材料科学和研究测试方法前言PPT课件市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

材料科学研究与测试方法材料科学研究与测试方法中北大学中北大学材料科学与工程学院材料科学与工程学院第1页序言序言 一、材料科学研究与测试方法课程性质二、材料科学研究与测试方法课程主要内容三、材料科学研究与测试方法与本专业其它课程关系四、教材及主要参考书五、本门课程考评第2页一、课程性质一、课程性质本课程是为材料科学与工程专业本科生开设专业课。其目标在于使学生系统地了解当代主要分析测试方法基本原理、仪器设备、样品制备及应用，掌握常见测试技术所获信息解释和分析方法，最终使学生能够独立地进行材料分析和研究工作。第3页低碳板条状马氏体低碳板条状马氏体 0.03C-2Mn第4页TEM45钢马氏体位错亚结构第5页Fe-1.9C马氏体第6页Fe-Ni-C合金马氏体马氏体孪晶第7页Fe-M系合金马氏体晶体学参数、亚结构系合金马氏体晶体学参数、亚结构及形貌及形貌第8页二、课程主要内容二、课程主要内容 材料当代分析测试方法是关于材料成份、结构、微观形貌与缺点等当代分析、测试技术及其相关理论基础科学。材料当代分析测试方法包括材料成份、结构、形貌、热学性质及表面物理化学性质与状态等方面分析测试技术和研究方法。材料当代分析测试不但包含材料（整体）成份、结构分析，也包含材料表面与界面分析、微区分析、形貌分析等很多内容；也不但是以材料成份、结构等分析测试为唯一目标，而是成为材料科学主要研究伎俩，广泛应用于研究和处理材料理论和工程实际问题。第9页第10页微结构决定了材料性能微结构决定了材料性能结构和组分物理、化学、力学性能使役性能结构多层性：决定了材料性能复杂性结构多层性：决定了材料性能复杂性第11页物质结构多层次性亚原子层次：亚原子层次：毫米毫米零件、构件零件、构件力学力学第12页主要内容主要内容材料当代分析测试方法包括分析测试技术和方法种类繁多，内容极其广泛。对于传统方法、近代方法和当代方法划分问题，不一样教授学者认识不一样，且随科学技术发展而改变。所以，相近内容教材或专著名称各种多样，比如，“材料分析测试方法”、“材料当代分析方法”、“材料近代分析测试方法”、“材料分析测试技术”、“当代分析技术”、“当代仪器分析原理与技术”等等。材料分析是经过对表征材料物理性质或物理化学性质参数及其改变（称为测量信号或特征信息）检测实现。换言之，材料分析基本原理（或称技术基础）是指测量信号与材料成份、结构等特征关系。采取各种不一样测量信号（对应地含有与材料不一样特征关系）形成了各种不一样材料分析方法。第13页一、微观结构分析基本原理用载能粒子作为入射束轰击样品，在与样品相互作用后便带有样品结构信息，分为吸收和发射光谱。所用波长应该与要分析结构细节对应，比如要想分析原子排列，必须用波长靠近或小于原子间距入射束。电子、光子和中子是最常见束源。入射束出射束物质第14页一、分析方法种类及功效1、按照束源分类：（1）电子显微术：同时取得结构（衍射）、形貌（成象）和成份（X光能谱和波谱、电子能量损失谱、俄歇电子谱等）信息；电子束波长很小，可覆盖从微观到宏观全部结构尺度；高分辨率。缺点主要是电子穿透能力弱（穿透能力为十分之一微米量级），带来样品制备和试验等方面困难；电子与物质作用十分强烈，致使结果分析较复杂。第一章微观结构分析基本原理第一章微观结构分析基本原理透射电镜透射电镜扫描电镜扫描电镜俄歇谱仪俄歇谱仪电子探针电子探针第15页一、分析方法种类及功效（2）X光衍射：属于利用光子进行物质分析一个。X光波长在0.010.1nm范围，正适合于分析物质原子结构。X光与被辐射物质电子云相互作用，但相互作用弱于电子束，穿透能力在多数金属里达数十个微米测量结果准确，试验简便，最惯用有效分析伎俩。缺点是只能给出平均结构信息，与轻原子作用很弱，不适于硕士物样品；不适合成像。X 光衍射仪光衍射仪第16页一、分析方法种类及功效（3）中子衍射：没有电荷，所以直接与原子核和原子磁矩作用，相互作用比起电子和X光要弱很多。所以中子衍射第一个优点是强穿透能力，可研究厘米量级块状样品，防止了多重散射，样品表面效应可忽略，数据处理变得很简便（衍射峰为高斯分部）。第二个优点是中子对不一样种类原子很敏感，可进行同位素交换、磁场影响等研究。中子衍射缺点与X光衍射类似，而且费用高昂，试验场所只限于有原子反应堆地方。伴随核技术发展，中子衍射在法国、美国等已成为一个广泛应用研究伎俩。第一章微观结构分析基本原理第一章微观结构分析基本原理第17页主要内容主要内容基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用各种性质建立各种分析方法已成为材料当代分析方法主要组成部分，大致可分为光谱分析、电子能谱分析、衍射分析与电子显微分析等四大类方法。另外，基于其它物理性质或电化学性质与材料特征关系建立色谱分析、质谱分析、电化学分析及热分析等方法也是材料当代分析主要方法。尽管不一样方法分析原理（检测信号及其与材料特征关系）不一样及详细检测操作过程和对应检测分析仪器不一样，但各种方法分析、检测过程均可大致分为信号发生、信号检测、信号处理及信号读出等几个步骤。对应分析仪器则由信号发生器、检测器、信号处理器与读出装置等几部分组成。第18页一、分析方法种类及功效2、按照物质结构分析模式分类：晶体结构（各类衍射仪）、成像（主要透射电镜、扫描电镜）、成份（X光能谱和波谱、电子能量损失谱、俄歇电子谱）、综合类（分析型电镜）。第一章微观结构分析基本原理第一章微观结构分析基本原理第19页主要内容主要内容信号发生器使样品产生（原始）分析信号。检测器则将原始分析信号转换为更易于测量信号（如光电管将光信号转换为电信号）并加以检测。被检测信号经信号处理器放大、运算、比较等后由读出装置转变为可被人读出信号被统计或显示出来。依据检测信号与材料特征关系，分析、处理读出信号，即可实现材料分析目标。第20页三、与本专业其它课程关系三、与本专业其它课程关系 本门课程是以高等数学、大学物理、无机及分析化学、有机化学、物理化学、晶体学等课程为基础，所以，学好这些前期课程是学好材料当代分析测试方法前提。同时，材料当代分析测试方法又为后续专业课程如材料合成与制备方法、陶瓷、功效材料、高分子材料等打下基础。第21页四、教材及主要参考书四、教材及主要参考书 教材教材：朱和国朱和国，王恒志王恒志.材料科学研究与测试方法材料科学研究与测试方法主要参考书主要参考书：1.常铁军，祁欣.材料近代分析测试方法.哈尔滨工业大学出版社，2.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，19983.万朴等.非金属矿产物相及性能测试与研究.武汉工业大学出版社，1992 4.左演声等.材料当代分析方法.北京工业大学出版社，第22页五、本门课程考评五、本门课程考评考查：以上课、回答下列问题、作业完成和出勤等情况为依据进行考查，考查合格者方能参加考试。考试：闭卷笔试，百分制记分。题型及分数分布：一、名词解释（10个，每个2分，共20分）二、填空（10小题，每小题2分，共20分）三、判断（10小题，每小题1分，共10分）四、选择（10小题，每小题1分，共10分）五、简答（5小题，共40分）第23页