變化的結果。從這三個基礎概念，可總結出兩個基本方程：念，可總結出兩個基本方程： P = f(e，S) S = E，RE事物（或系統(tǒng)）內組元（事物（或系統(tǒng)）內組元（Element）的集合。的集合。R組元間關系（組元間關系（Relationship）的集合。的集合。礦礦礦冶礦冶地質地質化工化工高分子高分子陶瓷陶瓷采礦采礦冶金冶金物冶物冶化冶化冶化學化學力冶力冶物冶物冶社會科學社會科學力學力學物理物理MSE材材料料學學1879

19、18881937188819751986198919371966時間時間(年年) 學科名稱學科名稱 18651879 地質與采礦工程地質與采礦工程 18791884 采礦工程采礦工程 18841888 采礦工程采礦工程(地質、采礦、冶金地質、采礦、冶金) 18881890 采礦與冶金采礦與冶金 18901927 采礦工程與冶金采礦工程與冶金 19271937 采礦與冶金采礦與冶金 19371966 冶金冶金 19661975 冶金與材料科學冶金與材料科學 1975至今至今 材料科學與工程材料科學與工程(MSE) 物理金屬學向金屬材料物理金屬學向金屬材料系統(tǒng)科學轉變階段系統(tǒng)科學轉變階段 物理金屬

20、學成熟物理金屬學成熟階段階段 物理金屬學生長階物理金屬學生長階段段 物理金屬學孕育階物理金屬學孕育階段段 分解論向系統(tǒng)論轉變期分解論向系統(tǒng)論轉變期 分解論盛期分解論盛期 分解論初期分解論初期 樸素整體論時期樸素整體論時期 1980 19001980 19世紀世紀 19世紀以前世紀以前 化學冶金學化學冶金學 金相學金相學 金相電子顯微鏡金相電子顯微鏡 冶金學冶金學 宏觀熱力宏觀熱力 材料表面與界面科學材料表面與界面科學 物理冶金學物理冶金學 學及相圖學及相圖 合金統(tǒng)計熱力學及相圖計算合金統(tǒng)計熱力學及相圖計算 粒子光學粒子光學 晶體學晶體學 晶體晶體X射線衍射學射線衍射學 多功能電子顯微鏡多功能電

21、子顯微鏡 材料力學材料力學 彈性、塑性及斷裂力學彈性、塑性及斷裂力學 電子微區(qū)探針分析器電子微區(qū)探針分析器 金屬與合金電子理論金屬與合金電子理論 場離子發(fā)射顯微鏡場離子發(fā)射顯微鏡 晶體的缺陷及位錯理論晶體的缺陷及位錯理論 場電子發(fā)射顯微鏡場電子發(fā)射顯微鏡 固體中原子擴散及相變理論固體中原子擴散及相變理論 材料的物理性質理論材料的物理性質理論 （電、磁、熱、光等）（電、磁、熱、光等） 結構材料結構材料 ：多用金屬材料：多用金屬材料功能材料：多用陶瓷材料、高分子材料功能材料：多用陶瓷材料、高分子材料金屬材料（黑色金屬、有色金屬）金屬材料（黑色金屬、有色金屬）陶瓷材料陶瓷材料 （工程陶瓷、結構陶瓷）

22、（工程陶瓷、結構陶瓷） 復合材料復合材料 高分子材料（塑料、合成纖維、橡膠、涂料等）高分子材料（塑料、合成纖維、橡膠、涂料等） 金屬材料金屬材料：良好的力學性能和理化性能，較好的加工：良好的力學性能和理化性能，較好的加工工藝性能，價格便宜或適中，性能覆蓋面大、廣泛。但資工藝性能，價格便宜或適中，性能覆蓋面大、廣泛。但資源有限，特殊環(huán)境下，金屬不能勝任。源有限，特殊環(huán)境下，金屬不能勝任。 陶瓷材料陶瓷材料：優(yōu)良的理化性能，極好的耐高溫性能，但：優(yōu)良的理化性能，極好的耐高溫性能，但脆，加工性能差，高級陶瓷材料昂貴，可靠性差。脆，加工性能差，高級陶瓷材料昂貴，可靠性差。 高分子材料高分子材料：高彈性

23、，耐磨性好，原料豐富。但導電：高彈性，耐磨性好，原料豐富。但導電導熱性差，強度低，不耐高溫，易老化、易燃燒。導熱性差，強度低，不耐高溫，易老化、易燃燒。 復合材料復合材料：具有單一材料的復合性能，可按需要進行：具有單一材料的復合性能，可按需要進行人為的設計制造。但低檔、高檔多，缺少中擋。人為的設計制造。但低檔、高檔多，缺少中擋。趨勢趨勢：三足鼎立；由于科技的發(fā)展，金屬材料的地位，與三足鼎立；由于科技的發(fā)展，金屬材料的地位，與2020世紀相比有所下降；傳統(tǒng)材料的地位難以被取代。世紀相比有所下降；傳統(tǒng)材料的地位難以被取代。各種材料的特征各種材料的特征 何為何為“材料材料”？材料是一類？材料是一類有

24、用有用的的物質物質。 (肖紀美語肖紀美語) 這里這里“有用有用”即指材料的某一種可為人類所利用的即指材料的某一種可為人類所利用的“性能性能”，而，而性能必然與物質的性能必然與物質的“結構結構”密切相關。那么，材料不言而喻就是探討密切相關。那么，材料不言而喻就是探討“某種材料的結構與性能之間的關系某種材料的結構與性能之間的關系”。當然，研究之目的并非僅是。當然，研究之目的并非僅是揭示其關系或機制，更重要的在于控制揭示其關系或機制，更重要的在于控制“結構結構”得到人們所期望的得到人們所期望的“性能性能”。(1)顯微化學成分顯微化學成分(不同相的成分，基體與析出相的成分，偏析等不同相的成分，基體與析

25、出相的成分，偏析等)(2)晶體結構與晶體缺陷晶體結構與晶體缺陷(面心立方、體心立方、位錯、層錯等面心立方、體心立方、位錯、層錯等)(3)晶粒大小與形態(tài)晶粒大小與形態(tài)(等軸晶、柱狀晶、枝晶等等軸晶、柱狀晶、枝晶等)(4)相的成分、結構、形態(tài)、含量及分布相的成分、結構、形態(tài)、含量及分布(球、片、棒、沿晶界聚集或球、片、棒、沿晶界聚集或均勻分布等均勻分布等)(5)界面界面(表面、相界與晶界表面、相界與晶界)(6)位向關系位向關系(慣習面、孿生面、新相與母相慣習面、孿生面、新相與母相)(7)夾雜物夾雜物(8)內應力內應力(畸變內應力或組織應力、噴丸表面、焊縫熱影響區(qū)等畸變內應力或組織應力、噴丸表面、焊

26、縫熱影響區(qū)等)電磁波電磁波粒子束粒子束 由于遵從布拉格衍射定律，兩者由于遵從布拉格衍射定律，兩者一樣的，即波一樣的，即波- -粒二象性粒二象性 如用如用X射線衍射分析射線衍射分析(XRD)進行晶體結構分進行晶體結構分析析,只能對毫米級、不能對微米及納米級微區(qū)進行只能對毫米級、不能對微米及納米級微區(qū)進行分析分析,無法把形貌觀察與晶體結構分析微觀同位地無法把形貌觀察與晶體結構分析微觀同位地結合起來。結合起來。 （2 2）電子衍射：）電子衍射：對薄膜對薄膜.薄晶的結構分析要用電子薄晶的結構分析要用電子衍射衍射.而不能用而不能用XRD測定。測定。 （1 1）(3)(3)中子衍射：中子衍射： 采用中子源

27、用于氫元素采用中子源用于氫元素(H、Li)等的探測等的探測,但但造價高。造價高。(4)(4)高分辨率電子顯微鏡：高分辨率電子顯微鏡： 常用于測定晶格的微觀分析方法。常用于測定晶格的微觀分析方法。(5)(5)場離子電子顯微鏡：場離子電子顯微鏡： 能清晰地顯示樣品表層的原子排列和缺陷能清晰地顯示樣品表層的原子排列和缺陷, ,在研究原子的位置、大小方面很有優(yōu)勢。在研究原子的位置、大小方面很有優(yōu)勢。v 最常用的也是最簡單的觀察材料顯微組織的工具，最常用的也是最簡單的觀察材料顯微組織的工具，v 能直觀地反映材料樣品的組織形態(tài)能直觀地反映材料樣品的組織形態(tài)(如晶粒大小、珠光體還是馬氏體、如晶粒大小、珠光體

28、還是馬氏體、焊接熱影響區(qū)的組織形態(tài)、鑄造組織的晶粒形態(tài)等焊接熱影響區(qū)的組織形態(tài)、鑄造組織的晶粒形態(tài)等) v 分辨率低（約分辨率低（約200nm），），放大倍率低（約放大倍率低（約1000倍即倍即103倍）為可見倍）為可見光源，玻璃透鏡。因此只能觀察到光源，玻璃透鏡。因此只能觀察到102 nm尺寸級別的組織結構，而對于尺寸級別的組織結構，而對于更小的組織形態(tài)與單元更小的組織形態(tài)與單元(如位錯、原子排列如位錯、原子排列)則無能為力。則無能為力。v 光學顯微鏡只能觀察表面形態(tài)而不能觀察材料內部的組織結構，更光學顯微鏡只能觀察表面形態(tài)而不能觀察材料內部的組織結構，更不能對所觀察的顯微組織進行同位微區(qū)成

29、分分析。不能對所觀察的顯微組織進行同位微區(qū)成分分析。 進行幾千個原子的晶粒大小、表面形態(tài)、相的形成等分析進行幾千個原子的晶粒大小、表面形態(tài)、相的形成等分析。 XRD,是利用是利用X-Ray在晶體中的衍射現(xiàn)象來分析材料的晶體結構、在晶體中的衍射現(xiàn)象來分析材料的晶體結構、晶格參數(shù)、晶體缺陷晶格參數(shù)、晶體缺陷(位錯等位錯等)、不同結構相的含量以及內應力的方法。、不同結構相的含量以及內應力的方法。 這種方法是建立在一定的晶體結構模型基礎上的間接方法。即根這種方法是建立在一定的晶體結構模型基礎上的間接方法。即根據(jù)與晶體樣品產生衍射據(jù)與晶體樣品產生衍射X-Ray信號的特征去分析計算出樣品的晶體結構信號的特

30、征去分析計算出樣品的晶體結構與晶格參數(shù)，并可以達到很高的精度。與晶格參數(shù)，并可以達到很高的精度。 然而然而,由于它不是像顯微鏡那樣直接可見的觀察，因此也無法把形由于它不是像顯微鏡那樣直接可見的觀察，因此也無法把形貌觀察與晶體結構分析微觀同位地結合起來。貌觀察與晶體結構分析微觀同位地結合起來。 由于由于X-Ray聚焦的困難，所能分析樣品的最小區(qū)域聚焦的困難，所能分析樣品的最小區(qū)域(光斑光斑)在在“毫米毫米”數(shù)量級，因此對微米、納米級微觀區(qū)域的選擇性分析也是無能為力的。數(shù)量級，因此對微米、納米級微觀區(qū)域的選擇性分析也是無能為力的。 EM是用高能電子束作光源，用磁場做透鏡制造的具有是用高能電子束作光

31、源，用磁場做透鏡制造的具有高分辨率和高放大倍數(shù)的電子光學顯微鏡。高分辨率和高放大倍數(shù)的電子光學顯微鏡。(1).透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡(TEM，Transmission Electron Microscope)v TEM是采用透過薄膜樣品的電子束成像來顯示樣品內是采用透過薄膜樣品的電子束成像來顯示樣品內部組織形態(tài)與結構的。部組織形態(tài)與結構的。v 可以在觀察樣品微觀組織形態(tài)的同時，對所觀察的區(qū)可以在觀察樣品微觀組織形態(tài)的同時，對所觀察的區(qū)域進行晶體結構鑒定域進行晶體結構鑒定同位分析。同位分析。v TEM最早由德國發(fā)明。其分辨率為最早由德國發(fā)明。其分辨率為10-1nm，放大率放大率 106倍倍

32、(100萬萬)，但制樣困難。，但制樣困難。(2).掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡(SEM，Scanning Electron Microscope) SEM是利用電子束在樣品表面掃描激發(fā)出來代表樣品是利用電子束在樣品表面掃描激發(fā)出來代表樣品表面特征的信號成像的。表面特征的信號成像的。 最常用來觀察樣品表面形貌（斷口等），還可觀察樣品最常用來觀察樣品表面形貌（斷口等），還可觀察樣品表面的成分分布情況。表面的成分分布情況。 法國最早，法國最早，60年代開始。分辨率可達年代開始。分辨率可達 1nm，放大倍數(shù)可放大倍數(shù)可達達 2105倍倍(10萬倍萬倍)。（3）.電子探針顯微分析電子探針顯微分析(EPM

33、A，Electron Probe Micro-Analysis) EMPA是利用聚焦的超細的電子束打在樣品的微觀區(qū)域，是利用聚焦的超細的電子束打在樣品的微觀區(qū)域，激發(fā)出樣品該微區(qū)的特征激發(fā)出樣品該微區(qū)的特征X-Ray，分析其分析其X-Ray的波長和強的波長和強度來確定樣品的微觀區(qū)域的化學成分。度來確定樣品的微觀區(qū)域的化學成分。 將掃描電鏡（將掃描電鏡（SEM）與電子探針顯微分析（與電子探針顯微分析（EPMA）結結合起來，則可在觀察微觀形貌的同時對該微觀區(qū)域進行化合起來，則可在觀察微觀形貌的同時對該微觀區(qū)域進行化學成分同位分析。學成分同位分析。(4).掃描透射電子顯微鏡掃描透射電子顯微鏡(STE

34、M，Scanning Transmission Electron Microscope) STEM同時具有同時具有SEM和和TEM的雙重功能。的雙重功能。 若配上電子探針附件若配上電子探針附件(分析電鏡分析電鏡)則可實現(xiàn)對微觀區(qū)域則可實現(xiàn)對微觀區(qū)域的組織形貌觀察，晶體結構鑒定和化學成分測試的組織形貌觀察，晶體結構鑒定和化學成分測試“三位一三位一體體”的同位分析。的同位分析。 (5).超高壓透射電子顯微鏡超高壓透射電子顯微鏡 可用于較厚的樣品?？捎糜谳^厚的樣品。(6).場離子電子顯微鏡場離子電子顯微鏡 包括掃描隧道顯微鏡包括掃描隧道顯微鏡STM(在在1981年由年由Dr.Gerd Binnig發(fā)

35、發(fā)明，垂直方向分辨率達明，垂直方向分辨率達0.01nm，水平方向分辨率達水平方向分辨率達0.1nm,由由此于此于1986年獲諾貝爾物理獎）、掃描探針年獲諾貝爾物理獎）、掃描探針(SPM)、掃描近場掃描近場光學顯微鏡。光學顯微鏡。 觀察微觀形貌的同時對該微觀區(qū)域進行化學成分同位分觀察微觀形貌的同時對該微觀區(qū)域進行化學成分同位分析。析。 1986年由年由Dr.Gerd Binnig發(fā)明原子力顯微鏡?？蓽y量表面發(fā)明原子力顯微鏡?？蓽y量表面原子間的力，測量表面的彈性、塑性、硬度、摩擦力等性質。原子間的力，測量表面的彈性、塑性、硬度、摩擦力等性質。 (1) X射線熒光分析射線熒光分析(2) 原子吸收光譜

36、原子吸收光譜(3) 質譜分析質譜分析(4) 中子活化分析中子活化分析(5) 電子探針和質子探針電子探針和質子探針(6) 俄歇電子譜俄歇電子譜AES(7) 光電子譜儀光電子譜儀(8) 二次粒子質譜二次粒子質譜 化學分析只能給出一塊試樣材料的平均成分化學分析只能給出一塊試樣材料的平均成分(所含每種元素的平均含量所含每種元素的平均含量)，并可以達到很高的分，并可以達到很高的分析精度，但不能給出所含元素的分布情況析精度，但不能給出所含元素的分布情況(如偏析，如偏析，同一元素在不同相中的含量等同一元素在不同相中的含量等)。 光譜分析給出的結果也是樣品的平均成分。光譜分析給出的結果也是樣品的平均成分。 實

37、際上，微區(qū)成分不均勻性（元素在鋼中的微實際上，微區(qū)成分不均勻性（元素在鋼中的微觀不均勻性）觀不均勻性） 微觀結構不均勻性微觀結構不均勻性 微區(qū)性能不微區(qū)性能不均勻性均勻性 決定材料宏觀性能。決定材料宏觀性能。 如力學性能、物理性能的測定。如力學性能、物理性能的測定。 采用超高壓、超高溫、極低溫采用超高壓、超高溫、極低溫等，是目前比較熱門的研究方向。等，是目前比較熱門的研究方向。 表面成分的快速分析表面成分的快速分析研究樣品表面組成和結構研究樣品表面組成和結構量子化學的研究量子化學的研究 由激發(fā)源發(fā)出的具有一定能量的由激發(fā)源發(fā)出的具有一定能量的X-Ray、電子束、紫外光、離子電子束、紫外光、離子束或中子束作用于樣品表面時，可將樣品表面原子中不同能級的電子束或中子束作用于樣品表面時，可將樣品表面原子中不同能級的電子激發(fā)出來，產