材料测试与分析技术讲义-1

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1、材料测试与分析技术材料测试与分析技术材料工程学院材料教研室 朱鼎E-mail： zd-教学邮箱：绪绪 论论一一. 材料测试分析的地位与作用材料测试分析的地位与作用 l不同材料具有各自不同的使用性能不同材料具有各自不同的使用性能l材料的宏观性能是由其微观材料的宏观性能是由其微观组织、结构、成分组织、结构、成分所决定所决定l以不锈钢为例：以不锈钢为例： 结构：结构：Fcc 组织：单相奥氏体组织：单相奥氏体 成分：成分：1Cr18Ni8优良的耐蚀性优良的耐蚀性材料测试与分析技术l材料测试分析的地位与作用材料测试分析的地位与作用CompositionsStructureProcessesPropert

2、iesPerformance材料测试与分析技术二二. 材料测试分析方法材料测试分析方法l显微组织分析显微组织分析OM、TEM、SEM、STEMl化学成分分析化学成分分析化学分析、光谱、化学分析、光谱、EPMAl晶体结构分析晶体结构分析X射线衍射、电子衍射射线衍射、电子衍射 材料测试与分析技术三三. 本课程内容本课程内容lX射线衍射分析射线衍射分析l电子显微分析电子显微分析 材料测试与分析技术1. X射线衍射分析射线衍射分析l利用利用X射线在晶体中的衍射现象对材料的结构射线在晶体中的衍射现象对材料的结构（物相）进行定性、定量分析，并对与材料结（物相）进行定性、定量分析，并对与材料结构相关的晶体学

3、参数（晶格参数、晶体取向、构相关的晶体学参数（晶格参数、晶体取向、晶体缺陷等）进行分析测定的方法。晶体缺陷等）进行分析测定的方法。l分析仪器分析仪器 X射线衍射仪射线衍射仪材料测试与分析技术pX射线衍射仪射线衍射仪l物相定性物相定性l物相定量物相定量l结晶度、晶粒尺寸测定结晶度、晶粒尺寸测定l织构测定织构测定l点阵参数测定点阵参数测定l残余应力残余应力材料测试与分析技术2. 电子显微分析电子显微分析l以高能电子束作为照明源，利用电子束与样品以高能电子束作为照明源，利用电子束与样品物质交互作用产生的物理信息，分析材料组织、物质交互作用产生的物理信息，分析材料组织、结构和成分的方法。结构和成分的方

4、法。 l电子显微分析仪器电子显微分析仪器 透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针、俄歇电子能谱仪等。俄歇电子能谱仪等。材料测试与分析技术p透射电子显微镜透射电子显微镜l分辨率：分辨率： 0.10.2nml放大倍数：放大倍数：0.4150万倍万倍l主要功能：材料微观组织主要功能：材料微观组织形貌观察、晶体缺陷分析、形貌观察、晶体缺陷分析、晶体特征参量测定、物相晶体特征参量测定、物相分析等分析等材料测试与分析技术p扫描电子显微镜扫描电子显微镜l分辨率：分辨率： 1nml放大倍数：放大倍数：1020万倍万倍l主要功能：材料表面主要功能：材料表面形貌观察、断口

5、分析形貌观察、断口分析等等材料测试与分析技术p电子探针电子探针l分辨率：分辨率： 1nml元素范围：元素范围： Z = 4 92l主要功能：材料微区主要功能：材料微区化学成分分析化学成分分析材料测试与分析技术p俄歇电子能谱俄歇电子能谱l分辨率：分辨率： 1nml元素范围：元素范围：Z 3l主要功能：材料浅表主要功能：材料浅表面微区化学成分分析面微区化学成分分析材料测试与分析技术四四. 课程特点与要求课程特点与要求l理论性与实践性强理论性与实践性强u涉及物理学、晶体学、电子光学、量子力学等理论，涉及物理学、晶体学、电子光学、量子力学等理论，概念抽象。概念抽象。u需要实验密切支撑需要实验密切支撑l

6、要求要求u掌握各种分析方法的基本原理、特点与应用掌握各种分析方法的基本原理、特点与应用u能够针对测试分析要求选择适当的测试方法，涉及能够针对测试分析要求选择适当的测试方法，涉及测试方案，并能对基本的测试结果进行分析解释。测试方案，并能对基本的测试结果进行分析解释。材料测试与分析技术五五. 教学安排教学安排l总学时：总学时：48学时学时 其中课堂教学其中课堂教学44学时，实验学时，实验4学时学时l成绩考核：成绩考核： 作业（作业（10%）、考勤（）、考勤（10%） 、实验、实验（10%） 、期末考试（、期末考试（70%）材料测试与分析技术第一章第一章 X射线物理基础射线物理基础lX射线的性质射线

7、的性质lX射线的产生及射线的产生及X射线谱射线谱lX射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用材料测试与分析技术1.1 引言引言 X射线的发现是射线的发现是19世纪末世纪末20世纪初物理学世纪初物理学的三大发现（的三大发现（X射线射线1895年、放射线年、放射线1896年、年、电子电子1897年）之一，这一发现标志着现代物年）之一，这一发现标志着现代物理学的产生。理学的产生。材料测试与分析技术发现X射线l1895年年11月月8日，德国物理日，德国物理学家伦琴在研究阴极射线学家伦琴在研究阴极射线管的高压放电现象时，发管的高压放电现象时，发现了能使荧光屏发光的现了能使荧光屏发光的 一一种新的射线。种

8、新的射线。l1895年年12月月22日，伦琴和日，伦琴和他夫人拍下了第一张他夫人拍下了第一张X射线射线照片。照片。 材料测试与分析技术X射线的性质射线的性质X射线的主要特征：射线的主要特征：u肉眼不可见肉眼不可见u具有与可见光类似的性质（沿直线传播、使胶片感光、具有与可见光类似的性质（沿直线传播、使胶片感光、使荧光物质发光）使荧光物质发光）u具有自身的特点（很高的穿透能力、可被物质吸收和具有自身的特点（很高的穿透能力、可被物质吸收和减弱、可使空气电离、对生物细胞有杀伤作用等）减弱、可使空气电离、对生物细胞有杀伤作用等） 材料测试与分析技术贡献贡献l几个月后被用于医学诊断，后来又用于金属材几个月

9、后被用于医学诊断，后来又用于金属材料和机械零件的探伤。料和机械零件的探伤。l1901年获第一次诺贝尔物理学奖金。年获第一次诺贝尔物理学奖金。 l1912年劳厄发现了年劳厄发现了X射线通过晶体时产生衍射射线通过晶体时产生衍射现象，证明了现象，证明了X射线的波动性和晶体内部结构射线的波动性和晶体内部结构的周期性。的周期性。l1912年年11月，布拉格提出著名的布拉格方程，月，布拉格提出著名的布拉格方程，成功解释劳厄的实验。成功解释劳厄的实验。材料测试与分析技术l图为图为2001年年3月月27日，在澳大利亚悉尼大学，一名工日，在澳大利亚悉尼大学，一名工作人员在审视手中的作人员在审视手中的X射线照片。

10、射线照片。 材料测试与分析技术1.2 X射线的本质射线的本质一、一、X射线的本质射线的本质 X射线与可见光、紫外线、宇宙射线一样射线与可见光、紫外线、宇宙射线一样也是电磁波的一种，具有波粒二象性，波长也是电磁波的一种，具有波粒二象性，波长在在108cm左右，与晶格常数为同一数量级。左右，与晶格常数为同一数量级。材料测试与分析技术二、电磁波谱二、电磁波谱 X射线的波长在射线的波长在106cm 1010cm 之间，在电磁波谱之间，在电磁波谱中与紫外线和中与紫外线和射线射线相搭接相搭接。材料测试与分析技术二、电磁波谱二、电磁波谱软软X射线：波长较长，用于医学透视射线：波长较长，用于医学透视硬硬X射线

11、：波长较短，用于材料分析射线：波长较短，用于材料分析材料测试与分析技术三、三、X射线的波粒二象性射线的波粒二象性u波动性：波动性：X射线以一定的波长和频率在空间传播，反映射线以一定的波长和频率在空间传播，反映了物质运动的连续性。了物质运动的连续性。u粒子性：粒子性：X射线以光子形式辐射和吸收时具有一定的质射线以光子形式辐射和吸收时具有一定的质量、能量和动量，反映了物质运动的分立性。量、能量和动量，反映了物质运动的分立性。 越小，越小，p p和和越大，越大，X X射线穿透能力越强。射线穿透能力越强。hhpc材料测试与分析技术u波粒二象性的表现：波粒二象性的表现： 波粒二象性是波粒二象性是X射线的