材料分析方法课件B.ppt

材料分析方法 （2）创建阶段 德国科学家阿贝的主要贡献为显微镜的成像原理理论，指出显微镜的成像是一种衍射现象的干涉效应，其理论至今为显微镜理论的基础。（1873年、1877年） 20世纪60年代引入了变焦光学系统，使得不同放大倍数的观察和摄影变得简单，随后采用通用的垂直照明系统和物镜，可以很容易实现明场、暗场、偏光、微分干涉衬度照明模式的转换。 CCD照相机的使用，金相照片再也不需在暗室获得。 2. X射线衍射 X射线衍射的发现直接导致了两门新学科的诞生——X射线晶体学和X射线波谱学，为人类认识物质结构开启了新视角。 1895年德国科学家伦琴发现了X射线并研究了其特性，1901年获诺贝尔物理奖； 1912年德国物理学家劳埃首次发现了X射线在晶体中的衍射现象，从而证实了X射线是电磁波（波动性），以及晶体中原子排列的周期性，开启了X射线衍射分析的新领域； 1912年英国的布拉格父子导出了著名的布拉格方程，较劳埃方程更为简单； 1913年，德国人埃瓦尔德提出了倒易点阵的概念，同时建立了X射线反射球构造方法； 20世纪40年代中期，福兰德曼设计制成了衍射仪，为现代衍射仪奠定了基础。 现在，计算机控制的全自动衍射仪极大地提高了分析的速度和精度。 3 电子显微镜的发展 1924年，法国著名理论物理学家波动力学的创始人，物质波理论的创立者，量子力学的奠基人之一德布罗意，提出电子的波粒二象性。1929年获诺贝尔物理学奖 1949年，海登莱栩第一个用TEM观察了电解减薄的铝试样，说明强散射的金属的组织也能在电子显微镜中观察到。材料学对电子显微镜的兴趣大增 。 20世纪50年代，英国剑桥大学的赫什和他的合作者首次发展了点解减薄金属试样，并且建立了薄晶体电子衍射的运动学和动力学理论，成功的观察到了金属中的各种缺陷  6：位向关系(新相析出的面、孪生面，新相与母相之间的位向关系等）。 7：夹杂物——夹杂物的种类、形态和分布对材料的性能有显著的影响。比如铸锭中的非金属夹杂物（氧化物、氮化物），往往会降低铸件的性能。 8：内应力——热应力、组织应力等，内应力的存在容易使材料内部应力集中的部位产生裂纹。 三 材料的结构及其层次 所谓结构：是指材料系统内各组成单元之间的相互联系和相互作用的方式。 从尺度上讲材料结构分为： 微观结构 亚微观结构 显微结构 宏观结构 1 微观结构：高分辨电子显微镜所能分辨的结构范围。 结构组成单元：原子、分子、离子、原子团等质点。所谓微观结构是指这些质点在相互作用力下的聚集状态、排列方式。 2 亚微观结构：普通电子显微镜所能分辨的结构范围。 结构组成单元：微晶粒、粒子等。亚微观结构主要指单个粒子的形状、大小和分布，晶体构造缺陷、界面结构等。 3 显微结构：光学显微镜下分辨出的结构范围。 结构单元：该尺度范围的各个相。显微结构是指这个尺度范围内试样中各相的种类、数量、形貌及相互关系。 4 宏观结构：人眼（或借助放大镜）可分辨的结构范围。 结构单元：相、颗粒、复合材料的组成材料等。 宏观结构包括材料中的大裂纹、孔隙、不同材料的组成及复合方式等。 四 研究方法的种类 光学显微镜 图像分析方法 透射电子显微镜 扫描电子显微镜 场离子显微镜 原子力显微镜 扫描隧道显微镜 X射线衍射 衍射法 电子衍射 中子衍射 非图像分析方法 光谱分析 能谱分析 成分谱分析 热谱分析 色谱分析 五.传统的分析方法 1.光学显微镜 光学显微镜是观察组织最常用的也是最简单的工具。 功能：直接观察样品的组织形貌,晶粒大小及形貌。 缺点： 1）放大倍率低，分辨本领低，只能观察到200nm尺寸级别的组织结构，对于更小的组织形态和单元（如位错，原子排列等）则无能为力。 2）只能观察表面而不能观察内部组织结构，更不能去 观察微区成分分析。——满足不了当前材料研究的需要。 2.化学分析 功能：分析试样的平均化学成分。 缺点：不能分析微区成分。 而往往微区成分会造成微观结构的不均匀性，导致微观区域性能的不均匀性，这种不均匀性对材料的宏观性能有很重要的影响作用。