《材料分析方法绪论》PPT课件.ppt

1、材料分析方法：贵州大学材料与冶金学院，关于以下课题：1 .材料的组织结构和性能。微结构3的内容。材料分析方法的基本原理和分类。微观结构和成分的传统分析和测试方法。微观结构和成分的现代分析和测试方法。材料科学与工程课程的内容和要求？它是研究材料的组成、结构和制造过程与其性能和使用性能之间关系的知识以及这些知识的应用。材料科学与工程对材料的生产、使用和发展具有指导意义。材料科学与工程的四个基本要素：材料的组成和结构、制造工艺、性能和适用性。1.组织结构和材料性能。组织结构与绩效的关系结构决定绩效。也就是说，材料的性能(包括机械性能和物理性能)由其内部微观结构决定。虽然不同种类的材料具有不同的性质，

2、但是即使相同的材料通过不同的工艺处理以获得不同的组织结构，它们也具有不同的性质。(结构是理解和控制性能的中心环节！)，2 .微观结构控制，通过一定的方法控制其微观结构的形成条件，使其能够形成预期的结构，从而具有预期的性能。必须具备两个基本条件：了解组织结构和材料性质之间的关系；微结构的形成条件和加工机理是已知的。例如，在加工齿轮时，钢被预先退火以降低其硬度，从而满足易于车削和铣削的加工性能要求；加工后进行渗碳和淬火处理，以提高其强度和硬度，从而满足耐磨性等性能的要求。二是微观结构的内容，材料微观结构的内容大致如下：微观化学成分(不同相的成分、基体和析出相的成分、偏析等)。)；晶体结构和晶体缺陷

3、(面心立方、体心立方、位错、堆垛层错等):晶粒尺寸和形态(等轴晶、柱状晶、枝晶等。)；相的组成、结构、形态、含量和分布(球状、片状、棒状、沿晶界聚集或均匀分布等)。)；界面(表面、相界和晶界)；方位关系(习惯平面、孪生平面、新相位和母相位)；包容性；内应力(喷丸表面、焊接热影响区等)。三、材料分析方法的理论基础和分类，材料分析方法？它是一门关于材料成分、结构、微观形貌和缺陷的现代分析测试技术及其相关理论基础的科学。1.材料分析方法的理论基础，除个别研究手段(如扫描探针显微镜)外，基本上是利用入射电磁波或材料波(x光、电子束、可见光等)。)与材料相互作用以产生各种输出电磁波或材料波(x光、电子束

4、、可见光等)。2)携带样品信息，检测这些输出信号，并进行分析和处理，从而获得材料的组织和结构样品，入射信号(x射线、电子、离子、可见光)，反射信息(x射线、电子、可见光)，透射信息(x射线、电子、可见光)，吸收信息(电子)，样品特性的物理信息示意图。材料分析方法的分类，根据其用途分为三类：组织形态分析阶段分析；组成和价键分析。(1)微观结构和形貌分析：通过各种微观技术了解材料的微观结构。表面形貌分析技术经历了光学显微镜、电子显微镜和扫描探针显微镜的发展过程。(2)相分析相分析是指利用衍射来检测晶格类型和晶胞常数，并确定物质的相结构。原理：相干散射是由电磁波、运动电子束和中子束的相互作用产生的不

5、同的入射波激发核外电子，使它们发生层间跃迁，并在此过程中产生元素的特征信息。根据出射信号的不同，成分分析方法可分为两类：x光光谱和电子光谱，出射信号分别为x光和电子。4.微观结构和成分的传统分析和测试方法。1.光学显微镜的优点：它是观察材料微观结构最常用和最简单的工具。它能直接反映材料试样的微观组织形态(如晶粒尺寸、珠光体或马氏体、焊接热影响区的微观组织形态、铸件微观组织的晶粒形态等)。)。缺点：低分辨率(约200纳米)和低放大率(约103倍)。只能观察到100纳米大小的结构，但与较小的结构和单元(如位错和原子排列等)无关。)。只能观察到表面形貌，但不能观察到材料的内部结构，不能在同一位置分析

6、观察到的微观结构。目前，光学显微镜不能满足当前材料研究的需要！化学分析分析材料平均化学成分的常规方法包括湿化学法和光谱分析法。优缺点：用化学分析法测定钢的成分只能给出样品的平均成分(所含各元素的平均含量)，可以达到很高的准确度，但不能给出所含元素的分布(如偏析、同一元素在不同相中的不同含量等)。)。光谱分析的结果也是样品的平均成分。材料的整体成分分析不能满足材料研究的需要！元素在钢中的分布不是绝对均匀的，也就是说，在微观层次上是不均匀的。微区成分的不均匀性导致微观结构的不均匀性，微观结构的不均匀性导致微区性能的不均匀性，这种不均匀性对材料的宏观性能有重要影响。例如，在硬化钢中，靠近未溶解碳化物

7、的高碳区形成硬而脆的板条马氏体，而低碳区形成强而韧的板条马氏体。片状马氏体在加载时易形成脆性裂纹源，并逐渐扩展而导致断裂。微结构和成分的现代分析和测试方法介绍。x光衍射是一种分析晶体结构、晶格参数、晶体缺陷(位错等)的方法。)、不同结构相的含量和材料的内应力。是最常用的定性相分析方法！根据x光与晶体样品衍射后的x光信号特征，分析计算了样品的晶体结构和晶格参数。优点：可以高精度地计算样品的晶格参数。缺点：晶体结构不能直观观察，必须分析；微观上不可能将形态观察与晶体结构分析结合起来。常用的x光衍射仪可以分析毫米量级的最小样品面积(由于x光聚焦困难)。2.电子显微镜分析。电子显微技术是利用电子显微镜

8、和其他电子束仪器研究微观世界中物质的组织形态、结构、组成和变化规律的一门学科。电镜分析包括透射电镜分析、扫描电镜分析和电子探针显微分析。(1)透射电子显微镜(简称透射电子显微镜)透射电子显微镜通过薄膜样品的电子束成像来显示样品的内部结构和形态。特征：可以观察样品的微观结构，识别观察区域的晶体结构(同源分析)；分辨率可达10-1毫米，放大倍数可达106倍。扫描电子显微镜扫描电子显微镜利用电子束在样品表面扫描所激发的信号对样品表面特征进行成像。最常用于观察表面形态(断裂等)。)的样本。扫描电镜的分辨率可达1毫米，放大倍数可达205倍。电子探针显微分析通过扫描电子显微镜和能谱仪的结合，我们可以观察微

9、观形貌，同时分析微观区域的化学成分。3.表面分析技术(1)电子能谱分析电子能谱分析是一种研究物质表面元素组成和离子状态的表面分析技术。基本原理：用一定的激发源照射样品，激发样品中原子或分子的电子，然后测量这些电子的能量分布。通过比较已知元素的原子或离子的不同壳层电子的能量，可以确定未知样品表层原子或离子的组成和状态。有两种常用的分析方法：x光电子能谱和俄歇电子能谱。扫描隧道显微镜是一种表面形貌和结构测试仪器。与扫描电子显微镜和透射电子显微镜相比，扫描隧道显微镜具有结构简单、分辨率高等特点。它可以在真空、大气或液体环境中以及真实空间中原位动态观察样品表面的原子构型，并可直接用于观察样品表面物理或

10、化学反应的动态过程以及原子在反应中的迁移过程。光谱分析方法：根据电磁辐射与材料相互作用产生的特征光谱波长和强度来分析材料的方法。例如x射线荧光光谱、红外光谱等。前者可用于材料的成分分析，而后者可用于分子结构分析。4。光谱分析，6。本课程的内容和要求。内容，2。学习要求(1)掌握x光衍射仪、x光应力测试仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针的基本原理、实验方法和应用；(2)能与x光衍射和电子显微镜分析专业人员一起制定测试计划和分析测试结果；(3)了解x光电子能谱、扫描隧道显微镜和原子力显微镜的原理和应用；(4)在实际工作中能够正确选择本课程介绍的仪器和实验方法。学习方法建议：(1)搞好学习过程的各个环节(听课、课后消化和作业)；(2)在学习过程中，要对分析方法进行比较和总结。(3)阅读更多相