材料測試技術基礎-材料現(xiàn)代研究方法-緒論

材料測試技術基礎-材料現(xiàn)代研究方法-緒論第一頁，共23頁。考試方式平時成績×30%+考試成績×70%平時成績出勤率30%作業(yè)40%實驗30%第一頁第二頁，共23頁。學時安排理論學時：44時實驗學時：4時第二頁第三頁，共23頁。緒論1.材料現(xiàn)代分析方法的概念2.材料分析的內容及相應的分析方法3.材料分析的理論依據(jù)3.1組織形貌分析3.2相結構分析3.3成分和價鍵分析3.4分子結構分析4.本課程的結構5.本課程的特點第三頁第四頁，共23頁。

1.材料現(xiàn)代分析方法材料現(xiàn)代分析方法是關于材料分析測試技術及其有關理論的一門課程。成分、結構、加工和性能是材料科學與工程的四個基本要素，成分和結構從根本上決定了材料的性能，對材料的成分和結構的進行精確表征是材料研究的基本要求，也是實現(xiàn)性能控制的前提。第四頁第五頁，共23頁。2.材料分析的內容表面和內部組織形貌。包括材料的外觀形貌（如納米線、斷口、裂紋等）、晶粒大小與形態(tài)、各種相的尺寸與形態(tài)、含量與分布、界面（表面、相界、晶界）、位向關系（新相與母相、孿生相）、晶體缺陷（點缺陷、位錯、層錯）、夾雜物、內應力。晶體的相結構。各種相的結構，即晶體結構類型和晶體常數(shù)，和相組成?；瘜W成分和價鍵（電子）結構。包括宏觀和微區(qū)化學成份（不同相的成份、基體與析出相的成份）、同種元素的不同價鍵類型和化學環(huán)境。有機物的分子結構和官能團。第五頁第六頁，共23頁。四大類材料分析方法相應地，材料分析方法分可以分為為形貌分析、物相分析、成分與價鍵分析與分子結構分析四大類方法。基于其它物理性質或電化學性質與材料的特征關系建立的色譜分析、質譜分析、電化學分析及熱分析等方法也是材料現(xiàn)代分析的重要方法。但相對而言，上述四大類方法在材料研究中應用得更加頻繁，因此本教材側重介紹這四類常見的分析方法。第六頁第七頁，共23頁。3.材料分析的理論依據(jù)盡管材料分析手段紛繁復雜，但它們也具有共同之處。除了個別研究手段（如SPM）以外，基本上是利用入射電磁波或物質波（X射線、電子束、可見光、紅外光）與材料作用，產生攜帶樣品信息的各種出射電磁波或物質波（X射線、電子束、可見光、紅外光），探測這些出射的信號，進行分析處理，即可獲得材料的組織、結構、成分、價鍵信息。第七頁第八頁，共23頁。3.1組織形貌分析微觀結構的觀察和分析對于理解材料的本質至關重要，組織形貌分析借助各種顯微技術，認識材料的微觀結構。表面形貌分析技術經歷了光學顯微鏡(OM)、電子顯微鏡(SEM)、掃描探針顯微鏡(SPM)的發(fā)展過程，現(xiàn)在已經可以直接觀測到原子的圖像。第八頁第九頁，共23頁。三種組織分析手段的比較0.1110100100010000ｎｍ10.10.010.0010.000110

μｍ×10×100×1000×10000×100000×1000000×10000000觀察倍率掃描探針顯微鏡掃描電子顯微鏡光學顯微鏡分辨率第九頁第十頁，共23頁。OMNi-Cr合金的鑄造組織第十頁第十一頁，共23頁。SEM第十一頁第十二頁，共23頁。SPM云母的表面原子陣列第十二頁第十三頁，共23頁。3.2物相分析

利用衍射分析的方法探測晶格類型和晶胞常數(shù)，確定物質的相結構。主要的物相分析的手段有三種：x射線衍射(XRD)、電子衍射(ED)及中子衍射(ND)。其共同的原理是：利用電磁波或運動電子束、中子束等與材料內部規(guī)則排列的原子作用產生相干散射，獲得材料內部原子排列的信息，從而重組出物質的結構。第十三頁第十四頁，共23頁。XRD理學D/max2000自動X射線儀圖2鋯英石為主晶相的X射線譜t-ZrO2ZrSiO4第十四頁第十五頁，共23頁。TEM第十五頁第十六頁，共23頁。3.3成分和價鍵分析

大部分成分和價鍵分析手段都是基于同一個原理，即核外電子的能級分布反應了原子的特征信息。利用不同的入射波激發(fā)核外電子，使之發(fā)生層間躍遷、在此過程中產生元素的特征信息。按照出射信號的不同，成分分析手段可以分為兩類：X光譜和電子能譜，出射信號分別是X射線和電子。X光譜包括X射線熒光光譜(XFS)和電子探計X射線顯微分析（EPMA）兩種技術，電子能譜包括X射線光電子能譜(XPS)、俄歇電子能譜(AES)、電子能量損失譜(EELS)等分析手段。第十六頁第十七頁，共23頁。EPMA島津EPMA-1600第十七頁第十八頁，共23頁。EDS應用舉例浸炭不良部不良品良品ＣＳｉ不良品良品齒輪疲勞失效，是由于滲碳處理不均勻，根本原因在于硅的偏聚。第十八頁第十九頁，共23頁。XPS第十九頁第二十頁，共23頁。3.4分子結構分析利用電磁波與分子鍵和原子核的作用，獲得分子結構信息。紅外光譜（IR）、拉曼光譜（Raman）、熒光光譜（PL）等是利用電磁波與分子鍵作用時的吸收或發(fā)射效應，而核磁共振（NMR）則是利用原子核與電磁波的作用來獲得分子結構信息的。第二十頁第二十一頁，共23頁。4.本課程的結構本教材分為四部分，分別為組織形貌分析、晶體物相分析、成分和價鍵