现代材料分析方法
郑州航空工业管理学院机电工程学院
课程名称：现代材料分析方法
授课专业：材料成型及控制
讲 授 人：张新房
二零一零年七月
I
现代材料分析方法
《现代材料分析方法》课程基本信息 课程名称：现代材料分析方法 学时学分：32课时，周2学时，2学分
预修课程：高等数学、大学物理、无机分析化学、有机化学、物理化学材料科学基础等 使用教材：张锐著. 现代材料分析方法. 化学工业出版社.2007 教学参考书：
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
自学辅导参考网址：
1．http://met.fzu.edu.cn/eduonline/cl/index.asp 2．http://www.jingpinke.com/index?
3．http://jpk.cust.edu.cn/clfxycs/sshd.asp?pageclass=109
4．http://www.antpedia.com/?action_mygroup_gid_109_op_list_type_digest5． 教学方法：课堂讲授，启发式教学；实验教学；辅以动画、录像。 教学手段：传统教学为主，结合多媒体教学
考核方式：平时成绩15% （出勤、听课、作业完成、课堂回答问题等）+实验成绩15% + 闭卷考试成绩70%
其他要求：严格考勤，注重学生课堂表现及课堂参与情况，课下作业
《材料现代分析方法》是一门介绍X射线衍射分析、电子显微分析、热分析和有机波谱分析等现代研究材料晶体结构、微观组织、化学组成与性能间关系的课程，它是材料科学与工程专业本科生的专业基础课程，也可作为相关专业本科生、研究生的选修课。这门课程包括晶体学、X射线衍射分析、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针显微分析、能谱分析和有机波谱分析仪器的构造和工作原理。着重讲授这些分析方法原理及在材料科学中的应用。
1
现代材料分析方法
通过本课程的学习，要求学生基本掌握有关晶体学知识、X射线基本性质和衍射理论，衍射实验技术，并初步掌握应用X射线衍射技术进行物相的定性和定量分析，点阵常数的精确测定等。了解现代电子显微分析与表征功能、电子衍射相分析。初步掌握透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针的原理、方法与应用。了热分析的基本原理，掌握DSC、DTA的工作原理、方法与应用。通过学习该课程后，了解X射线衍射和电子显微分析及有机波谱分析等技术的应用领域，学会正确分析基本的X射线衍射图谱、电子显微图像、红外、紫外和拉曼图谱，从中获得准确的材料结构和形貌等信息。了解X射线衍射技术、电子显微分析技术和热分析技术的最新进展，能够正确地运用现代分析技术开展材料的科学研究，解决材料工程领域相关问题。 注意：利用网络资源
绪 论
一、教学目的与要求
了解材料的组织与性能之间的关系，材料分析在生产中的作用；材料分析的发展概况；讲解课程的性质、任务、学习的要求和方法。 二、教学课时数
理论教学 1学时 三、教学内容
绪论部分主要阐述现代分析方法在研究材料组成与结构中的意义，介绍材料组成、结构与性能的关系；概略介绍课程教学内容，课程教学目的与要求，以及教学安排。并为学生提供课外学习的参考文献目录和网络课件网址。
通过绪论部分的学习让学生对本课程教学目的、要求、内容与安排有所了解。 导言
材料现代分析方法是一门技术性实验方法性的课程。它是在具备物理学、结晶学和材料基础知识之后开设的一门重要的专业基础课。它要掌握材料现代各种测试方法，了解各种测试仪器的基本原理、仪器结构、仪器工作原理、图谱分析解译方法，并学会在材料研究中的应用。 一、材料的组成结构与性能的关系 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。 2、微观组织结构控制
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
2
现代材料分析方法
能要求。
二、本课程的主要内容
传统的分析材料组织结构的方法是光学显微镜，光学显微镜分析在材料结构与表征课程中学习。光学显微镜的分辨率低（约200nm），放大倍数低（最大倍数为1000倍），已经不能满足需要。
材料的组成和微观结构如何知道？ 传统方法：
? 肉眼，分辨率0.2mm（20000nm）
? 光学显微镜-光学技术，能达到什么程度？分辨率为200nm 现代技术是什么？
一般的化学成分分析方法通常要对样品进行溶解等破坏性的处理。分析的结果是材料的平均成分。而实际在材料中元素的分布是不均匀的。许多材料产生偏析影响材料的性能，因此，需要进行原位的微区成分分析。 具体地讲，本课程的内容主要有： 1、X射线衍射分析
X射线衍射分析是利用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。主要用于物相分析和晶体结构的测定。
日本岛津XD-5A型X射线粉末衍射仪 Al粉的XRD图谱
Philips X’ Pert MPD 多功能全自动X射线粉末衍射仪
3
现代材料分析方法
2、电子显微分析
电子显微镜是用高能电子束作光源，用磁场作透镜制造的。电子显微镜与传统的光学显微镜一样，主要用来观察物体的形貌。但它具有?高分辨率和高放大倍数的特点。除此之外，它还有传统的光学显微镜不具备的本领。如，在观察物体的形貌的同时，还能测定物相的结构和微区化学成分。
类似于光学显微镜，电子显微镜根据电子束照射样品的方式不同（光学显微镜有（透射和反光显微镜），电子显微镜也有几种不同类型： 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
4