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

材料現(xiàn)代研究方法 Modern Methods of Materials Analysis,主講人：蘇曉磊 E-mail： 西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,參考書籍,材料現(xiàn)代分析方法，左演聲等，北京工業(yè)大學(xué)出版社，2005年； 材料近代分析測(cè)試方法,談?dòng)?、胡志忠等，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年，第一版,考試方式,平時(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%,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),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),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。,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、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)類型和晶體常數(shù)，和相組成。 化學(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)鍵類型和化學(xué)環(huán)境。 有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)。,四大類材料分析方法,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)分析四大類方法。 基于其它物理性質(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)重介紹這四類常見(jiàn)的分析方法。,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、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、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。,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。,三種組織分析手段的比較,OM,Ni-Cr合金的鑄造組織,SEM,SPM,云母的表面原子陣列,3.2 物相分析,利用衍射分析的方法探測(cè)晶格類型和晶胞常數(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)。,XRD,理學(xué)D/max 2000自動(dòng)X射線儀,TEM,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：X光譜和電子能譜，出射信號(hào)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(jì)X射線顯微分析（EPMA）兩種技術(shù)， 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。,EPMA,島津EPMA-1600,EDS應(yīng)用舉例,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。,XPS,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。,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（電子）結(jié)構(gòu)分析和分子結(jié)構(gòu)分析，每一篇中的材料分析方法具有共同的原理。 在每一部分的開(kāi)始，專門設(shè)一章概論來(lái)介紹該類分析的含義意義、介紹共同的理論基礎(chǔ)、對(duì)各種技術(shù)手段作分析對(duì)比。,5. 本課程的特點(diǎn),1）系統(tǒng)性。依照材料研究方法的基本原理，將各種分析手段按照材料研究的本質(zhì)分類。 2）本質(zhì)性。提煉出每一類分析方法共同的本質(zhì)，對(duì)共同原理進(jìn)行深入分析和介紹，便于學(xué)生從本質(zhì)上理解基本原理。 3）選擇性?，F(xiàn)代材料分析手段紛繁復(fù)雜，很難也沒(méi)有必要在一本教材里對(duì)每種方法進(jìn)行詳細(xì)地介紹。本教材首先是精選出若干種最常規(guī)和廣泛使用的分析手段，其次