緒論無機(jī)非金屬材料測試方法楊南如

1、無機(jī)非金屬材料測試方法無機(jī)非金屬材料測試方法 Inorganic Non-metal Material Testing Techniques 太原工業(yè)學(xué)院材料工程系太原工業(yè)學(xué)院材料工程系李 鵬（email：）TelQQ：409852628，辦公地點：材料試驗樓：107 P2緒論緒論本課程的任務(wù)和性質(zhì)本課程的任務(wù)和性質(zhì)1 1本課程的教學(xué)目的與要求本課程的教學(xué)目的與要求2 2測試技術(shù)的地位和作用測試技術(shù)的地位和作用3 3現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展趨勢現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展趨勢4 4本課程的的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計劃本課程的的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計劃5 5P3緒論緒論v人類文明發(fā)展的重要里程碑是隨

2、著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)人類文明發(fā)展的重要里程碑是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型的材料不斷出現(xiàn)。步，新型的材料不斷出現(xiàn)。v改進(jìn)現(xiàn)有材料和有效地使用材料，需要將先進(jìn)的研究、改進(jìn)現(xiàn)有材料和有效地使用材料，需要將先進(jìn)的研究、測試方法不斷地應(yīng)用到各種材料深層次的研究上，以測試方法不斷地應(yīng)用到各種材料深層次的研究上，以便對材料的微觀結(jié)構(gòu)的各個層進(jìn)行檢測分析，探索材便對材料的微觀結(jié)構(gòu)的各個層進(jìn)行檢測分析，探索材料料組成組成- -結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)- -性能性能- -制備制備之間的關(guān)系，分析影響材料之間的關(guān)系，分析影響材料特性的各種因素。特性的各種因素。v無疑，先進(jìn)的研究、測試方法對材料科學(xué)發(fā)展是非常無疑，先進(jìn)的研究、測試方

3、法對材料科學(xué)發(fā)展是非常重要的，因此材料科學(xué)工作者必須掌握、了解這些研重要的，因此材料科學(xué)工作者必須掌握、了解這些研究測試方法。究測試方法。v無機(jī)非金屬材料測試方法是為適應(yīng)材料科學(xué)進(jìn)步而開無機(jī)非金屬材料測試方法是為適應(yīng)材料科學(xué)進(jìn)步而開設(shè)的一門新課程。設(shè)的一門新課程。P4緒論緒論v一、本課程的任務(wù)和性質(zhì)一、本課程的任務(wù)和性質(zhì)v無機(jī)非金屬材料測試技術(shù)是無機(jī)非金屬材料測試技術(shù)是研究和解決如何測定無機(jī)研究和解決如何測定無機(jī)非金屬材料的成份、結(jié)構(gòu)和性能非金屬材料的成份、結(jié)構(gòu)和性能的一門學(xué)科。它是一的一門學(xué)科。它是一門門技術(shù)方法課技術(shù)方法課，是無機(jī)非法金屬材料專業(yè)的一門重要，是無機(jī)非法金屬材料專業(yè)的一門重要

4、的的專業(yè)技術(shù)課專業(yè)技術(shù)課。v近幾十年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高等院校、近幾十年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高等院校、研究單位和一些廠礦企業(yè)擁有越來越多的常規(guī)和特殊研究單位和一些廠礦企業(yè)擁有越來越多的常規(guī)和特殊的測試設(shè)備，這就要求我們高等院校尤其是理工科專的測試設(shè)備，這就要求我們高等院校尤其是理工科專業(yè)的畢業(yè)生了解并學(xué)會應(yīng)用這些測試方法，以適應(yīng)材業(yè)的畢業(yè)生了解并學(xué)會應(yīng)用這些測試方法，以適應(yīng)材料科學(xué)不斷發(fā)展的要求。料科學(xué)不斷發(fā)展的要求。任務(wù)任務(wù)性質(zhì)性質(zhì)P5緒論緒論v二、本課程的教學(xué)目的與要求二、本課程的教學(xué)目的與要求v1、本課程的教學(xué)目的本課程的教學(xué)目的 了解無機(jī)非金屬材料常用的測試方法，了解

5、無機(jī)非金屬材料常用的測試方法， 掌握一些常用測試方法的基本原理和基本知識，掌握一些常用測試方法的基本原理和基本知識， 以便能夠合理選擇和應(yīng)用這些測試方法解決材料以便能夠合理選擇和應(yīng)用這些測試方法解決材料研究和生產(chǎn)中遇到的實際問題。研究和生產(chǎn)中遇到的實際問題。P6緒論緒論v2、本課程的教學(xué)要求本課程的教學(xué)要求 (1) 掌握一些常用測試方法的基本原理及其應(yīng)用范掌握一些常用測試方法的基本原理及其應(yīng)用范圍，能根據(jù)實際需要合理選擇測試方法。圍，能根據(jù)實際需要合理選擇測試方法。 (2) 掌握這些測試方法對試樣的要求及樣品制備方掌握這些測試方法對試樣的要求及樣品制備方法，能按要求制備、發(fā)送合格的樣品。法，能

6、按要求制備、發(fā)送合格的樣品。 (3) 掌握測試結(jié)果的分析處理方法，能對測試結(jié)果掌握測試結(jié)果的分析處理方法，能對測試結(jié)果進(jìn)行正確的分析處理，并據(jù)此解決材料研究和材料進(jìn)行正確的分析處理，并據(jù)此解決材料研究和材料生產(chǎn)中的實際問題。生產(chǎn)中的實際問題。P7緒論緒論v 三、測試技術(shù)在材料科學(xué)與工程中的地位和三、測試技術(shù)在材料科學(xué)與工程中的地位和作用作用1、材料研究的必要手段、材料研究的必要手段2、材料研究水平的重要標(biāo)志、材料研究水平的重要標(biāo)志3、材料質(zhì)量檢測的必要手段、材料質(zhì)量檢測的必要手段地位和作用地位和作用P8緒論緒論v1、測試技術(shù)是材料研究必不可少的手段測試技術(shù)是材料研究必不可少的手段 使用使用性能

7、性能固有固有性質(zhì)性質(zhì)力學(xué)力學(xué)化學(xué)化學(xué)物理物理組成組成與結(jié)與結(jié)構(gòu)構(gòu)制備工制備工藝條件藝條件使用使用環(huán)境環(huán)境任何一種材料都是由一定的物質(zhì)按一定的任何一種材料都是由一定的物質(zhì)按一定的規(guī)律組合而成的，并具有一定的性質(zhì)和功規(guī)律組合而成的，并具有一定的性質(zhì)和功能，也就是說每種材料都具有一定的能，也就是說每種材料都具有一定的成分成分(化學(xué)、礦物成分化學(xué)、礦物成分)，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和性能性能。材料研究。材料研究實際上就是研究材料的實際上就是研究材料的成分、結(jié)構(gòu)、性能成分、結(jié)構(gòu)、性能及其關(guān)系以及它們與及其關(guān)系以及它們與工藝工藝之間的關(guān)系。要之間的關(guān)系。要對材料進(jìn)行研究，首先必須解決如何測定對材料進(jìn)行研究，首先必須解

8、決如何測定材料的成分、結(jié)構(gòu)和性能的方法問題，這材料的成分、結(jié)構(gòu)和性能的方法問題，這就跟過河必須首先解決橋或船的問題一樣就跟過河必須首先解決橋或船的問題一樣重要，一樣的必不可少。如果連材料的成重要，一樣的必不可少。如果連材料的成分、結(jié)構(gòu)、性能都不能測定，那么材料研分、結(jié)構(gòu)、性能都不能測定，那么材料研究就只能是一句空話。究就只能是一句空話。P9v檢測過程檢測過程 信號發(fā)生信號發(fā)生信號檢測信號檢測信號處理信號處理信號讀出信號讀出v分析儀器分析儀器 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 檢測器檢測器 信號處理器信號處理器 讀出裝置讀出裝置使樣品產(chǎn)生原始分析信號使樣品產(chǎn)生原始分析信號將原始分析信號轉(zhuǎn)換為更易于測量的信號

9、并加以檢測將原始分析信號轉(zhuǎn)換為更易于測量的信號并加以檢測轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀蝗俗x出的信號被記錄或顯示出來轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀蝗俗x出的信號被記錄或顯示出來將被檢測信號放大、運算、比較等將被檢測信號放大、運算、比較等依據(jù)檢測信號與材料的特征關(guān)系，分析、處理讀出信號，即可實依據(jù)檢測信號與材料的特征關(guān)系，分析、處理讀出信號，即可實現(xiàn)材料分析的目的現(xiàn)材料分析的目的P10緒論緒論v(1) 僅憑肉眼不可能對材料的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。僅憑肉眼不可能對材料的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。v17世紀(jì)中期以前，顯微鏡還沒有發(fā)明。人們只能憑肉世紀(jì)中期以前，顯微鏡還沒有發(fā)明。人們只能憑肉眼來觀察事物。由于人眼的分辨率有限（在眼來觀察事物。由于人眼的分辨

10、率有限（在25cm的的明視距離內(nèi)只能分辨相距明視距離內(nèi)只能分辨相距0.1mm以上物點，即人眼的以上物點，即人眼的分辨率為分辨率為0.1mm），因此，不可能對材料的顯微結(jié)構(gòu)），因此，不可能對材料的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。進(jìn)行研究。v2 2、測試技術(shù)是材料研究水平的重要標(biāo)志、測試技術(shù)是材料研究水平的重要標(biāo)志P11緒論緒論v17世紀(jì)中期，光學(xué)顯微鏡世紀(jì)中期，光學(xué)顯微鏡問世，使人們對事物的觀問世，使人們對事物的觀察能力得到很大的提高，察能力得到很大的提高，光學(xué)顯微鏡的分辨率可達(dá)光學(xué)顯微鏡的分辨率可達(dá)0.2m，比肉眼的分辨率，比肉眼的分辨率高幾百倍。利用光學(xué)顯微高幾百倍。利用光學(xué)顯微鏡可以對材料的顯微結(jié)構(gòu)鏡可

11、以對材料的顯微結(jié)構(gòu)(100-0.2m的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu))進(jìn)行研進(jìn)行研究，使人們對材料的研究究，使人們對材料的研究水平產(chǎn)生了一次飛躍。水平產(chǎn)生了一次飛躍。v(2) 利用光學(xué)顯微鏡可以對材料的顯微結(jié)構(gòu)利用光學(xué)顯微鏡可以對材料的顯微結(jié)構(gòu)(100-0.2m的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu))進(jìn)行研究。進(jìn)行研究。P12緒論緒論v(3) 20世紀(jì)世紀(jì)30年代以前，人們對材料顯微結(jié)構(gòu)的研究年代以前，人們對材料顯微結(jié)構(gòu)的研究還只能依靠光學(xué)顯微鏡，由于光學(xué)顯微鏡的分辨率有還只能依靠光學(xué)顯微鏡，由于光學(xué)顯微鏡的分辨率有限，對于超顯微限，對于超顯微(0.20.01m)的結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)(0.01m的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu))不可能進(jìn)行研究，也

12、不可能對材料中不可能進(jìn)行研究，也不可能對材料中的某個微小區(qū)域的成分進(jìn)行分析。的某個微小區(qū)域的成分進(jìn)行分析。v20世紀(jì)世紀(jì)30年代發(fā)展起來的年代發(fā)展起來的電子顯微技術(shù)電子顯微技術(shù)，為人類進(jìn)行，為人類進(jìn)行超顯微結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)研究和微區(qū)成分分析創(chuàng)造了良超顯微結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)研究和微區(qū)成分分析創(chuàng)造了良好的條件。好的條件。P13緒論緒論v現(xiàn)在，透射電子顯微鏡的分辨率已達(dá)現(xiàn)在，透射電子顯微鏡的分辨率已達(dá)0.20.1nm，比，比光學(xué)顯微鏡的分辨率提高了光學(xué)顯微鏡的分辨率提高了1000多倍。多倍。v利用透射電子顯微鏡可以直接觀察原子在晶格中的排利用透射電子顯微鏡可以直接觀察原子在晶格中的排列情況，列情況，v利用

13、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡可以對材料的利用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡可以對材料的超顯微結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，超顯微結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，v利用電子探針利用電子探針X射線顯微分析可以對材料中射線顯微分析可以對材料中1m3的微的微小區(qū)域進(jìn)行化學(xué)成分分析。小區(qū)域進(jìn)行化學(xué)成分分析。v這又使材料科學(xué)的研究水平產(chǎn)生了一次新的飛躍這又使材料科學(xué)的研究水平產(chǎn)生了一次新的飛躍P14緒論緒論v 采用普通的化學(xué)分析方法只能得到一個樣品整體的化學(xué)成分采用普通的化學(xué)分析方法只能得到一個樣品整體的化學(xué)成分;v 利用電子探針卻可以得到材料中利用電子探針卻可以得到材料中1m3的微小區(qū)域的化學(xué)成分的微小區(qū)域的化學(xué)成

14、分P15緒論緒論v 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X射線以前人們無法研究晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。射線以前人們無法研究晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。v 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)X射線以后，利用射線以后，利用X 射線在晶體中的衍射可以研究晶體的射線在晶體中的衍射可以研究晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)。P16緒論緒論結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)層次物體尺寸物體尺寸研究對象研究對象研究方法研究方法宏觀結(jié)構(gòu)宏觀結(jié)構(gòu) 100 m大晶粒、顆粒集團(tuán)大晶粒、顆粒集團(tuán)肉眼、放大鏡肉眼、放大鏡顯微結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)0.2-100 m多晶集團(tuán)多晶集團(tuán)光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡掃描電鏡掃描電鏡亞顯微結(jié)構(gòu)亞顯微結(jié)構(gòu)10-200 nm微晶集團(tuán)微晶集團(tuán)掃描電鏡掃描電鏡透射電鏡透射電鏡微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu) 10 nm晶格點

15、陣晶格點陣高分辨透射電高分辨透射電鏡、掃描隧道鏡、掃描隧道顯微鏡顯微鏡P17緒論緒論v科學(xué)技術(shù)上的重大成就和科學(xué)研究新領(lǐng)域的開辟，往科學(xué)技術(shù)上的重大成就和科學(xué)研究新領(lǐng)域的開辟，往往是以測試方法和儀器的突破為先導(dǎo)，往是以測試方法和儀器的突破為先導(dǎo)，“在諾貝爾物在諾貝爾物理和化學(xué)獎中，大約有理和化學(xué)獎中，大約有四分之一四分之一是屬于測試方法和儀是屬于測試方法和儀器創(chuàng)新的器創(chuàng)新的”v從以上例子不難看出，測試技術(shù)水平對材料研究水平從以上例子不難看出，測試技術(shù)水平對材料研究水平有著十分重要的影響。測試技術(shù)不解決，材料研究是有著十分重要的影響。測試技術(shù)不解決，材料研究是無法深入進(jìn)行的。無法深入進(jìn)行的。P1

16、8緒論緒論v3 3、測試技術(shù)是材料質(zhì)量檢測的必要手段、測試技術(shù)是材料質(zhì)量檢測的必要手段v研制出來的材料、生產(chǎn)出來的材料其成分、結(jié)構(gòu)、性研制出來的材料、生產(chǎn)出來的材料其成分、結(jié)構(gòu)、性能是否達(dá)到使用要求，是否達(dá)到用戶要求，是否達(dá)到能是否達(dá)到使用要求，是否達(dá)到用戶要求，是否達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)，必須采用一定的測行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)，必須采用一定的測試手段進(jìn)行檢測后才能得出結(jié)論。試手段進(jìn)行檢測后才能得出結(jié)論。P19緒論緒論v四、現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展趨勢四、現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展趨勢1、兩微：、兩微：微量、微區(qū)。微量、微區(qū)。2、兩高、兩高：高精度、高速度。：高精度、高速度。3、與計算機(jī)相結(jié)合，分析測試和數(shù)據(jù)處理與計算機(jī)相結(jié)合，分析測試和數(shù)據(jù)處理自動化自動化，以及一機(jī)多用以及一機(jī)多用多功能化多功能化。P20本課程的的教學(xué)內(nèi)容本課程的的教學(xué)內(nèi)容x射線衍射分析射線衍