材料測試方法--教學(xué)大綱+課程簡介(關(guān)慶豐)

1、材料測試方法Analysis and Measurement Technique for Materials課程編號(hào)： 07310050學(xué) 分： 3.0學(xué) 時(shí)： 46 （其中：講課學(xué)時(shí)： 40 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 6 上機(jī)學(xué)時(shí)： 0 ） 先修課程： 金屬學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、大學(xué)物理 適用專業(yè)： 金屬材料工程、材料成型及控制專業(yè)工程、材料物理教材： 材料分析測試技術(shù) , 周玉、武高輝編，機(jī)械工業(yè)出版社， 2012年 1 月第 3 版開課學(xué)院 ：材料科學(xué)與工程學(xué)院一、 課程的性質(zhì)與任務(wù)材料分析測試技術(shù) 是材料科學(xué)與工程學(xué)科各專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課， 主 要介紹 X 射線衍射分析和電子顯微分析的基本理論及在材料

2、內(nèi)部微觀組織、 結(jié)構(gòu) 分析的基本原理、 設(shè)備及其試驗(yàn)方法。 課程的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握材料分析測 試技術(shù)中的 X 射線衍射和電子顯微分析技術(shù)的基礎(chǔ)理論， 初步具備各種實(shí)驗(yàn)的方 法和基本技能，從而為材料科學(xué)領(lǐng)域廣泛涉及的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)的表征提供必要的 研究測試方法。 應(yīng)用 X射線衍射方法進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)的測定、 物相分析、 宏觀應(yīng)力 測定；掌握透射電鏡的復(fù)型和薄膜制備技術(shù)及電子衍射的原理， 應(yīng)用電子衍射對(duì) 材料進(jìn)行微觀組織結(jié)構(gòu)的分析， 應(yīng)用掃描電鏡和電子探針對(duì)材料進(jìn)行表面形貌及 成分進(jìn)行分析。二、 課程的內(nèi)容及要求（一）、X射線物理學(xué)基礎(chǔ)1、教學(xué)內(nèi)容1）本課程的性質(zhì)、研究對(duì)象與方法、目的、任務(wù)。2）X

3、射線的發(fā)現(xiàn)及 X射線衍射方面的背景知識(shí)。3）X射線的本質(zhì)、產(chǎn)生及 X射線管。4）X射線譜、 X射線與物質(zhì)的相互作用、安全防護(hù)等。2、基本要求1）本課程的性質(zhì)以及在材料科學(xué)中的作用。2）X射線的本質(zhì)特性（波粒二象性） ， X射線產(chǎn)生條件及 X 光管的結(jié)構(gòu)。3）連續(xù) X射線譜及特征 X 射線譜的產(chǎn)生規(guī)律及解釋。4）X射線與物質(zhì)的相互作用的散射、吸收、光電效應(yīng)基本概念和規(guī)律3、重難點(diǎn)1）連續(xù) X射線譜及特征 X 射線譜的產(chǎn)生規(guī)律 .2）X射線與物質(zhì)的相互作用的散射、吸收、光電效應(yīng)（二）、X射線衍射方向1、教學(xué)內(nèi)容1）幾何晶體學(xué)簡單回顧。2）勞埃方程。3）布拉格方程。4）X 射線衍射方法。5）倒易點(diǎn)陣

4、與厄瓦爾德圖解。2、基本要求1）掌握勞埃方程、布拉格方程和產(chǎn)生衍射的條件。2）掌握倒易點(diǎn)陣的定義、倒易矢量的定義、性質(zhì)及在衍射中的應(yīng)用。3）掌握布拉格方程的厄瓦爾德反射球圖解法。4）掌握常用三種衍射方法：勞埃法、轉(zhuǎn)晶法、粉末法的工作原理及倒易點(diǎn)陣。3、重難點(diǎn)1）倒易點(diǎn)陣與厄瓦爾德圖2）倒易點(diǎn)陣的定義、倒易矢量的定義、性質(zhì)及在衍射中的應(yīng)用（三）、X射線衍射強(qiáng)度1、教學(xué)內(nèi)容（1）多晶體衍射圖相的形成。（2）一個(gè)電子對(duì) X 射線的散射。（3）一個(gè)原子對(duì) X 射線的散射。（4）一個(gè)晶胞對(duì) X 射線的散射（5）一個(gè)小晶體對(duì) X 射線的衍射及其積分強(qiáng)度。（6）影響衍射強(qiáng)度的角因素。（7）吸收因子和溫度因子

5、。（8）多晶衍射的積分強(qiáng)度公式。2、基本要求（1）了解影響衍射強(qiáng)度的各種因素，多重因子，角因子，吸收因子和結(jié)構(gòu)因子（2）掌握常見晶體的消光規(guī)律。3、重難點(diǎn)（1）晶體對(duì) X 射線的衍射及其積分強(qiáng)度（四）、多晶體分析方法1、教學(xué)內(nèi)容1）德拜 -謝樂照相法。2）X 射線衍射儀。2、基本要求1）了解德拜相拍攝程序，及影響德拜相分辨本領(lǐng)的因素和誤差產(chǎn)生及修正。2）掌握立方晶系物質(zhì)粉末法衍射譜指數(shù)化程序。3）了解 X 射線衍射儀的構(gòu)造和常用探測器， 重點(diǎn)掌握測角儀構(gòu)造和工作原理。3、重難點(diǎn)1）重點(diǎn)是 X 射線衍射中立方晶系物質(zhì)粉末法衍射譜指數(shù)化程序。（五）、X 射線物相分析1、教學(xué)內(nèi)容1）定性分析。2）定

6、量分析。3）點(diǎn)陣常數(shù)的精確測定。4）X 射線衍射的其它應(yīng)用。2、基本要求1）掌握物相定性分析常用方法。2）了解 PDF 卡片的字母索引和數(shù)字索引。3）掌握用直接對(duì)比法測定鋼中殘余奧氏體含量的基本方法。3、重難點(diǎn)1）點(diǎn)陣常數(shù)的測定方法。2）物相定性分析常用方法。（六）、 宏觀應(yīng)力測定1、教學(xué)內(nèi)容（1）引言（2）單軸應(yīng)力測定原理（3）平面應(yīng)力測定原理（4）試驗(yàn)方法（5）試驗(yàn)精度的保證及測試原理的適應(yīng)條件2、基本要求（1）掌握單軸應(yīng)力、平面應(yīng)力測定原理（2）了解試驗(yàn)精度的保證方法3、重難點(diǎn)1）單軸應(yīng)力、平面應(yīng)力測定原理。（七）、電子光學(xué)基礎(chǔ)1、教學(xué)內(nèi)容1）電子顯微學(xué)發(fā)展歷史簡要介紹2）電子波和電磁透

7、鏡。3）電磁透鏡的像差與分辨本領(lǐng)。4）電磁透鏡的景深和焦長。2、基本要求1）了解電磁透鏡的工作原理和特點(diǎn)。2）掌握加速電壓和電子波長的關(guān)系。3、重難點(diǎn)1）重點(diǎn)是電磁透鏡的像差與分辨本領(lǐng)。2）難點(diǎn)是加速電壓和電子波長的關(guān)系。（八）、透射電子顯微鏡1、教學(xué)內(nèi)容1）透射電子顯微鏡的組成。2）透射電子顯微鏡的電子光學(xué)系統(tǒng)。3）主要部件的結(jié)構(gòu)和工作原理。4）透射電子顯微鏡分辨率和放大倍數(shù)的測定。5）透射電子顯微鏡的技術(shù)參數(shù)。6）以透射電子顯微鏡為代表的電子顯微術(shù)特點(diǎn)。7）透射電子顯微鏡應(yīng)用舉例。2、基本要求1）掌握透射電子顯微鏡的基本構(gòu)造和各部件的主要功能及分辨本領(lǐng) 2）掌握透射電子顯微鏡的功能特點(diǎn)和功

8、用。3、重難點(diǎn)1）重點(diǎn)是透射電子顯微鏡分辨率和放大倍數(shù)的測定。（九）、電子衍射1、教學(xué)內(nèi)容1）電子衍射概述。2）電子衍射原理。3）電子顯微鏡中的電子衍射。4）單晶體電子衍射花樣標(biāo)定。5）復(fù)雜電子衍射花樣介紹。6）電子衍射的誤差。2、基本要求1）重點(diǎn)掌握電子衍射的原理、特點(diǎn)和基本公式的推導(dǎo)。2）了解單晶多晶和非晶體的電子衍射花樣特征。3、重難點(diǎn)1）重點(diǎn)掌握立方和六方晶系的電子衍射圖的分析和標(biāo)定方法。2）熟悉一些常見的復(fù)雜電子衍射花樣。（十）、透射電子顯微鏡成像分析1、教學(xué)內(nèi)容1）電子顯微像特征。2）質(zhì)厚襯度與復(fù)型技術(shù)。3）晶體薄膜衍襯成像分析。4）衍襯理論簡介。5）缺陷晶體的電子顯微像舉例。2、

9、基本要求1）了解電子顯微像的襯度類型和衍射襯度原理及明暗場像的成像機(jī)理。2）熟悉各種材料電鏡樣品的制備方法。3）熟悉和掌握衍襯運(yùn)動(dòng)學(xué)理論及相關(guān)應(yīng)用。3、重難點(diǎn)1）重點(diǎn)掌握質(zhì)厚襯度和衍射襯度原理 ,以及明暗場 像的成像機(jī)理。2）掌握電鏡對(duì)材料進(jìn)行分析的常規(guī)方式和相關(guān)分析方法。（十一）、掃描電鏡1、教學(xué)內(nèi)容1）電子束與固體樣品作用時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)。2）掃描電鏡的構(gòu)造和工作原理。3）掃描電鏡的主要性能。4）表面形貌襯度原理及其應(yīng)用。5）原子序數(shù)襯度原理及其應(yīng)用。6）背散射電子衍射取向技術(shù)。2、基本要求1）電子束與固體樣品相互作用原理、產(chǎn)生的信號(hào)及其特點(diǎn)和用途。2）掃描電微鏡構(gòu)造、工作原理、主要性能。3、

10、重難點(diǎn)1）重點(diǎn)是掃描電鏡表面形貌襯度及原子序數(shù)襯度原理及其形貌觀察。（十二）、高分辨透射電子顯微術(shù)簡介1、教學(xué)內(nèi)容1）高分辨透射電鏡的結(jié)構(gòu)特征。2）高分辨電子顯微像的原理。3）高分辨像的計(jì)算機(jī)模擬。4）高分辨像的種類。2、基本要求1）熟悉高分辨像的基本特征和種類。 2）了解高分辨像的成像原理及相位襯度的概念。3、重難點(diǎn)1）重點(diǎn)和難點(diǎn)是高分辨像的成像原理及相位襯度。 （十三）、電子探針1、教學(xué)內(nèi)容1）電子探針儀的結(jié)構(gòu)與工作原理。2）波譜儀簡介。3）能譜分析。2、基本要求1）電子探針的基本工作原理、構(gòu)造、特點(diǎn)及適用范圍。2）掌握能譜儀點(diǎn)分析、線分析、面分析等基本實(shí)驗(yàn)方法。3、重難點(diǎn)1）重點(diǎn)是電子探

11、針儀的結(jié)構(gòu)與基本工作原理。課程學(xué)時(shí)分配章節(jié)講課實(shí)驗(yàn)上機(jī)一、 X 射線物理學(xué)基礎(chǔ)2二、 X 射線衍射方向4三、 X 射線衍射強(qiáng)度4四、多晶體分析方法2五、 X 射線物相分析4實(shí)驗(yàn)（一）2六、電子光學(xué)基礎(chǔ)4七、透射電子顯微鏡4實(shí)驗(yàn)（二）2八、電子衍射4九、透射電子顯微鏡成像4分析十、掃描電鏡4實(shí)驗(yàn)（三）2十一、高分辨透射像簡介2十二、電子探針2四、大綱說明（內(nèi)容可包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與基本要求、 習(xí)題要求及其它一些必要的說明 ）；1本課程的實(shí)驗(yàn)要求見現(xiàn)代材料測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱。2本課程的課程設(shè)計(jì)見現(xiàn)代材料測試技術(shù)課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱。3采用多媒體教學(xué)。4每章課后布置 12 條作業(yè)，作業(yè)總量約為 20 30題

12、。可另行布置一些思考 題供學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容。五、參考書目及學(xué)習(xí)資料（ 書名，主編，出版社，出版時(shí)間及版次 ）1材料現(xiàn)代分析分析 左演聲 陳文哲 梁 偉 主編，北京工業(yè)大學(xué)出版社， 2001 年 8 月第 1 版。2X射線金屬學(xué)天津大學(xué) 范 雄 主編，機(jī)械工業(yè)出版社， 1981年 6月第 1 版。3. 金屬電子顯微分析 上海交通大學(xué) 陳世樸 王永瑞 合編，機(jī)械工業(yè)出版社， 1983年6月第 2版。制定人： 關(guān)慶豐審定人：批準(zhǔn)人：2013 年 4 月課程簡介課程編碼：課程名稱： 現(xiàn)代材料測試技術(shù)英文名稱： Analysis and Measurement Technique for Materials學(xué) 分： 3.0學(xué) 時(shí)： 45（其中：講課學(xué)時(shí)： 40 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)： 5 上機(jī)學(xué)時(shí)： 0 ）課程內(nèi)容： 材料分析測試技術(shù)是材料科學(xué)與工程學(xué)科各專業(yè)的一門專業(yè)基 礎(chǔ)課，主要介紹 X 射線衍射分析和電子顯微分析的基本理論及在材料 內(nèi)部微觀組織、結(jié)構(gòu)分析的基本原理、設(shè)備及其試驗(yàn)方法。課程的