1、现代材料分析方法,郑州航空工业管理学院机电工程学院张新房,CORAl,前言,一、现代材料分析方法课程的性质二、现代材料分析方法课程的主要内容三、现代材料分析方法与本专业其它课程的关系四、教材及主要参考书五、本课程的考核,一、课程性质,本课程是为材料加工专业本科生开设的专业课其目的在于使学生系统地了解现代主要分析测试方法的基本原理、仪器设备、样品制备及应用，掌握常见的测试技术所获谢谢的解释和分析方法，最终是学生能够独立地进行材料的分析和研究工作。,1.本课程主要讲授X射线衍射分析的基本原理、实验方法及应用，透射电镜、扫描电镜、电子探针显微分析的基本原理与方法及应用及热分析的应用。2.掌握基本原理
2、、了解常用的实验方法，在实际工作中能正确地选用本课程中介绍的实验方法，并能与专门从事试验分析工作的人员共同试验方案与分析试验结果。,二、课程的主要内容及要求,本课程的主要内容,本课程共分五篇11章。第一篇绪论（现代材料分析方法概述）材料组织与性能关系，显微组织结构控制及其内容，材料分析技术与材料的关系，分析技术简介。第二篇 X射线衍射分析 X射线衍射原理、X射线衍射分析方法、X射线衍射分析的应用。第三篇 光谱、电子能谱分析 红外吸收光谱分析法、激光拉曼光谱分析法、紫外-可见光谱及荧光光谱法、核磁共振谱法。第四篇 电子显微分析 扫描电子显微分析、透射电子显微分析与扫描探针分析第五篇 其它分析方法
3、 热分析方法和部分分析方法简介,三、与本专业其它课程的关系,本课程是以高等数学、大学物理、无机分析化学、有机化学、物理化学、晶体学等课程为基础的。因此，学好这些前期课程是学号现代材料分析方法的其它。同时，现代材料分析方法又为后续的专业课程如材料合成与制备方法、陶瓷、功能材料、高分子材料等打下基础。,四、教材及推荐参考书,教材：张锐著.现代材料分析方法.化学工业出版社.2007 推荐参考书：1.周玉主编.材料分析测试技术.哈尔滨工业大学出版社，2003 2.来新民主编.质量检测与控制.高等教育出版社，2005 3.左演声主编.材料现代分析方法.北京工业大学出版社，2000 4.杨南如主编.无机非
4、金属材料测试方法.武汉工业大学出版社，2000 5.常铁军主编.材料近代分析测试方法.哈尔滨工业大学出版社，1999 6.周玉等.材料分析测试技术材料X射线衍射与电子显微分析.哈尔滨工业大学出版社，1998,五、本门课程的考核,考查：以上课、回答问题、作业完成和出勤情况为依据进行考查，考查合格者方能参加考试。实验：以实验报告形式考查。考试：闭卷考试，百分制计分。,第一章 绪论,本课程是一门试验方法课，主要介绍采用X射线衍射（XRD）、表面分析及电子显微镜（SEM，TEM，etc）来分析材料微观组织结构与显微成分分析的方法；另外，还包括热分析方法，来分析材料在加热及冷却过程中的组织转变的方法。,
5、一、材料的组织结构与性能,1、组织结构与性能的关系*结构决定性能是自然界永恒的规律。*材料性能由其内部的微观组织结构所决定。*同一种钢淬火后得到的马氏体(硬)，退火后得到球光体(软）。有机化合物中同分异构体的性能也各不相同。,我们可以通过一定的方法控制其显微组织形成条件，使其形成预期的组织结构，从而具有所希望的性能。例如：在加工齿轮时，预先将钢材进行退火处理，使其硬度降低，以满足容易车、铣等加工工艺性能要求；加工好后再进行渗碳淬火处理，使其强度硬度提高，以满足耐磨损等使用性能要求。,2、微观组织结构控制,1、显微化学成分（不同相的成分，基体与析出相的成分，偏析等）2、基体结构与晶体缺陷（面心立
6、方，体心立方，位错，层错等）3、晶粒大小与形态（等轴晶，柱状晶，枝晶等）4、相的成分、结构、形态、含量及分布（球、片、棒、沿晶界聚集或均匀分布等）5、界面（表面、相界与晶界）6、位向关系（惯习面、挛生面、新相与母相）7、夹杂物 8、内应力,第一章 绪论,二 显微组织结构的内容,三、材料分析技术与材料的关系：密切相关，相辅相成,第一章 绪论,1、光学显微镜：*直观反映材料样品的组织形态（晶粒大小，珠光体,马氏体，焊接热影响区的组织形态，铸造组织的晶粒形态等）。*分辨本领低（约200nm）和放大倍率低（约1000倍），只能观察到102nm尺寸级别的组织结构，对于更小组织形态与单元（位错，原子排列等
7、）无能为力。,四、传统结构与成分测试方法,2、化学分析：*只能给出一块试样的平均成分（所含每种元素的平均含量），但不能给出所含元素分布情况（如偏析，同一元素在不同相中的含量不同等）。*光谱分析给出的结果也是样品的平均成分。微区成分的不均匀性造成了微观组织结构的不均匀性，带来微观区域性能的不均匀性。,第一章 绪论,第一章 绪论,五、分析技术的简介,Al powder,XRD是利用X射线在晶体中的衍射特征分析材料的晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、不同结构相含量,内应力的测量方法。,1、X射线衍射（XRD，X-Ray Diffraction）,第一章 绪论,2、电子显微镜（EM，Electr
8、on Microscope）EM使用高能电子束作光源，用磁场作透镜制造的具有高分辨率和高放大倍数的电子光学显微镜（1）扫描电子显微镜（SEM，Scanning Electron Microscope）SEM是利用电子束在样品表面扫描激发出来代表样品表面特征的信号成像的。最常用来观察样品表面形貌（断口等）。场发射扫描电子显微镜的分辨率可达到1nm，放大倍数可达到15-20万倍，还可以观察样品表面的成分分布情况。,(2)透射电子显微镜（TEM，Transmission Electron Microscope）。TEM是采用透过薄膜样品的电子束成像来显示样品内部组织形貌与结构的。因此，它可以在观察样
9、品微观组织形态的同时，对所观察的区域进行晶体结构鉴定（同位分析）。其分辨率可达10-1nm，放大倍数可达40-60万倍。,第一章 绪论,3、热分析技术(thermal analysis thechnology,DSC,DTA etc)热分析是在程序控制温度下，测量材料物理性质和温度之间关系的一种技术，是研究材料结构特别是高分子材料结构的一种重要手段。,第一章 绪论,4、表层分析技术（X射线光电子能谱（XPS)、Auger微探针(AES)，波谱仪（WDS)、能谱仪(EDS)etc）XPS可以探测220个原子层深度的范围，可以测定元素的化合价，多用于腐蚀产物分析。AES可以确定样品元素成分，同时能确定样品表面的化学性质。多用于表面成分分析。,第一章 绪论,
