材料的显微结构分析
铝铜合金金相显微组织分析
铝铜合金金相显微组织分析
铝铜合金是由铝和铜两种金属混合而成的复合材料，具有良好的力学性能和耐腐蚀性能，因此在航空、船舶、汽车、石油和化工等行业得以广泛应用。
尽管已经有大量研究表明铝铜合金具有多种特性，然而要理解材料的性能，就必须研究其微观组织。
在此基础上，金相显微组织分析可以有效地识别和定量分析铝铜合金内部的金属结构。
金相显微组织分析可以用各种光学显微镜观察金属结构，并采用先进的形貌分析技术。
使用该分析方法，可以清楚地查看和测量合金组织中晶粒形貌、尺寸和分布。
除此之外，还可以检测金属结构中的杂质、气孔和疲劳裂纹等缺陷。
金相显微组织分析可以确定材料的晶粒尺寸、形貌和分布，以及对外界的反应。
通过对表面、边缘、表界面和焊点等结构的研究，可以有效地确定合金的物理和化学性能，比如硬度、塑性和抗腐蚀性等。
与传统的显微组织分析相比，金相显微组织分析更加准确、可靠，能够更深入地了解材料的微观结构。
在铝铜合金实际应用中，金相显微组织分析可以作为一种强大的工具用于控制材料性能和质量，并研究和设计新型材料。
它可以有效地洞察材料性能，揭示成败的关键所在，并提出改善性能的建议。
总之，金相显微组织分析在铝铜合金的研究、开发和应用中占有重要地位，可以有效地探索、分析和控制材料的微观结构，从而提高材料的性能和使用寿命。
- 1 -。
现代材料分析方法
现代材料分析方法现代材料分析方法包括物理、化学、电子、光学、表面和结构等多个方面的技术手段，具有快速、准确、非破坏性的特点。
下面将针对常用的材料分析技术进行详细介绍。
一、物理分析方法1. 微观结构分析：包括金相显微镜分析、扫描电镜、透射电镜等技术。
通过观察材料的显微结构、晶粒尺寸、相组成等参数，揭示材料的内在性质和形貌特征。
2. 热分析：如热重分析、差示扫描量热仪等。
利用材料在高温下的重量、热容变化，分析材料的热行为和热稳定性。
3. 电学性能测试：包括电导率、介电常数、介电损耗等测试，用于了解材料的电导性和电介质性能。
4. 磁性测试：如霍尔效应测试、磁滞回线测试等，用于研究材料的磁性行为和磁性特性。
二、化学分析方法1. 光谱分析：包括紫外可见光谱、红外光谱、核磁共振等。
通过检测材料对不同波长的光谱的吸收、散射等现象，分析材料的组分和结构。
2. 质谱分析：如质子质谱、电喷雾质谱等。
通过挥发、电离和分离等过程，分析材料中不同元素的存在及其相对含量。
3. 电化学分析：包括电化学阻抗谱、循环伏安法等。
通过测量材料在电场作用下的电流、电压响应，研究材料的电化学性能和反应过程。
4. 色谱分析：如气相色谱、高效液相色谱等。
利用材料在色谱柱上的分离和吸附效果，分析材料中组分的种类、含量和分布。
三、电子分析方法1. 扫描电子显微镜（SEM）：通过照射电子束，利用电子和物质的相互作用，获得样品表面的详细形貌和成分信息。
2. 透射电子显微镜（TEM）：通过透射电子束，观察材料的细观结构，揭示原子尺度的微观细节。
3. 能谱分析：如能量色散X射线谱（EDX）、电子能量损失谱（EELS）等。
通过分析材料与电子束相互作用时，产生的X射线和能量损失，来确定样品的元素组成和化学状态。
四、光学分析方法1. X射线衍射：通过物质对入射的X射线束的衍射现象，分析材料的晶体结构和晶格参数。
2. 红外光谱：通过对材料在红外辐射下的吸收和散射特性进行分析，确定材料的分子结构和化学键。
材料科学中的显微分析技术
材料科学中的显微分析技术随着科技的不断进步和发展，材料科学领域也在不断地推陈出新，尤其是在显微分析技术方面，取得了巨大的成就。
显微分析技术是材料科学中一种非常重要的研究手段，主要通过观察样品的微观结构和性质来达到材料分析和研究的目的。
本文将重点介绍几种常用的显微分析技术。
一、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种非常常用的显微分析技术，它主要利用电子束照射样品后所产生的二次电子和反射电子来观察样品表面的形貌、结构和成分。
SEM 可以通过不同的电子能量、探针电流等参数来调节图像的分辨率和深度，因此对于材料表面形貌的观察和分析非常有帮助。
二、透射电子显微镜（TEM）与 SEM 不同的是，透射电子显微镜主要研究的是材料的内部结构和组成成分。
透射电子显微镜通过压缩电子波长并穿过材料薄层来观察材料的内部结构。
这种技术非常适合于研究各种微纳米结构，如晶体缺陷、嵌入物晶体、纳米线、薄膜等。
三、原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种非接触式的显微分析技术，可以实现 nm 和单个原子的分辨率。
AFM 通过利用样品表面的力变化来计算样品表面的形貌，可以直接观察到材料表面的原子结构和表面化学性质。
AFM 技术在材料表面形貌、粗糙度以及纳米级表面摩擦等方面各有应用。
四、拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种非常常见的光谱分析技术，它通过利用激光束的激发下产生的被动散射光，来给出材料的振动信息，包括化合物的结构、作为表面成分的化合物、内部动态变化等。
拉曼光谱分析广泛用于材料、纳米材料及化学生物学领域，为研究物理、化学、生物等方面的问题提供了有效的工具。
五、X射线衍射分析（XRD）X射线衍射分析是一种分析材料内部结构的技术，主要应用于晶体结构分析、材料相变研究、材料显微结构分析等领域。
XRD 通过跟踪和分析样品探针的散射角度和强度，从而确定材料的具体晶格结构、原子排列和相互影响。
总结以上几种显微分析技术只是材料分析中常用的几种手段，还有许多其他的方法可以用于材料或材料组件的分析和研究。
实验4陶瓷材料的显微结构分析
主要设备：日立S-3000N扫描电镜、超声清洗仪 耗 材：Al2O3等多晶功能陶瓷材料、Au金靶、导电胶等
电子束与固体的相互作用
电子束
电子 电动势
阴极荧光 特征X-射线
二次电子 俄歇电子 背散射电子
样品
吸收 电流
透射电子
扫描电镜工作原理图
电子枪
高压电源
聚光镜 扫描线圈
透镜电源
M = As/Ac 由于扫描电子显微镜的荧光屏尺寸是固定不变的，电子束在样 品上扫描一个任意面积的矩形时，在阴极射线管上看到的扫描 图像大小都会和荧光屏尺寸相同。因此我们只要减少镜筒中电 子束的扫描幅度，就可以得到高的放大倍数，反之，若增加扫 描幅度们，则放大倍数就减小。90年代后期生产的高级扫描电 子显微镜放大倍数可以从数倍到80万倍左右。
思考题
(1) 扫描电镜使用时为何要抽真空？ (2) 对于非金属样品，用扫描电镜观察前为何需在样品表面 喷镀一层金属？
金属材料断口SEM图
(a) 沿晶断裂
(b) 穿晶断裂
掺硼金刚石薄膜SEM图
LiCoO2和Al，Zr掺杂LiCoO2材料SEM图
(a) 未掺杂
(b) 掺杂
人体组织SEM图
(a) 味 蕾
实验四 陶瓷材料的显微结构分析
一.实验目的与内容
1显微镜基本构造和使用方法
二.实验基本原理
电子枪发射并经过聚焦的电子束在样品表面逐点扫描，激发样 品产生二次电子、背散射电子、透射电子、特征X射线、俄歇电 子等各种物理信号。这些信号经检测器接收、放大并转换成调制 信号，最后在荧光屏上显示反映样品表面各种特征图像。
聚光镜：共有三对，前两对为强磁透镜，起缩小电子束光斑用， 第三对为弱磁透镜，又称物镜，焦距较长。扫描电镜中电子束直 径越小，成像单元的尺寸越小，相应的分辨率就越高。
材料表征方法
材料表征方法一、引言。
材料表征是材料科学研究中的一个重要环节，通过对材料进行表征可以了解材料的结构、性能和特性，为材料的设计、合成和应用提供重要依据。
本文将介绍常见的材料表征方法，包括显微结构表征、物理性能表征和化学性能表征。
二、显微结构表征。
1. 光学显微镜。
光学显微镜是最常用的显微结构表征方法之一，通过光学显微镜可以观察材料的表面形貌和微观结构，了解材料的晶体形态、晶粒大小和分布等信息。
2. 电子显微镜。
电子显微镜包括扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），能够观察材料的微观形貌和晶体结构，对材料的晶体学性质进行详细表征。
三、物理性能表征。
1. X射线衍射。
X射线衍射是一种常用的物理性能表征方法，通过分析材料对X射线的衍射图样，可以得到材料的晶体结构信息，包括晶格常数、晶面指数和结晶度等。
2. 热分析。
热分析是通过对材料在不同温度下的热学性质进行测试，包括热重分析（TGA）、差热分析（DSC）和热膨胀分析（TMA），可以得到材料的热稳定性、热容量和热传导性等信息。
四、化学性能表征。
1. 质谱分析。
质谱分析是一种常用的化学性能表征方法，通过对材料中各种化合物的质谱进行分析，可以确定材料的组成和结构，了解材料的化学成分和分子结构。
2. 红外光谱。
红外光谱可以用于表征材料的化学成分和分子结构，通过分析材料在红外光谱下的吸收特征，可以得到材料中各种官能团的信息，包括羟基、羰基和氨基等。
五、结语。
材料表征是材料科学研究中的重要内容，通过对材料的显微结构、物理性能和化学性能进行全面表征，可以为材料的设计、合成和应用提供重要依据。
本文介绍了常见的材料表征方法，希望能够对材料科学研究者有所帮助。
材料组织结构的表征与分析
材料组织结构的表征与分析材料科学是研究材料的性质和结构的学科，而材料的组织结构对其性质和性能有着重要影响。
因此，对材料组织结构的表征与分析是材料科学研究的重要内容之一。
本文将探讨材料组织结构的表征方法和分析技术。
一、显微结构分析显微结构分析是研究材料组织结构的基础方法之一。
光学显微镜是最常用的显微结构观察工具，通过对材料进行金相制样和显微观察，可以获得材料的晶粒大小、晶界分布、相组成等信息。
此外，透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）等高分辨率显微镜的应用，可以进一步观察材料的细微结构，如晶体缺陷、相界面等。
二、X射线衍射分析X射线衍射是一种非常重要的材料组织结构分析方法。
通过将X射线照射到材料上，利用材料晶体对X射线的衍射现象，可以得到材料的晶格参数、晶体结构和晶体取向等信息。
X射线衍射技术广泛应用于材料的晶体结构分析、相变研究和晶体取向分析等领域。
三、电子显微衍射分析电子显微衍射是一种利用电子束与材料相互作用的现象进行结构分析的方法。
通过电子束的散射现象，可以获得材料的晶格结构、晶体取向和晶体缺陷等信息。
电子衍射技术在材料科学领域中的应用十分广泛，尤其在纳米材料的研究中具有重要意义。
四、原子力显微镜分析原子力显微镜（AFM）是一种基于原子力相互作用的表面形貌观察技术。
通过探针与材料表面的相互作用力，可以得到材料的表面形貌、粗糙度和力学性质等信息。
AFM技术在材料科学研究中的应用非常广泛，尤其在纳米材料和薄膜的研究中具有独特的优势。
五、热分析技术热分析技术是通过对材料在不同温度下的物理和化学性质的变化进行分析的方法。
常用的热分析技术包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）和热膨胀分析法（TMA）等。
这些技术可以用于研究材料的热稳定性、热分解行为和相变特性等。
六、电子能谱分析电子能谱分析是一种通过测量材料中电子能量分布来研究材料组织结构的方法。
常用的电子能谱分析技术包括X射线光电子能谱（XPS）和电子能量损失谱（EELS）等。
厚朴显微鉴定实验报告
厚朴显微鉴定实验报告
1. 实验目的
研究并掌握厚朴材料的显微鉴定方法，了解其组织结构与特性。
2. 实验方法与步骤
2.1 实验材料和设备
- 实验材料：厚朴材料切片
- 实验设备：光学显微镜
2.2 实验步骤
1. 取一块厚朴材料切片，放置在显微镜的载玻片上。
2. 将载玻片放入显微镜的台座上，调整镜头使得材料切片清晰可见。
3. 观察材料切片的外观特征，包括颜色、形状等。
4. 在低倍镜下观察材料切片的整体结构，记录其组织特征。
5. 在高倍镜下观察材料切片的细节结构，记录其细胞形态和排列情况。
6. 根据观察结果，鉴定所观察的材料切片是否为厚朴材料。
3. 实验结果与分析
经过观察和鉴定，我们得到以下实验结果与分析：
1. 材料切片的外观特征：厚朴材料切片呈现出淡黄色，形状近似方形，厚度较薄。
2. 整体结构：在低倍镜下观察，我们可以看到材料切片由多根纤维组成，纤维之间呈交叉排列，形成一种网状结构。
3. 细胞形态和排列：在高倍镜下观察，我们可以看到细胞的形态较为规则，多为长方形或扁平形，细胞之间紧密排列，没有明显的细胞间隙。
4. 鉴定结果：根据观察结果，我们可以确定所观察的材料切片为厚朴材料。
4. 实验总结
通过这次实验，我们了解了厚朴材料的显微鉴定方法。
通过观察材料切片的外观特征、整体结构以及细胞形态和排列情况，我们可以准确地鉴定厚朴材料。
此外，我们还发现厚朴材料的细胞形态规则，细胞之间排列紧密，这与其特殊的物理和化学性质密切相关。
5. 参考资料。
材料分析方法总结
材料分析方法总结材料分析是一门重要的科学技术，它在工程、材料科学、地质学、化学等领域都有着广泛的应用。
在材料分析中，我们需要运用各种方法来对材料的成分、结构、性能进行分析，以便更好地理解和利用材料。
本文将对常见的材料分析方法进行总结，希望能够对相关领域的研究者和工程师有所帮助。
首先，光学显微镜是材料分析中常用的方法之一。
通过光学显微镜，我们可以观察材料的形貌、颗粒大小、晶粒结构等信息。
这对于金属、陶瓷、塑料等材料的分析都非常有帮助。
同时，透射电子显微镜和扫描电子显微镜也是常用的分析工具，它们可以提供更高分辨率的图像，帮助我们观察材料的微观结构。
除了显微镜，X射线衍射也是一种常用的材料分析方法。
通过X射线衍射，我们可以确定材料的晶体结构和晶格参数，从而了解材料的晶体学性质。
X射线衍射在材料科学、地质学和化学领域都有着广泛的应用，是一种非常有效的分析手段。
此外，光谱分析也是材料分析中常用的方法之一。
光谱分析包括紫外可见吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱等，它们可以用于分析材料的组成、结构和性能。
光谱分析在材料科学、化学和生物学领域都有着重要的应用，是一种非常有力的分析工具。
在材料分析中，热分析也是一种常用的方法。
热分析包括热重分析、差热分析、热膨胀分析等，它们可以用于研究材料的热稳定性、热分解过程、相变行为等。
热分析在材料科学、化学工程和材料加工领域都有着广泛的应用，是一种非常重要的分析手段。
最后，表面分析也是材料分析中不可或缺的方法。
表面分析包括扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱等，它们可以用于研究材料的表面形貌、化学成分和电子结构。
表面分析在材料科学、电子工程和纳米技术领域都有着重要的应用，是一种非常有效的分析手段。
综上所述，材料分析是一门重要的科学技术，它涉及到多个领域的知识和技术。
在材料分析中，我们可以运用光学显微镜、X射线衍射、光谱分析、热分析和表面分析等方法来对材料进行分析，从而更好地理解和利用材料。
材料测试与研究方法
材料测试与研究方法材料测试和研究方法是材料科学和工程领域中的关键技术，用于评估和了解材料的性能、结构、制备方法和应用。
在材料测试和研究方法领域，有各种各样的技术和方法可以用于测试和研究材料的各种特性。
本文将介绍一些常见的材料测试和研究方法。
一、材料测试方法：1.机械测试：机械测试是评估材料力学性能的一种常见方法。
常用的机械测试方法包括拉伸测试、压缩测试、硬度测试和冲击测试。
通过这些测试方法，可以得到材料的杨氏模量、屈服强度、断裂韧性等重要力学性能参数。
2.热性能测试：热性能测试是评估材料导热性和热膨胀性的一种方法。
常见的热性能测试方法包括热导率测试、热膨胀系数测试和热稳定性测试。
通过这些测试方法，可以得到材料在不同温度下的热性能参数，为材料的热应用提供数据支持。
3.电性能测试：电性能测试是评估材料导电性和介电性的一种方法。
常见的电性能测试方法包括电导率测试、介电常数测试和剪切模量测试。
通过这些测试方法，可以得到材料的电性能参数，用于材料在电器、电子领域的应用中。
4.化学性能测试：化学性能测试用于评估材料与化学物质的相容性和耐腐蚀性。
常见的化学性能测试方法包括溶解性测试、腐蚀性测试和耐久性测试。
通过这些测试方法，可以得到材料与不同化学物质之间的相互作用情况，为材料的选材和应用提供参考。
5.非破坏性测试：非破坏性测试是一种不破坏材料的测试方法，常用于评估材料的缺陷、内部结构和性能。
常见的非破坏性测试方法包括超声波检测、磁粉检测和红外热像仪检测。
通过这些测试方法，可以检测到材料的缺陷或异常，帮助确定材料的可靠性和可用性。
二、材料研究方法：1.显微结构分析：显微结构分析是研究材料微观结构的重要方法。
常见的显微结构分析方法包括光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜。
通过这些方法，可以观察到材料的微观形貌、晶体结构和组织状态。
2.表面分析：表面分析是研究材料表面性质和组成的方法。
常见的表面分析方法包括原子力显微镜、X射线光电子能谱分析和扫描电子显微镜能谱分析。
材料组织结构的显微分析与表征
材料组织结构的显微分析与表征材料科学是研究材料性质与性能的一门学科，而材料的组织结构是决定其性质与性能的关键因素。
通过显微分析与表征技术，可以深入了解材料的内部结构与微观特征，为材料设计和工艺改进提供科学依据。
本文将介绍几种常见的显微分析与表征技术，以及它们在材料科学研究中的应用。
一、光学显微镜光学显微镜是最常用也是最基础的显微表征技术之一。
它利用可见光在材料表面反射或透射的原理，通过放大镜片来观察材料的形貌和结构。
光学显微镜适用于非金属材料的晶粒观察和颗粒大小测量，特别是对于透明材料和薄膜的研究有着重要的作用。
此外，光学显微镜还可以结合其他技术，如偏光显微镜和荧光显微镜，来研究材料的晶体结构和化学成分。
二、电子显微镜电子显微镜是一种利用电子束取代光束进行成像的显微表征技术。
相对于光学显微镜，电子显微镜具有更高的分辨率和放大倍数，可以观察到更细微的结构和更小的颗粒。
电子显微镜分为扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），分别适用于表面形貌和内部结构的观察。
电子显微镜广泛应用于金属材料的析出相研究、纳米材料的形貌表征以及生物材料的细胞结构观察等领域。
三、X射线衍射X射线衍射是一种利用物质对X射线的散射来研究其结晶性质的技术。
通过测量材料对X射线的散射角度和强度，可以确定材料的晶胞参数和晶体结构。
X射线衍射广泛应用于金属、陶瓷和无机晶体材料的晶体学研究。
此外，X射线衍射还可以结合其他技术，如能谱分析和衍射成像，来研究材料的化学成分和表面形貌。
四、原子力显微镜原子力显微镜（AFM）是一种基于力的显微表征技术，可以在纳米尺度下观察材料的形貌和力学性质。
AFM利用微小的力探针扫描材料表面，通过检测力变化来绘制出材料的拓扑图像。
AFM适用于各种材料的表面形貌和力学性质的表征，对于纳米材料、生物材料和涂层材料的研究尤为重要。
综上所述，材料组织结构的显微分析与表征技术是材料科学研究中不可或缺的工具。
通过光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射和原子力显微镜等技术，我们可以深入了解材料的内部结构和微观特征，为材料设计、工艺改进和性能优化提供科学依据。
清华大学.材料显微结构分析.01-基础 参考法无标计算吸收系数法
那么有：
i
ki Ii
n j 1
Ij kj
1
…… (11)
(11)式即为参考强度法(绝热法) 的基本公式。
式中的Ii和各Ij由实验可得，关键是求ki和各kj值。
求 ki 和各 kj
*选择Corundun刚玉(Al2O3)作为统一的标准物质， 予先确定各种物质的kj (相对值)原理：
a=b≠c α=β= 90ºγ=120 º
a=b=c
α=β=γ≠90º
a≠b≠c α=γ= 90º β ≠ 90º
a≠b≠c α ≠ β ≠ γ ≠ 90º
**十四种布拉维点阵
晶系
点阵类型
简单
立方晶系 简单 体心 面心
四方晶系
简单 体心
体心
正交晶系 简单 体心 面心 底心
六方晶系
简单
面心
菱方晶系
简单
i1 mi 1
I ij I is
is
0
有： n
is ij
1 j
…… (2) …… (3) …… (4) …… (5)
(5)代入(4)整理:
1s
I1s I1 j
Iij Iis
is ij
(5)
1 j
(4) n
I1s
mi ij1s
i 1
I1 j
n
mi is1 j
i 1
整理:
n
但是通式： I j k j j 仍然成立， Is ks s
那么： s以冲消剂 f(wt%为f )加入待测试样，
均混则有：
j
常用金属材料的显微组织
铝及铝合金的显微组织
纯铝的显微组织
纯铝的显微组织由等轴晶粒组成，晶 界清晰，晶粒大小不均匀。
铝合金的显微组织
铝合金的显微组织由固溶体、金属化 合物和机械混合物组成，不同合金元 素对铝合金的显微组织有不同的影响 。
钛及钛合金的显微组织
纯钛的显微组织
纯钛的显微组织由等轴晶粒组成，晶界清晰，晶粒大小不均匀。
05 金属材料的热处理工艺与 显微组织的关系
退火与显微组织的关系
退火是一种金属热处理工艺，通 过加热至一定温度并保温一段时 间后缓慢冷却，使金属内部组织
结构发生变化。
退火过程中，金属内部的晶体结 构逐渐变得均匀，减少晶体缺陷 和内应力，提高金属的塑性和韧
性。
退火后的显微组织通常表现为晶 粒粗大、组织致密，不同金属材
钛合金的显微组织
钛合金的显微组织由固溶体、金属化合物和机械混合物组成，不同合金元素对钛合金的显微组织有不同的影响。
03 金属材料的相与组织转变
固态相变
相变类型
相变过程
固态相变是指金属材料在固态下发生 的相变，包括调幅分解、马氏体相变 等。
固态相变过程通常包括形核、长大和 粗化等阶段，这些阶段对金属材料的 性能和加工工艺具有重要影响。
详细描述
珠光体具有较好的塑性和韧性，同时 具有较高的强度和硬度。珠光体的形 态和分布对钢的性能有重要影响。在 显微镜下观察，珠光体的层片状结构 清晰可见。
02 有色金属材料的显微组织
铜及铜合金的显微组织
纯铜的显微组织
纯铜的显微组织由晶界和晶粒组 成，晶界清晰，晶粒大小不均匀 。
铜合金的显微组织
铜合金的显微组织由固溶体、金 属化合物和机械混合物组成，不 同合金元素对铜合金的显微组织 有不同的影响。
显微结构分析一
顯微結構分析(一)半導體晶片表面缺陷之分析龔志榮副教授編撰一、實驗之目的本實驗旨在使學員了解，如何使用化學浸蝕方式顯現半導體晶片表面材料缺陷和利用光學干涉顯微鏡觀察晶片表面之浸蝕孔，進而評估晶片缺陷之密度。
二、實驗設備和材料實驗設備主要為諾瑪斯基干涉式光學顯微鏡(Nomarski interference contrast optical microscope)，用來觀察經化學浸蝕後之砷化鎵(GaAs)晶片表面狀態。
三、實驗原理(一)半導體材料缺陷孔蝕之分析晶格缺陷一般均會存在於材料內部，它們的存在通常都會影響材料的特性。
由於半導體材料大都應用在微電子元件及光電元件中，材料內部的缺陷往往會導致元件功能之不良或壽命之衰減，對於缺陷的容忍度很低。
因此探討半導體晶片表面的缺陷例如差排等，乃評估晶片品質好壞的指標。
在所有缺陷分析方法中，藉由濕式化學浸蝕(wet chemical etching)來顯現半導體材料內之差排孔蝕(etching pit)密度，是最常被用來鑑定半導體晶片品質的方法之一。
在濕式化學浸蝕中，浸蝕液對缺陷區附近材料之浸蝕速率高於非缺陷區，因此常會發生選擇性孔蝕(selective etch)，因此在干涉式光學顯微鏡下即可清楚的觀察到缺陷，並得以計算其密度。
表一所列為部份半導體晶片缺陷孔蝕所使用之浸蝕液組成圖。
圖一為干涉式光學顯微組織照片，顯示砷化鎵晶片上之差排孔蝕。
表一Si圖一(二)微分干涉對比光學顯微鏡這種利用干涉對比方式將晶片表面之些微的高低分佈明顯的表現在光學顯微觀察中，乃由諾瑪斯基氏(G.Nomarski)在1952年所發明。
圖二所示為諾瑪斯基微分(differential)干涉對比顯微鏡主要的光學組件和光路徑之對應關係。
其中，最重要的組件有:偏光鏡(polarizer)和分光稜鏡(Normarski prism)，它們的功能分別是將未極化(unpolarized)入射光極化成為45 角之極化(polarized)光和將此極化光進一步分離成兩道光束。
材料结构分析的方法及应用
材料结构分析的方法及应用随着科技的不断发展，材料的种类也越来越多，其复杂的结构对于科学研究和应用带来了很大的挑战。
材料结构分析作为一种重要的研究手段，对于揭示物质的结构和性质、开拓新材料的领域具有重要意义。
一、X射线衍射法X射线衍射是一种最常用的材料结构分析方法。
它采用的是X射线与物质相互作用的结果，洛仑兹辉照和布拉格衍射是两个基本原理。
通过在材料上照射X射线，然后观察衍射图案，即可分析出材料的物理结构、晶态等信息。
X射线衍射法的应用非常广泛，尤其在材料研究领域。
它可以用来研究晶体结构、非晶态材料的同步辐射等方面。
此外，X射线衍射法还被广泛应用于无机材料、有机材料、生物材料等领域。
例如，通过X射线衍射确定了一些有机分子晶体中的分子排列方式，为寻找新型有机发光材料提供了重要参考。
二、电子显微学电子显微学是结构分析的重要手段之一。
它包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电镜（SEM）等。
透射电子显微镜主要用于研究材料的晶体结构、微纤维结构等。
它通过电子束透过样品，观察电子束与样品交互作用的结果进行研究。
例如，透射电子显微镜可以研究金属晶体的晶格结构，同时还可以研究生物高分子颗粒的超振动结构。
扫描电镜则主要用于研究表面结构，具有比STM更高的分辨率。
扫描电镜通过电子束照射样品表面，检测表面反射的电子，通过衍射的信号分析表面各部分的几何形态和导电属性等信息。
它被广泛应用于纳米材料、光学材料和医学等领域。
三、质谱法质谱法是一种基于物质碎片分析的方法，适用于有机、无机、生物等复杂材料的分析。
当物质化学键受到破坏的时候，质谱仪可以将分子中的碎片分离并进行质谱分析，从而揭示分子的结构信息。
质谱法被广泛应用于材料研究、环保研究、新药研究等领域。
例如，谱学研究分析铝合金的原子结构以及其材料在高温下的热稳定性能；质谱法的应用也能够推进新药研究，新型药物的合成和筛选等领域。
四、近红外光谱法近红外光谱法是一种通过光谱分析的方法获取材料成分和结构信息的技术。
材料微观组织表征方法
材料微观组织表征方法
材料的微观组织表征是研究材料内部结构和组织特征的重要手段，可以帮助我们了解材料的性质、性能以及制备过程中的演变。
以下是几种常用的材料微观组织表征方法：
1. 金相显微镜：金相显微镜是一种常用的金属材料微观组织表征方法。
通过对金相试样进行一系列的研磨、腐蚀和染色处理后，可以在显微镜下观察到不同的组织成分和晶粒结构。
金相显微镜可以提供显微级别的详细结构信息，可以确定晶粒尺寸、晶界情况以及相的分布情况等。
2. 透射电子显微镜（TEM）：透射电子显微镜是一种能够观察材料微观结构的强大工具。
通过使用高能电子的束缚性质，可以穿透材料并形成显微图像。
TEM 可以提供原子级别的分辨率，可以观察到晶格缺陷、晶体结构以及晶体内部的相变等微观特征。
3. 扫描电子显微镜（SEM）：扫描电子显微镜是一种常用的材料表征方法，可以观察材料表面和断口的微观结构特征。
通过扫描样品表面并记录电子在样品表面的反射图案，可以获得高分辨率的表面形貌和微观结构信息。
SEM可以用于观察晶体形貌、孔隙结构以及材料的界面特征等。
4. X射线衍射（XRD）：X射线衍射是一种通过照射材料表面，利用材料晶体格点的周期性排列而产生衍射现象的方法。
通过分析衍射峰的位置和强度，可以确定材料的晶体结构、晶格常数以及晶体的相对定量分析等。
X射线衍射可以用于检测晶体的结晶度、晶格畸变以及晶体的相变等。
总结起来，材料微观组织表征方法涵盖了金相显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射等多种技术手段。
这些方法可以提供从显微级别到原子级别的结构信息，对于研究材料性质和性能具有重要意义。
玻璃材料显微结构分析课件
分析内容： 1.玻璃原料的显微结构分析 2.对玻璃缺陷（晶质与非晶质）的显微结构分 析 3.对玻璃内应力分布的检查 4.微晶玻璃及其微晶化过程中显微结构的变化 5.研究玻璃窑用耐火材料的显微结构
玻璃结石的形态学研究(透射偏光显微镜下）
形态学的研究内容: １.结石中晶相的晶体形状特点: 粒状、针状、柱状、板状、骨架状等 ２.结构状态: 熔蚀结构: 残留在玻璃中原有的晶粒一般呈熔蚀结构。 析晶结构: 从玻璃中析出的晶体一般具有析晶结构。 影响结石中晶体形态的因素: （1）晶格构造对晶体形态起着决定性的作用，晶体的结晶习性同时也决
定了不同晶体的集合体形态: 方石英（四方晶系（低温）、等轴晶系（高温）: 十字形对称骨架结构，
不对称帆船结构等 鳞石英（六方晶系）: 六方板状、雪花状，羽毛状等 失透石: 扫把状 透辉石、硅灰石: 放射状 斜锆石: 树枝状 莫来石: 网状 霞石: 阶梯状
磷石英析晶×200
方石英析晶×100
析晶结石中方石英骸晶的形态特征 析晶结石中鳞石英骸晶的形态特征
玻璃结石的显微结构类型
1.玻璃斑状结构: 玻璃基质与粒状晶体或集合体组成的结构。 ------粉料结石与耐火材料结石。
2.玻璃析晶结构: 在玻璃体内结晶出自形晶（包括骸晶）组 成的结构。----析晶结石和耐火材料析晶结石。
3.玻斑析晶结构----在粉料结石和耐火材料结石的斑晶颗粒 周围析出有关自形晶或骸晶构成的结构。----粉料结石与耐 火材料结石。
硅质耐火材料结石: 硅砖结石 铝质结石与铝硅质耐火材料结石: 粘土砖结石、高铝砖
结石、莫来石砖结石、刚玉砖结石、锆刚玉砖结石
析晶结石:
定义: 从玻璃熔体内直接结晶生长的矿物构成的结石。 特点: 晶体为自形晶或奇形晶的单个或集合体。 结石种类: 鳞石英、方石英、硅灰石、假硅灰石、透辉石和
materials characterization分区
Materials Characterization是一个涉及多个学科领域的综合性研究领域，其目的是通过各种实验手段和理论分析，深入了解材料的组成、结构、性能和变化规律。
在Materials Characterization领域，根据不同的研究目的和实验方法，可以将该领域分为多个分区。
一、显微结构分析分区显微结构分析是Materials Characterization领域中最为基础和重要的一个分区。
该分区主要涉及光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等实验方法，用于观察材料的微观结构和形貌。
通过这些实验方法，可以获得材料表面的形貌、相结构、晶体结构、化学成分等信息，从而对材料的基本性能和变化规律进行深入了解。
二、物理性能测试分区物理性能测试是Materials Characterization领域中最为常用的一个分区。
该分区主要涉及硬度、韧性、弹性、导电性、热学性能等实验方法，用于评估材料的各种物理性能。
通过这些实验方法，可以获得材料的基本物理性能数据，为材料的设计、开发和应用提供重要依据。
三、化学分析分区化学分析是Materials Characterization领域中不可或缺的一个分区。
该分区主要涉及元素分析、化学键分析、表面分析等实验方法，用于确定材料的化学组成和化学键结构。
通过这些实验方法，可以获得材料的化学成分、化学键结构和表面化学信息，为材料的合成、改性和应用提供重要指导。
四、光谱分析分区光谱分析是Materials Characterization领域中一个重要的分支领域。
该分区主要涉及红外光谱、拉曼光谱、紫外-可见光谱等实验方法，用于研究材料的分子结构和分子振动模式。
通过这些实验方法，可以获得材料分子的结构和振动信息，为材料的设计和开发提供重要依据。
五、热学分析分区热学分析是Materials Characterization领域中一个重要的分支领域。
偏光显微镜实验报告
偏光显微镜实验报告摘要：本实验使用偏光显微镜对不同材料的显微结构进行观察和分析。
通过调节偏光片的角度和旋转样本台，观察到了偏光显微镜在不同材料中所呈现的不同显色效果。
实验结果表明，偏光显微镜可以有效地显现材料的晶体结构和显色特性，为进一步研究材料的光学性质提供了重要的实验手段。
引言:偏光显微镜是一种基于光的干涉原理的显微镜，它通过引入偏光片和分光镜，使得来自光源的光在样本中传播的方向和振动面发生改变，从而观察到样本中独特的光学性质。
偏光显微镜在材料科学、生物学和地质学等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过对不同材料进行偏光显微镜观察，探索不同材料的晶体结构和显色特性。
实验步骤：1. 准备工作：打开显微镜电源，调节光源亮度以获得适当的照明条件。
2. 安装偏光片：将偏光片放置在光源前方，调整偏光片的角度，使其与光源方向垂直。
3. 安装样本：将待观察的样本放置在样本台上，并将样本台安装到显微镜上。
4. 观察调节：通过旋转样本台，观察样本在不同角度下的显色效果，并记录观察结果。
5. 调节偏光片：通过旋转偏光片，观察样本在不同偏光片角度下的显色效果，并记录观察结果。
6. 分析结果：根据观察结果分析样本的晶体结构和光学性质，并进行讨论。
实验结果：在实验中，我们选择了几种不同材料进行观察，包括矿物晶体和生物样本。
通过调节偏光片的角度和旋转样本台，我们观察到了以下几种显色效果：1. 双折射效应：当样本中存在双折射现象时，我们可以观察到样本在不同角度下呈现出彩色的显色效果。
这是由于样本中的晶体结构使得光沿不同方向传播时速度不同所引起的。
2. 等偏振条纹：当样本中存在等偏振条纹时，我们可以观察到样本在旋转偏光片时呈现出明暗交替的条纹。
这是由于样本中的晶体结构或有机分子导致的光偏振方向发生改变的结果。
3. 薄膜干涉：当样本中存在薄膜结构时，我们可以观察到样本在不同角度下呈现出明亮的干涉条纹。
这是由于薄膜的厚度和折射率差异引起的光程差所导致的。
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一、实验目的1.观察不同材料在显微镜下的显微结构。
2.掌握偏光显微镜结构和使用方法。
3.学会利用偏光显微镜区分均质体和非均质体。
二、实验原理材料的化学组成和显微结构是决定材料性能及应用效果的本质因素，研究材料的显微结构特征及其演变过程以及它们与性能之间的关系，是现代材料科学研究的中心内容之一。
材料的显微结构与材料制备中的物理化学变化密切相关，通过显微结构分析，可以将材料的“组成－工艺过程－结构－性能”等因素有机地联系起来，对控制材料性能、开发新材料显得特别重要。
显微组织是决定材料各种性能最本质的因素之—，材料显微组织主要包括多晶材料中晶界的特征及多晶中晶粒的大小、形状和取向，对陶瓷材料和高分子材料还包括晶相及非晶相(玻璃相)的分布；气孔的尺寸、数量与位置，各种杂质、添加物、缺陷、微裂纹的存在形式及分布；对金属材料还包括共晶组织、马氏体组织等。
光学显微分析是利用可见光观察物体的表面形貌和内部结构，鉴定晶体的光学性质。
透明晶体的观察可利用透射显微镜，如偏光显微镜。
而对于不透明物质的观察只能使用反射显微镜，如金相显微镜。
利用光学显微镜对晶体或非晶体材料进行鉴定，是研究材料的重要方法之一。
结晶相是材料的一个重要组成部分，大部分的材料都包含有各种晶相。
这些晶相的种类、生长环境和形貌等性质对材料的结构、性能等具有重要影响。
利用偏光显微镜则可以对晶相的上述特征进行鉴定和分析。
自然界的晶体种类繁杂，但各种晶体都有其独特的光学特性。
每一种晶体都有一定的生长习性、颜色等光学特性，利用偏光显微镜可以准确地测定各种晶体光学性质，对晶体鉴定具有重要意义。
三、偏光显微镜的构造和使用方法1.偏光显微镜的基本构造图1. 偏光显微镜的基本构造示意图偏光显微镜的类型较多，但它们的构造基本相似：（1）镜臂：呈弓形，其下端与镜座相联，上部装有镜筒。
（2）下偏光镜：位于反光镜之上、从反光镜反射来的自然光，通过下偏光镜后，即成为振动方向固定的偏光，通常用PP代表下偏光镜的振动方向。
下偏光镜可以转动，以便调节其振动方向。
（3）载物台：是一个可以转动的圆形平台。
边缘有刻度（0-360°），附有游标尺，读出的角度可精确至1/10 度。
同时配有固定螺丝，用以固定物台。
物台中央有圆孔，是光线的通道。
物台上有一对弹簧夹，用以夹持光片。
（4）镜筒：为长的圆筒形，安装在镜臂上。
转动镜臂上的粗动螺丝或微动螺丝可用以调节焦距。
镜筒上端装有目镜，下端装有物镜，中间有试板孔、上偏光镜和勃氏镜。
（5）物镜：由l-5 组复式透镜组成的。
其下端的透镜称前透镜，上端的透镜称后透镜。
前透镜愈小，镜头愈长，其放大倍数愈大。
每台显微镜附有3-7 个不同放大倍数的物镜。
每个物镜上刻有放大倍数、数值孔径（N.A）、机械筒长、盖玻璃厚度等。
数值孔径表征了物镜的聚光能力，放大倍数越高的物镜其数值孔径越大，而对于同一放大倍数的物镜，数值孔径越大则分辨率越高。
（6）目镜：由两片平凸透镜组成，目镜中可放置十字丝、目镜方格网或分度尺等。
显微镜的总放大倍数为目镜放大倍数与物镜放大倍数的乘积。
（7）上偏光镜：其构造及作用与下偏光镜相同，但其振动方向（以AA 表示）与下偏光镜振动方向（以PP 表示）垂直。
上偏光镜可以自由推入或拉出。
（8）勃氏镜：位于目镜与上偏光镜之间，是一个小的凸透镜，根据需要可推入或拉出。
此外，除了以上一些主要部件外，偏光显微镜还有一些其他附件，如用于定量分析的物台微尺、机械台和电动求积仪，用于晶体光性鉴定的石膏试板、云母试板、石英楔补色器等。
利用偏光显微镜的上述部件可以组合成单偏光、正交偏光、锥光等光学分析系统，用来鉴定晶体的光学性质。
2.偏光显微镜的工作原理偏光显微镜除了具有光学显微镜的一套放大系统的装置外，就是还有起偏光作用的两个偏光片的装置。
因此，它不仅可用于观察微小的物相，而更重要的是可用来观察晶体和非晶体材料的光学性质。
图2为透射偏光显微镜中两个偏光镜装置的示意图。
图2. 偏光显微镜偏光镜装置示意图透明材料可划分为均质体和非均质体。
光性均质体的光学性质各个方向相同。
光波在均质体中传播时，无论在任何方向振动，传播速度与折射率值不变。
光波入射均质体发生单折射现象，不发生双折射也不改变入射光的振动性质。
入射光为自然光，折射光仍为自然光。
入射光为单偏光，折射光仍为单偏光。
光性非均质体的光学性质随方向而异，光波在非均质体中传播时，传播速度和折射率值随振动方向的不同而发生改变。
光波入射非均质体，除特殊方向以外，会改变其振动特点，分解成为振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两条偏振光，这种现象就称为双折射。
在正交偏光镜间的均质体材料因为不发生双折射，也不改变光的振动方向，故由下偏光镜上来的偏光通过这种材料后，其振动方向与上偏振片的振动方向垂直，致其不能通过上偏光镜而呈现黑暗，称为消光现象。
旋转物台一周360度，消光现象不发生变化，称为全消光。
在正交偏光镜间的非均质体材料（除了垂直光轴切片），因为从下偏振片上来的偏光射入后，发生了双折射作用而分解为振动方向互相垂直的两束偏光，旋转物台一周，两束偏光的振动方向共有四次平行上、下偏光镜的振动方向，因而视域会发生四次黑暗的消光现象。
在每次消光之间，因为发生干涉作用出现各种颜色的干涉色，以45度位置时的干涉色亮度最强，如图3所示。
所以，在正交偏光镜间出现四次消光和四次干涉现象的材料为非均质体。
图3. 晶体在正交偏光镜间的消光和干涉现象干涉色：在正交检偏位情况下，用各种不同波长的混合光线为光源观察双折射体，在旋转载物台时，视场中不仅出现最亮的对角位置，而且还会看到颜色。
出现颜色的原因，主要是由干涉色而造成（当然也能被检物体本身并非无色透明）。
干涉色的分布特点决定于双折射体的种类和它的厚度，是由于相应推迟对不同颜色光的波长的依赖关系，如果被检物体的某个区域的推迟和另一区域的推迟不同，则透过检偏镜光的颜色也就不同。
所以在正交偏光镜间可以有效区分均质体材料和非均质体材料，并且可以通过各自独特的消光和干涉现象来达到鉴别不同材料的目的。
3.偏光显微镜的使用方法（1）装卸镜头a．装目镜：将选用的目镜插入镜筒上端，使其十字丝位于东西、南北方向。
b．装卸物镜：将选用的物镜安装在一个可以转动的圆盘上，再将需要的物镜转到镜筒正下方为止。
转过来或未转到都会使物镜偏离镜筒中轴位置（一般物镜是安装好的不许装卸）。
（2）调节照明：装上中倍物镜和目镜后，推出上偏光镜和勃氏镜，打开锁光圈，转动反光镜对准光源，直到视域最亮位置。
如果视域总是不明亮，则可以去掉目镜，从镜筒内观察光源的像，若看不见光源，说明反光镜位置不对，或有别的阻碍。
去掉阻碍，转动反光镜直到光源照亮视域或其中央部分位置。
再装上目镜，视域必然最明亮。
注意不要把反光镜直接对准太阳光，因为太阳光太强，容易使眼睛疲劳。
（3）调节焦距：调节焦距主要是为了能是物像清晰可见，其步骤如下：a．将欲观察的薄片置于物台上，用夹子夹紧（注意盖薄片必须向上）；b．从侧面看镜头，旋转粗动螺丝，将镜筒下降到最低位置（高倍镜要下降到几乎与薄片接触为止）；c．从目镜中观察，拧动粗动螺丝使镜筒缓缓向上，直到视域中物象清楚为止。
如果物象不够清楚，可转动微动螺丝使之清楚；d．准焦后，物镜和薄片之间的距离因放大倍数不同而不同。
放大倍数低，两者距离长，反之短。
所以调节高倍镜时要特别小心，切忌眼睛只看镜筒里面而下降镜筒，这样最容易压碎薄片而使镜头损坏。
（4）检查上、下偏光镜振动方向是否垂直，其步骤如下：推入上偏光镜，观察视域中黑暗程度如何。
如果不够黑暗，说明上、下偏光镜振动方向不正交，需转动上、下偏光镜至视域最暗为止（注意下偏光镜已调整至与东西十字丝平行，不宜再动。
上偏光镜偏光片可转动调节，并使二者正交）。
四、实验步骤1.偏光显微镜下晶体和非晶体材料的观察（1）单偏光镜下的晶体光学性质：观察晶体和非晶体材料的形态、边缘轮廓特征。
（2）正交偏光镜下的晶体光学性质：a.观察均质体玻璃的全消光现象。
b.观察非均质体矿物任意方向切片（除垂直光轴外）的四次消光、四次明亮现象。
将非均质矿物任意方向切片置视域中心，推入上偏光镜，旋转物台360度，有四次黑暗（消光），四次明亮现象（干涉）。
但每次黑暗并非骤然变暗，而是由亮逐渐变暗直到消光，此时即为消光位。
由消光位转45度时最亮，所见干涉色最鲜艳和最亮。
2. 偏光显微镜下天然玉石材料的观察玉石材料是各种矿物材料的集合体。
不同的玉石品种具有不同的矿物组成。
通过观察玉石材料的显微结构和矿物成分，可以有效鉴别各种玉石品种，分析它的生成环境。
（1）单偏光镜下观察天然玉石材料的颜色、晶体形态、晶体的边缘轮廓特征、糙面和突起情况。
（2）正交偏光镜下观察天然玉石材料组成、结构、晶体所产生的消光和干涉现象。
3.偏光显微镜下陶瓷材料的观察陶瓷是粉末原料成型后经高温烧结而得到的一种或多种微细矿物晶体或物相的烧结体，利用偏光显微镜可以研究陶瓷材料的显微结构，从而研究它们与陶瓷的性能、配方及工艺条件的关系。
（1）单偏光镜下观察陶瓷材料的颜色、晶体形态、晶体的边缘轮廓特征、糙面和突起情况。
（2）正交偏光镜下观察陶瓷材料内的组成、结构、以及晶体和非晶体所产生的消光或干涉现象。
4.偏光显微镜下聚合物球晶的观察晶体和无定形体是聚合物聚集态的两种基本形式，聚合物从熔融状态冷却时主要生成球晶，球晶是以晶核为中心成放射状增长构成球形而得名，是“三维结构”。
但在极薄的试片中也可以近似的看成是圆盘形的“二维结构”，球晶是多面体。
由分子链构成晶胞，晶胞的堆积构成晶片，晶片迭合构成微纤束，微纤束沿半径方向增长构成球晶。
晶片间存在着结晶缺陷，微纤束之间存在着无定形夹杂物。
球晶的大小取决于聚合物的分子结构及结晶条件，因此随着聚合物种类和结晶条件的不同，球晶尺寸差别很大，直径可以从微米级到毫米级，甚至可以大到厘米。
球晶分散在无定形聚合物中，一般说来无定形是连续相，球晶的周边可以相交，成为不规则的多边形。
球晶具有光学各向异性，对光线有折射作用，因此能够用偏光显微镜进行观察。
另外还可以观察到黑十字消光图象。
有些聚合物生成球晶时，晶片沿半径增长时可以进行螺旋性扭曲，因此还能在偏光显微镜下看到同心圆消光图象。
将压片机升至240℃；放上盖玻片，再放上少量聚丙烯样品，待样品熔化后再盖上一片盖玻片，压制约一分钟，制成试片。
打开上盖，使其缓慢自然降至室温，可制成较大的球晶。
调整偏光镜至正交状态，将聚丙烯试片放在载物台上观察球晶的干涉和消光情况。
五、思考题1．均质体在正交偏光显微镜下呈现何种现象？非均质体在正交偏光显微镜下会出现哪些现象？请解释产生的现象和原因。
2．岩石薄片中各种矿物颗粒的厚度基本一致，为什么在显微镜下突起高低不同？3．为什么说球晶是多晶体？解释球晶在偏光显微镜中出现十字消光图象和同心圆消光图象的原因？。