現(xiàn)代材料分析方法

現(xiàn)代材料分析方法鄭州航空工業(yè)管理學院機電工程學院張新房CORAl前言一、《現(xiàn)代材料分析方法》課程的性質(zhì)二、《現(xiàn)代材料分析方法》課程的主要內(nèi)容三、《現(xiàn)代材料分析方法》與本專業(yè)其它課程的關系四、教材及主要參考書五、本課程的考核一、課程性質(zhì)本課程是為材料加工專業(yè)本科生開設的專業(yè)課其目的在于使學生系統(tǒng)地了解現(xiàn)代主要分析測試方法的基本原理、儀器設備、樣品制備及應用，掌握常見的測試技術所獲謝謝的解釋和分析方法，最終是學生能夠獨立地進行材料的分析和研究工作。1.本課程主要講授X射線衍射分析的基本原理、實驗方法及應用，透射電鏡、掃描電鏡、電子探針顯微分析的基本原理與方法及應用及熱分析的應用。2.掌握基本原理、了解常用的實驗方法，在實際工作中能正確地選用本課程中介紹的實驗方法，并能與專門從事試驗分析工作的人員共同試驗方案與分析試驗結果。二、課程的主要內(nèi)容及要求本課程的主要內(nèi)容本課程共分五篇11章。第一篇緒論（現(xiàn)代材料分析方法概述）材料組織與性能關系，顯微組織結構控制及其內(nèi)容，材料分析技術與材料的關系，分析技術簡介。第二篇X射線衍射分析

X射線衍射原理、X射線衍射分析方法、X射線衍射分析的應用。第三篇光譜、電子能譜分析紅外吸收光譜分析法、激光拉曼光譜分析法、紫外-可見光譜及熒光光譜法、核磁共振譜法。第四篇電子顯微分析掃描電子顯微分析、透射電子顯微分析與掃描探針分析第五篇其它分析方法熱分析方法和部分分析方法簡介三、與本專業(yè)其它課程的關系本課程是以高等數(shù)學、大學物理、無機分析化學、有機化學、物理化學、晶體學等課程為基礎的。因此，學好這些前期課程是學號現(xiàn)代材料分析方法的其它。同時，現(xiàn)代材料分析方法又為后續(xù)的專業(yè)課程如材料合成與制備方法、陶瓷、功能材料、高分子材料等打下基礎。四、教材及推薦參考書教材：張銳著.現(xiàn)代材料分析方法.化學工業(yè)出版社.2007推薦參考書：

1.周玉主編.材料分析測試技術.哈爾濱工業(yè)大學出版社，20032.來新民主編.質(zhì)量檢測與控制.高等教育出版社，20053.左演聲主編.材料現(xiàn)代分析方法.北京工業(yè)大學出版社，20004.楊南如主編.無機非金屬材料測試方法.武漢工業(yè)大學出版社，20005.常鐵軍主編.材料近代分析測試方法.哈爾濱工業(yè)大學出版社，19996.周玉等.材料分析測試技術—材料X射線衍射與電子顯微分析.哈爾濱工業(yè)大學出版社，1998五、本門課程的考核考查：以上課、回答問題、作業(yè)完成和出勤情況為依據(jù)進行考查，考查合格者方能參加考試。實驗：以實驗報告形式考查?？荚嚕洪]卷考試，百分制計分。第一章緒論本課程是一門試驗方法課，主要介紹采用X射線衍射（XRD）、表面分析及電子顯微鏡（SEM，TEM，etc）來分析材料微觀組織結構與顯微成分分析的方法；另外，還包括熱分析方法，來分析材料在加熱及冷卻過程中的組織轉變的方法。

一、材料的組織結構與性能1、組織結構與性能的關系**結構決定性能是自然界永恒的規(guī)律。**材料性能由其內(nèi)部的微觀組織結構所決定。**同一種鋼淬火后得到的馬氏體(硬)，退火后得到球光體(軟）。有機化合物中同分異構體的性能也各不相同。

我們可以通過一定的方法控制其顯微組織形成條件，使其形成預期的組織結構，從而具有所希望的性能。例如：在加工齒輪時，預先將鋼材進行退火處理，使其硬度降低，以滿足容易車、銑等加工工藝性能要求；加工好后再進行滲碳淬火處理，使其強度硬度提高，以滿足耐磨損等使用性能要求。2、微觀組織結構控制

1、顯微化學成分（不同相的成分，基體與析出相的成分，偏析等）2、基體結構與晶體缺陷（面心立方，體心立方，位錯，層錯等）3、晶粒大小與形態(tài)（等軸晶，柱狀晶，枝晶等）4、相的成分、結構、形態(tài)、含量及分布（球、片、棒、沿晶界聚集或均勻分布等）5、界面（表面、相界與晶界）6、位向關系（慣習面、攣生面、新相與母相）7、夾雜物8、內(nèi)應力第一章緒論二顯微組織結構的內(nèi)容三、材料分析技術與材料的關系：密切相關，相輔相成第一章緒論1、光學顯微鏡：**直觀反映材料樣品的組織形態(tài)（晶粒大小，珠光體,馬氏體，焊接熱影響區(qū)的組織形態(tài)，鑄造組織的晶粒形態(tài)等）。**分辨本領低（約200nm）和放大倍率低（約1000倍），只能觀察到102nm尺寸級別的組織結構，對于更小組織形態(tài)與單元（位錯，原子排列等）無能為力。四、傳統(tǒng)結構與成分測試方法2、化學分析：**只能給出一塊試樣的平均成分（所含每種元素的平均含量），但不能給出所含元素分布情況（如偏析，同一元素在不同相中的含量不同等）。**光譜分析給出的結果也是樣品的平均成分。微區(qū)成分的不均勻性造成了微觀組織結構的不均勻性，帶來微觀區(qū)域性能的不均勻性。第一章緒論第一章緒論五、分析技術的簡介AlpowderXRD是利用X射線在晶體中的衍射特征分析材料的晶體結構、晶格參數(shù)、晶體缺陷（位錯等）、不同結構相含量,內(nèi)應力的測量方法。1、X射線衍射（XRD，X-RayDiffraction）第一章緒論2、電子顯微鏡（EM，ElectronMicroscope）

EM使用高能電子束作光源，用磁場作透鏡制造的具有高分辨率和高放大倍數(shù)的電子光學顯微鏡

（1）掃描電子顯微鏡（SEM，ScanningElectronMicroscope）

SEM是利用電子束在樣品表面掃描激發(fā)出來代表樣品表面特征的信號成像的。最常用來觀察樣品表面形貌（斷口等）。場發(fā)射掃描電子顯微鏡的分辨率可達到1nm，放大倍數(shù)可達到15-20萬倍，還可以觀察樣品表面的成分分布情況。100um

(2)透射電子顯微鏡（TEM，TransmissionElectronMicroscope）。

TEM是采用透過薄膜樣品的電子束成像來顯示樣品內(nèi)部組織形貌與結構的。因此，它可以在觀察樣品微觀組織形態(tài)的同時，對所觀察的區(qū)域進行晶體結構鑒定（同位分析）。其分辨率可達10-1nm，放大倍數(shù)可達40-60萬倍。第一章緒論3、熱分析技術(thermalanalysisthechnology,DSC,DTAetc)

熱分析是在程序控制溫度下，測量材料物理性質(zhì)和溫度之間關系的一種技術，是研究材料結構特別是高分子材料結構的一種重要手段。第一章緒論DSCDTA4、表層分析技術（X射線光電子能譜（