材料測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)-材料現(xiàn)代研究方法-緒論

材料測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)-材料現(xiàn)代研究方法-緒論第一頁(yè)，共23頁(yè)?？荚嚪绞狡綍r(shí)成績(jī)×30%+考試成績(jī)×70%平時(shí)成績(jī)出勤率30%作業(yè)40%實(shí)驗(yàn)30%第一頁(yè)第二頁(yè)，共23頁(yè)。學(xué)時(shí)安排理論學(xué)時(shí)：44時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4時(shí)第二頁(yè)第三頁(yè)，共23頁(yè)。緒論1.材料現(xiàn)代分析方法的概念2.材料分析的內(nèi)容及相應(yīng)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(jié)構(gòu)分析3.3成分和價(jià)鍵分析3.4分子結(jié)構(gòu)分析4.本課程的結(jié)構(gòu)5.本課程的特點(diǎn)第三頁(yè)第四頁(yè)，共23頁(yè)。

1.材料現(xiàn)代分析方法材料現(xiàn)代分析方法是關(guān)于材料分析測(cè)試技術(shù)及其有關(guān)理論的一門(mén)課程。成分、結(jié)構(gòu)、加工和性能是材料科學(xué)與工程的四個(gè)基本要素，成分和結(jié)構(gòu)從根本上決定了材料的性能，對(duì)材料的成分和結(jié)構(gòu)的進(jìn)行精確表征是材料研究的基本要求，也是實(shí)現(xiàn)性能控制的前提。第四頁(yè)第五頁(yè)，共23頁(yè)。2.材料分析的內(nèi)容表面和內(nèi)部組織形貌。包括材料的外觀形貌（如納米線(xiàn)、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(guān)系（新相與母相、孿生相）、晶體缺陷（點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)、層錯(cuò)）、夾雜物、內(nèi)應(yīng)力。晶體的相結(jié)構(gòu)。各種相的結(jié)構(gòu)，即晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型和晶體常數(shù)，和相組成?；瘜W(xué)成分和價(jià)鍵（電子）結(jié)構(gòu)。包括宏觀和微區(qū)化學(xué)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(jià)鍵類(lèi)型和化學(xué)環(huán)境。有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)。第五頁(yè)第六頁(yè)，共23頁(yè)。四大類(lèi)材料分析方法相應(yīng)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(jià)鍵分析與分子結(jié)構(gòu)分析四大類(lèi)方法?；谄渌锢硇再|(zhì)或電化學(xué)性質(zhì)與材料的特征關(guān)系建立的色譜分析、質(zhì)譜分析、電化學(xué)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(duì)而言，上述四大類(lèi)方法在材料研究中應(yīng)用得更加頻繁，因此本教材側(cè)重介紹這四類(lèi)常見(jiàn)的分析方法。第六頁(yè)第七頁(yè)，共23頁(yè)。3.材料分析的理論依據(jù)盡管材料分析手段紛繁復(fù)雜，但它們也具有共同之處。除了個(gè)別研究手段（如SPM）以外，基本上是利用入射電磁波或物質(zhì)波（X射線(xiàn)、電子束、可見(jiàn)光、紅外光）與材料作用，產(chǎn)生攜帶樣品信息的各種出射電磁波或物質(zhì)波（X射線(xiàn)、電子束、可見(jiàn)光、紅外光），探測(cè)這些出射的信號(hào)，進(jìn)行分析處理，即可獲得材料的組織、結(jié)構(gòu)、成分、價(jià)鍵信息。第七頁(yè)第八頁(yè)，共23頁(yè)。3.1組織形貌分析微觀結(jié)構(gòu)的觀察和分析對(duì)于理解材料的本質(zhì)至關(guān)重要，組織形貌分析借助各種顯微技術(shù)，認(rèn)識(shí)材料的微觀結(jié)構(gòu)。表面形貌分析技術(shù)經(jīng)歷了光學(xué)顯微鏡(OM)、電子顯微鏡(SEM)、掃描探針顯微鏡(SPM)的發(fā)展過(guò)程，現(xiàn)在已經(jīng)可以直接觀測(cè)到原子的圖像。第八頁(yè)第九頁(yè)，共23頁(yè)。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(xué)顯微鏡分辨率第九頁(yè)第十頁(yè)，共23頁(yè)。OMNi-Cr合金的鑄造組織第十頁(yè)第十一頁(yè)，共23頁(yè)。SEM第十一頁(yè)第十二頁(yè)，共23頁(yè)。SPM云母的表面原子陣列第十二頁(yè)第十三頁(yè)，共23頁(yè)。3.2物相分析

利用衍射分析的方法探測(cè)晶格類(lèi)型和晶胞常數(shù)，確定物質(zhì)的相結(jié)構(gòu)。主要的物相分析的手段有三種：x射線(xiàn)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(yùn)動(dòng)電子束、中子束等與材料內(nèi)部規(guī)則排列的原子作用產(chǎn)生相干散射，獲得材料內(nèi)部原子排列的信息，從而重組出物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。第十三頁(yè)第十四頁(yè)，共23頁(yè)。XRD理學(xué)D/max2000自動(dòng)X射線(xiàn)儀圖2鋯英石為主晶相的X射線(xiàn)譜t-ZrO2ZrSiO4第十四頁(yè)第十五頁(yè)，共23頁(yè)。TEM第十五頁(yè)第十六頁(yè)，共23頁(yè)。3.3成分和價(jià)鍵分析

大部分成分和價(jià)鍵分析手段都是基于同一個(gè)原理，即核外電子的能級(jí)分布反應(yīng)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(guò)程中產(chǎn)生元素的特征信息。按照出射信號(hào)的不同，成分分析手段可以分為兩類(lèi)：X光譜和電子能譜，出射信號(hào)分別是X射線(xiàn)和電子。X光譜包括X射線(xiàn)熒光光譜(XFS)和電子探計(jì)X射線(xiàn)顯微分析（EPMA）兩種技術(shù)，電子能譜包括X射線(xiàn)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(yè)第十七頁(yè)，共23頁(yè)。EPMA島津EPMA-1600第十七頁(yè)第十八頁(yè)，共23頁(yè)。EDS應(yīng)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(yè)第十九頁(yè)，共23頁(yè)。XPS第十九頁(yè)第二十頁(yè)，共23頁(yè)。3.4分子結(jié)構(gòu)分析利用電磁波與分子鍵和原子核的作用，獲得分子結(jié)構(gòu)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(shí)的吸收或發(fā)射效應(yīng)，而核磁共振（NMR）則是利用原子核與電磁波的作用來(lái)獲得分子結(jié)構(gòu)信息的。第二十頁(yè)第二十一頁(yè)，共23頁(yè)。4.本課程的結(jié)構(gòu)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(jià)鍵