現(xiàn)代材料測試技術(shù)緒論-課件

現(xiàn)代材料測試技術(shù)陶文宏主編現(xiàn)代材料測試技術(shù)陶文宏1緒論第一章X-射線衍射分析第二章電子光學(xué)基礎(chǔ)第三章透射電子顯微鏡第四章掃描電子顯微分析第五章晶體光學(xué)基礎(chǔ)第六章光學(xué)顯微分析第七章熱分析技術(shù)第八章紅外光譜分析第九章X光光譜顯微分析第十章其他分析測試技術(shù)現(xiàn)代材料測試技術(shù)緒論現(xiàn)代材料測試技術(shù)2緒論用以制造有用的構(gòu)件、器件或其它物品的物質(zhì)。什么是材料？

人類的生活和生產(chǎn)中，材料是必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。新材料的使用對人類歷史的發(fā)展起了重要的作用。

20世紀(jì)70年代人們曾把材料、信息、能源歸納為現(xiàn)代文明的三大支柱，現(xiàn)在又預(yù)言新的技術(shù)革命即將來臨，并且把信息技術(shù)、生物技術(shù)和新型材料作為這次革命的重要標(biāo)志。緒論用以制造有用的構(gòu)件、器件或其它物品的物質(zhì)。什么是材料3緒論材料科學(xué)的任務(wù)是研究、制造和使用材料。材料是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)，從遠(yuǎn)古的石器時代到青銅器時代，然后再進(jìn)入鐵器時代、蒸汽機(jī)時代，每一種新材料的出現(xiàn)和使用，都伴隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)志著人類文明的進(jìn)步。

石器時代青銅器時代鐵器時代蒸汽機(jī)時代緒論材料科學(xué)的任務(wù)是研究、制造和使用材料。石器時代4緒論

材料的分類：按化學(xué)成分分：金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料、復(fù)合材料等。

按使用用途分：建筑材料、包裝材料、信息材料、生物醫(yī)用材料等。緒論

材料的分類：按使用用途分：建筑材料、包裝5材料的組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝與性能的關(guān)系結(jié)構(gòu)組成性能

高性能材料的發(fā)展促使材料工作者去探求材料組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝和性能之間的關(guān)系。生產(chǎn)工藝材料的組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝與性能的關(guān)系結(jié)構(gòu)組成性能6

材料的性能是材料內(nèi)部因素在一定外界因素作用下的綜合反映。

物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)取決于材料的生產(chǎn)工藝和使用條件。材料的性能是材料內(nèi)部因素在一定外界因素作用下的綜7材料的性能主要決定于其化學(xué)成分、礦物組成、宏觀結(jié)構(gòu)以及微觀結(jié)構(gòu)。其中物相組成，尤其是結(jié)晶礦物相組成和微觀結(jié)構(gòu)特征是在化學(xué)成分確定后對物質(zhì)的性質(zhì)起著關(guān)鍵性的作用。因為物相組成及顯微結(jié)構(gòu)是無機(jī)材料生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝條件的直接記錄，每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生的變化均在物相組成及顯微結(jié)構(gòu)上有所體現(xiàn)。而材料的組成和結(jié)構(gòu)特征，又直接影響甚至決定著材料的性能、質(zhì)量、應(yīng)用性狀和效果。改變材料的化學(xué)組成、生產(chǎn)工藝，就能獲得具有不同物相組成和結(jié)構(gòu)的制品，制品的性能也就不同。為了獲得具有所需要的使用性能的新型材料，可以通過物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的設(shè)計，選用合適的原料配方，采用特定的生產(chǎn)過程及工藝條件，通過試驗和研究而獲得需要的產(chǎn)品。材料的性能主要決定于其化學(xué)成分、礦物組成、宏觀結(jié)構(gòu)以及微觀結(jié)8

材料的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的獲得必須通過一定的測試方法和手段。

“現(xiàn)代材料測試技術(shù)”課程就是為研究材料內(nèi)部的物相組成和結(jié)構(gòu)而設(shè)置的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。每一個從事材料科學(xué)研究的科技工作者、生產(chǎn)者都必須掌握和了解一定的材料測試方法方面的知識。材料的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的獲得必須通過一定的測9測試材料組成和結(jié)構(gòu)的儀器方法X射線衍射分析電子顯微分析熱分析光譜分析表面分析等測試材料組成和結(jié)構(gòu)的儀器方法10“現(xiàn)代材料測試技術(shù)”的教學(xué)目的

Why：了解研究材料結(jié)構(gòu)、性能的重要性UnderstandwhymaterialscharacterizationisimportantWhat：掌握材料結(jié)構(gòu)、性能的測試方法KnowwhattechniquesareavailableformaterialscharacterizationHow：了解影響材料測試、分析結(jié)果的儀器因素Understandhowstrengthsandweaknessesofcharacterizationtechniquesaffectourinterpretationofresults“現(xiàn)代材料測試技術(shù)”的教學(xué)目的

Why：了解研究材料結(jié)構(gòu)、性11現(xiàn)代材料測試技術(shù)緒論-課件12材料分析的種類化學(xué)成分分析、結(jié)構(gòu)測定、圖像分析分析儀器顯微鏡：顯微組織觀察衍射儀：測定結(jié)構(gòu)譜儀：分析成分材料分析的種類13化學(xué)成分分析

化學(xué)成分的表征包括元素成分分析和微區(qū)成分分析。所用儀器包括：光譜（紫外光譜、紅外光譜、熒光光譜、激光拉曼光譜等）色譜（氣相色譜、液相色譜、凝膠色譜等）熱譜（差熱分析、熱重分析、示差掃描量熱分析等）表面分析譜（X射線光電子能譜、俄歇電子能譜、電子探針、原子探針、離子探針、激光探針等）原子吸收光譜、質(zhì)譜、核磁共振譜、穆斯堡爾譜等化學(xué)成分分析

化學(xué)成分的表征包括元素成分分析和微區(qū)成分分析。14現(xiàn)代材料測試技術(shù)緒論-課件15結(jié)構(gòu)測定包括晶體結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)分析等

X射線衍射分析：晶體結(jié)構(gòu)分析。電子衍射：選區(qū)晶體結(jié)構(gòu)分析。中子衍射：晶體結(jié)構(gòu)分析、晶體磁學(xué)性質(zhì)研究等。俄歇電子能譜：表面結(jié)構(gòu)分析。結(jié)構(gòu)測定16圖像分析光學(xué)顯微分析透射光顯微鏡、反射光顯微鏡電子顯微分析（掃描電鏡、透射電鏡）隧道掃描顯微鏡、原子力顯微鏡等圖像分析光學(xué)顯微分析17OMNi-Cr合金的鑄造組織OMNi-Cr合金的鑄造組織18SEMSEM19SPM云母的表面原子陣列SPM云母的表面原子陣列20XRD理學(xué)D/max2000自動X射線儀圖2鋯英石為主晶相的X射線譜t-ZrO2ZrSiO4XRD理學(xué)D/max2000自動X射線儀圖2鋯英石為主21TEMTEM22EPMA島津EPMA-1600EPMA島津EPMA-160023EDS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。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24X射線熒光光譜（XPS）X射線熒光光譜（XPS）25

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。現(xiàn)代材料分析手段紛繁復(fù)雜，很難也沒有必要在一本教材里對每種方法進(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，其次著重從每種分析手段的分析原理上介紹，而避免對儀器細(xì)節(jié)和公式推導(dǎo)的過多鋪陳，從而有助于學(xué)生抓住重點(diǎn)，獲得明晰的認(rèn)識。4）前沿性。使用大量典型研究成果作為范例，使學(xué)生對于儀器的使用效果產(chǎn)生直觀的認(rèn)識，有助于將來的實(shí)際運(yùn)用。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26通過本課程的學(xué)習(xí)，并結(jié)合相配套的各種實(shí)驗、實(shí)踐教學(xué)，達(dá)到以下目標(biāo)：在X射線衍射分析部分，要求掌握X射線衍射技術(shù)、單物相定性分析、多晶混合物相定性分析、X射線定量相分析、晶體晶粒大小和晶格畸變的測定、宏觀殘余應(yīng)力的測定、多晶體織構(gòu)的測定等。

在電子顯微分析部分，要著重掌握幾種常用電子顯微分析儀器的基本概念和原理、熟悉儀器結(jié)構(gòu)、性能、實(shí)驗操作方法，并了解和基本掌握它們在材料微觀組織結(jié)構(gòu)和成分分析中的應(yīng)用，掌握樣品制備方法和實(shí)驗參數(shù)的選擇，并學(xué)會對各種電鏡圖像和信息進(jìn)行識別和分析。了解熱分析的應(yīng)用，能夠通過熱分析，獲得所需的實(shí)驗數(shù)據(jù)，并進(jìn)行正確的分析。了解材料現(xiàn)代電子顯微分析領(lǐng)域的新技術(shù)及其發(fā)展動態(tài)。了解成分測試的譜分析技術(shù)。通過本課程的學(xué)習(xí)，并結(jié)合相配套的各種實(shí)驗、實(shí)踐教學(xué)，達(dá)到以下27主要參考書1、楊南如.無機(jī)非金屬材料測試方法.武漢工業(yè)大學(xué)出版社,19932、王成國,等.材料分析測試方法.上海交通大學(xué)出版社,19943、物相分析.武漢工業(yè)大學(xué)出版社,19944、王英華.X光衍射技術(shù)基礎(chǔ).原子能出版社,19935、邵國有.硅酸鹽巖相學(xué).武漢工業(yè)大學(xué)出版社,20196、常鐵軍,等.材料近代分析測試方法.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,20197、孫業(yè)英.光學(xué)顯微分析.清華大學(xué)出版社，2019主要參考書1、楊南如.無機(jī)非金屬材料測試方法.武漢工業(yè)大學(xué)28考試總成績出勤率(20)作業(yè)(20)考試(60)100考試總出勤率(20)作業(yè)(20)考試(60)10029授課方式課堂練習(xí)（10學(xué)時）課堂討論課堂講授（36學(xué)時）課后思考題專業(yè)文獻(xiàn)閱讀授課方式課堂練習(xí)（10學(xué)時）課堂討論課堂講授（36學(xué)時）課后301.材料測試分析技術(shù)主要包括哪些內(nèi)容？材料的表面和內(nèi)部的形貌、顯微結(jié)構(gòu)；晶體材料的相結(jié)構(gòu)；化學(xué)成分分析；分子結(jié)構(gòu)分析；熱分析。試列舉以上測試分析技術(shù)對應(yīng)分析手段有哪些？1.材料測試分析技術(shù)主要包括哪些內(nèi)容？材料的表面和內(nèi)部的形貌312.材料測試技術(shù)的共同之處在哪里？

除了個別的測試手段（掃描探針顯微鏡）外，各種測試技術(shù)都是利用入射的電磁波或物質(zhì)波（如X射線、高能電子束、可見光、紅外線）與材料試樣相互作用后產(chǎn)生的各種各樣的物理信號（射線、高能電子束、可見光、紅外線），探測這些出射的信號并進(jìn)行分析處理，就課獲得材料的顯微結(jié)構(gòu)、外觀形貌、相組成、成分等信息。2.材料測試技術(shù)的共同之處在哪里？除了個別的測試手段（掃描32現(xiàn)代材料測試技術(shù)陶文宏主編現(xiàn)代材料測試技術(shù)陶文宏33緒論第一章X-射線衍射分析第二章電子光學(xué)基礎(chǔ)第三章透射電子顯微鏡第四章掃描電子顯微分析第五章晶體光學(xué)基礎(chǔ)第六章光學(xué)顯微分析第七章熱分析技術(shù)第八章紅外光譜分析第九章X光光譜顯微分析第十章其他分析測試技術(shù)現(xiàn)代材料測試技術(shù)緒論現(xiàn)代材料測試技術(shù)34緒論用以制造有用的構(gòu)件、器件或其它物品的物質(zhì)。什么是材料？

人類的生活和生產(chǎn)中，材料是必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。新材料的使用對人類歷史的發(fā)展起了重要的作用。

20世紀(jì)70年代人們曾把材料、信息、能源歸納為現(xiàn)代文明的三大支柱，現(xiàn)在又預(yù)言新的技術(shù)革命即將來臨，并且把信息技術(shù)、生物技術(shù)和新型材料作為這次革命的重要標(biāo)志。緒論用以制造有用的構(gòu)件、器件或其它物品的物質(zhì)。什么是材料35緒論材料科學(xué)的任務(wù)是研究、制造和使用材料。材料是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)，從遠(yuǎn)古的石器時代到青銅器時代，然后再進(jìn)入鐵器時代、蒸汽機(jī)時代，每一種新材料的出現(xiàn)和使用，都伴隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)志著人類文明的進(jìn)步。

石器時代青銅器時代鐵器時代蒸汽機(jī)時代緒論材料科學(xué)的任務(wù)是研究、制造和使用材料。石器時代36緒論

材料的分類：按化學(xué)成分分：金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料、復(fù)合材料等。

按使用用途分：建筑材料、包裝材料、信息材料、生物醫(yī)用材料等。緒論

材料的分類：按使用用途分：建筑材料、包裝37材料的組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝與性能的關(guān)系結(jié)構(gòu)組成性能

高性能材料的發(fā)展促使材料工作者去探求材料組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝和性能之間的關(guān)系。生產(chǎn)工藝材料的組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝與性能的關(guān)系結(jié)構(gòu)組成性能38

材料的性能是材料內(nèi)部因素在一定外界因素作用下的綜合反映。

物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)取決于材料的生產(chǎn)工藝和使用條件。材料的性能是材料內(nèi)部因素在一定外界因素作用下的綜39材料的性能主要決定于其化學(xué)成分、礦物組成、宏觀結(jié)構(gòu)以及微觀結(jié)構(gòu)。其中物相組成，尤其是結(jié)晶礦物相組成和微觀結(jié)構(gòu)特征是在化學(xué)成分確定后對物質(zhì)的性質(zhì)起著關(guān)鍵性的作用。因為物相組成及顯微結(jié)構(gòu)是無機(jī)材料生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝條件的直接記錄，每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生的變化均在物相組成及顯微結(jié)構(gòu)上有所體現(xiàn)。而材料的組成和結(jié)構(gòu)特征，又直接影響甚至決定著材料的性能、質(zhì)量、應(yīng)用性狀和效果。改變材料的化學(xué)組成、生產(chǎn)工藝，就能獲得具有不同物相組成和結(jié)構(gòu)的制品，制品的性能也就不同。為了獲得具有所需要的使用性能的新型材料，可以通過物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的設(shè)計，選用合適的原料配方，采用特定的生產(chǎn)過程及工藝條件，通過試驗和研究而獲得需要的產(chǎn)品。材料的性能主要決定于其化學(xué)成分、礦物組成、宏觀結(jié)構(gòu)以及微觀結(jié)40

材料的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的獲得必須通過一定的測試方法和手段。

“現(xiàn)代材料測試技術(shù)”課程就是為研究材料內(nèi)部的物相組成和結(jié)構(gòu)而設(shè)置的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。每一個從事材料科學(xué)研究的科技工作者、生產(chǎn)者都必須掌握和了解一定的材料測試方法方面的知識。材料的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的獲得必須通過一定的測41測試材料組成和結(jié)構(gòu)的儀器方法X射線衍射分析電子顯微分析熱分析光譜分析表面分析等測試材料組成和結(jié)構(gòu)的儀器方法42“現(xiàn)代材料測試技術(shù)”的教學(xué)目的

Why：了解研究材料結(jié)構(gòu)、性能的重要性UnderstandwhymaterialscharacterizationisimportantWhat：掌握材料結(jié)構(gòu)、性能的測試方法KnowwhattechniquesareavailableformaterialscharacterizationHow：了解影響材料測試、分析結(jié)果的儀器因素Understandhowstrengthsandweaknessesofcharacterizationtechniquesaffectourinterpretationofresults“現(xiàn)代材料測試技術(shù)”的教學(xué)目的

Why：了解研究材料結(jié)構(gòu)、性43現(xiàn)代材料測試技術(shù)緒論-課件44材料分析的種類化學(xué)成分分析、結(jié)構(gòu)測定、圖像分析分析儀器顯微鏡：顯微組織觀察衍射儀：測定結(jié)構(gòu)譜儀：分析成分材料分析的種類45化學(xué)成分分析

化學(xué)成分的表征包括元素成分分析和微區(qū)成分分析。所用儀器包括：光譜（紫外光譜、紅外光譜、熒光光譜、激光拉曼光譜等）色譜（氣相色譜、液相色譜、凝膠色譜等）熱譜（差熱分析、熱重分析、示差掃描量熱分析等）表面分析譜（X射線光電子能譜、俄歇電子能譜、電子探針、原子探針、離子探針、激光探針等）原子吸收光譜、質(zhì)譜、核磁共振譜、穆斯堡爾譜等化學(xué)成分分析

化學(xué)成分的表征包括元素成分分析和微區(qū)成分分析。46現(xiàn)代材料測試技術(shù)緒論-課件47結(jié)構(gòu)測定包括晶體結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)分析等

X射線衍射分析：晶體結(jié)構(gòu)分析。電子衍射：選區(qū)晶體結(jié)構(gòu)分析。中子衍射：晶體結(jié)構(gòu)分析、晶體磁學(xué)性質(zhì)研究等。俄歇電子能譜：表面結(jié)構(gòu)分析。結(jié)構(gòu)測定48圖像分析光學(xué)顯微分析透射光顯微鏡、反射光顯微鏡電子顯微分析（掃描電鏡、透射電鏡）隧道掃描顯微鏡、原子力顯微鏡等圖像分析光學(xué)顯微分析49OMNi-Cr合金的鑄造組織OMNi-Cr合金的鑄造組織50SEMSEM51SPM云母的表面原子陣列SPM云母的表面原子陣列52XRD理學(xué)D/max2000自動X射線儀圖2鋯英石為主晶相的X射線譜t-ZrO2ZrSiO4XRD理學(xué)D/max2000自動X射線儀圖2鋯英石為主53TEMTEM54EPMA島津EPMA-1600EPMA島津EPMA-160055EDS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。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56X射線熒光光譜（XPS）X射線熒光光譜（XPS）57

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。現(xiàn)代材料分析手段紛繁復(fù)雜，很難也沒有必要在一本教材里對每種方法進(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，其次著重從每種分析手段的分析原理上介紹，而避免對儀器細(xì)節(jié)和公式推導(dǎo)的過多鋪陳，從而有助于學(xué)生抓住重點(diǎn)，獲得明晰的認(rèn)識。4）前沿性。使用大量典型研究成果作為范例，使學(xué)生對于儀器的使用效果產(chǎn)生直觀的認(rèn)識，有助于將來的實(shí)際運(yùn)用。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58通過本課程的學(xué)習(xí)，并結(jié)合相配套的各種實(shí)驗、實(shí)踐教學(xué)，達(dá)到以下目標(biāo)：在X射線衍射分析部分，要求掌握X射線衍射技術(shù)、單物相定性分析、多晶混合物相定性分析、X射線定量相分析、晶體晶粒大小和晶格畸變的測定、宏觀殘余應(yīng)力的測定、多晶體織構(gòu)的測定等。

在電子顯微分析部分，要著重掌握幾種常用電子顯微分析儀器的基本概念和原理、熟悉儀器結(jié)構(gòu)、性能、實(shí)驗操作方法，并了解和基本掌握它們在材料微觀組織結(jié)構(gòu)和成分分析中的應(yīng)用，掌握樣品制備方法和實(shí)驗參數(shù)的選擇，并學(xué)會對各種電鏡圖像和信息進(jìn)行識別和分析。了解熱分析的應(yīng)用，能夠通過熱分析，獲得所需的實(shí)驗數(shù)據(jù)，并進(jìn)行正確的分析。了解材料現(xiàn)代電子