材料的形貌分析3
纳米材料形貌分析p-形貌分析
扫描原子力显微镜可以对纳米薄膜进行 形貌分析，分辨率可以达到几十纳米，比扫 描隧道显微镜差，但适合导体和非导体样品， 不适合纳米粉体的形貌分析。
图 扫描电镜原理示意图
图 JSM-5600LV扫描电镜外观图
4. 扫描电镜的结构
扫描电镜一般由电子光学系统、扫描系 统、信号的检测及放大系统、图像的显示与 记录系统、真空系统和电源系统组成。
电子光学系统主要由电子枪、电磁聚光 镜、光阑、等组成。它不是用来成像而仅仅 是用此获得一束高能量细聚焦的电子束作为 使样品产生各种信号的激发源。
扫描电镜景深大，成像富有很强的立体 感，是SEM的一大特点。1000倍下景深最 大约为100 μm，比光学显微镜高出100倍，
扫描电镜的放大倍率变化范围宽，可从几 倍到几十万倍，填补了光学显微镜和透射电镜 之间的空隙。放大倍率的改变是通过调节控制 镜筒中电子束偏转角度的扫描线圈中的电流实 现的，故放大倍数连续可调，操作快速、容易， 对试样的观察非常方便。目前，使用的普通扫 描电镜的放大倍率多为20倍~20万倍左右，有 的最低可到5倍。场发射扫描电镜具有更高的 放大倍率，一般可达到60万~80万倍，最高达 2×106倍（S-5200型），这样宽的放大倍率 可以满足各种样品观察的需要。
图 电子束作用下固体样品 发射的电子能谱
3. 扫描电镜的工作原理
由热阴极发射出的电子聚焦、加速，在 栅极与阳极之间形成一个笔尖状的具有很高 能量的电子束斑（交叉斑），称之为电子源。 这个电子束斑再经聚光镜（磁透镜）压缩， 会聚成极细的电子束聚焦在样品表面上，这 个高能量细聚焦的电子束在扫描线圈作用下， 在样品表面上扫描，与样品相互作用，激发 产生各种物理信号。
材料分析测试方法
材料分析测试方法材料分析测试方法是一种用于确定材料的组成成分、结构特征和性能特性的实验方法。
通过对材料进行分析测试，可以提供有关材料的关键信息，为科学研究、工程设计和质量控制等提供数据支持。
以下是几种常用的材料分析测试方法。
1.光学显微镜分析：光学显微镜是一种使用可见光进行观察的显微镜。
通过使用透射或反射光学系统，可以对材料进行观察，并研究其表面形貌、晶体结构和材料中的微小缺陷等信息。
2.扫描电子显微镜分析：扫描电子显微镜（SEM）是一种通过扫描电子束来观察材料的表面形貌和微观结构的显微镜。
SEM可以提供高分辨率的图像，并能够进行化学成分分析、能谱分析和逆向散射电子显微镜等特殊分析。
3.X射线衍射分析：X射线衍射（XRD）是一种通过用高能X射线照射材料，根据材料中晶格原子的间距和位置来分析材料结构的方法。
XRD可以用来确定晶体结构、晶体取向和晶体缺陷等信息。
4.能谱分析：能谱分析是一种通过测量材料在不同能量范围内的辐射或吸收来分析其化学成分的方法。
常见的能谱分析方法包括X射线能谱分析（XPS）、能量色散X射线能谱分析（EDX）、傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）等。
5.热分析：热分析是一种通过对材料在加热或冷却过程中的物理和化学变化进行分析的方法。
常见的热分析方法包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）和热解吸法（TPD）等。
6.压力测试：压力测试是一种通过使用压力传感器和脉冲测定器等设备来测量材料的力学性能和材料的变形特性的方法。
常见的压力测试包括硬度测试、拉伸测试、压缩测试和扭曲测试等。
7.化学分析：化学分析是一种通过对材料进行化学试剂处理和测量来确定其化学成分和化学特性的方法。
常用的化学分析方法包括气相色谱（GC）、液相色谱（HPLC）和质谱分析等。
8.磁性测试：磁性测试是一种通过测量材料在外加磁场下的响应来分析材料磁性的方法。
常见的磁性测试方法包括霍尔效应测量、磁滞回线测量和磁力显微镜测量等。
06材料的形貌分析SEM
清华大学化学系
材料与表面实验室
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清华大学化学系
材料与表面实验室
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清华大学化学系
材料与表面实验室
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二次电子象与背散射电子象的比较
二次电子象 背散射象
主要利用 收集极 分辨率
形貌衬度 +250－500V 高 无阴影 信号大，信噪比好
成分衬度 －50V 较差 有阴影
清华大学化学系
材料与表面实验室
清华大学化学系
材料与表面实验室
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充电现象
1. 当样品的导电性差时，在 样品表面可以积累电荷， 使表面产生电压降，入射 电子的能量将发生变化， 同时二次电子的产率也可 以发生变化。 2. 充电过程可以在样品表面 形成电场，不仅影响电子 束的扫描过程，还会改变 图像的亮度，对二次电子 象产生严重影响。
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吸收电子象
• 样品表面的吸收电子的电流等于入射电子电流 减去反射电子和二次电子的电流。 • 吸收电子象的衬度的明暗正好与发射电子象中 的衬度相反。 • 此外，吸收电子象中同样也包含了样品的表面 化学成份和表面形貌信息。 • 对吸收电子的检测没有专门的检测器，主要是 对流经样品中的电流进行放大测量。通过改变 透镜激磁的大小能使吸收电流在10－6～10－2A 之间变化。
清华大学化学系 材料与表面实验室 6
三种显微镜比较
清华大学化学系
材料与表面实验室
7
分辨率影响因素
• 由于电子束的波长很短，理论上电镜可以达到 很高的分辨率 ； • 在光学显微镜中决定分辨率的是光的波长 ，象 差不是主要原因； • 在电子显微镜中，波长已经不是决定性因素 ；
• 而透镜产生的象散和球差，电子波产生的色差 和衍射差是主要因素 ；
材料形貌的微观结构分析与表征
材料形貌的微观结构分析与表征材料的微观结构是决定其性能和行为的关键因素之一。
通过微观结构的分析和表征，我们可以深入了解材料的组成、形貌和特性，从而为科学研究和工业应用提供有力的支持。
本文将探讨材料形貌的微观结构分析与表征的方法和意义。
一、形貌的微观结构分析材料的形貌是指材料的外部形状和内部结构特征。
传统的微观结构分析方法包括光学显微镜观察和扫描电子显微镜观察。
光学显微镜通过聚焦光线来观察材料的形貌，并且可以进行放大成像。
扫描电子显微镜则通过电子束来观察材料的形貌，并且可以获得更高的分辨率。
除了传统的显微镜方法外，还有一些先进的形貌分析技术被广泛应用。
例如，原子力显微镜可以通过探针与材料表面的相互作用来获取材料的形貌信息，具有非常高的分辨率和灵敏度。
透射电子显微镜可以通过透射电子束穿过材料来观察其内部结构，从而获得更为详细的形貌信息。
二、微观结构的表征材料的微观结构是指材料的晶体结构、晶粒尺寸、晶界分布等特征。
通过对微观结构的表征，我们可以了解材料的晶格结构、晶粒形貌以及晶体缺陷等信息。
X射线衍射是一种常用的微观结构表征方法。
通过照射材料的晶体，X射线会在晶格中发生衍射现象，从而提供关于晶体结构的信息。
同时，控制X射线的入射角度和衍射角度，可以计算出晶体的晶格参数和晶体的取向关系。
电子背散射衍射也被广泛用于微观结构的表征。
通过照射材料的定向薄片，电子束会在材料中发生背散射现象，从而提供关于晶体取向和晶粒形貌的信息。
利用电子背散射图样可以计算晶体的晶格参数以及晶界的方向和形貌。
除了X射线衍射和电子背散射衍射外，还有一些其他的微观结构表征方法，如拉曼光谱、核磁共振、质谱等。
这些方法可以提供关于材料微观结构的不同方面的信息，从而帮助我们深入了解材料的特性和行为。
三、微观结构分析与材料研究微观结构分析对于材料研究具有重要意义。
通过深入了解材料的微观结构，我们可以揭示材料的性能和行为背后的机制，从而为材料设计和制备提供指导。
三种间位芳纶纸蜂窝力学性能及断口形貌分析
(AVIC Composite Corporation LTD，Beijing 101300，China)
Abstract ：Through the compression，shear and tensile performance test，the main mechanical properties of the two kinds of domestic meta-aramid paper honeycomb and Dupont Nomex honeycomb were compared. By aramid paper tensile strength test，the performance of aramid paper on the main mechanical properties of paper honeycomb was analyzed. Through microscopic observation under the tensile fracture morphology of aramid paper honeycomb，the relationship between failure mode and its tensile properties was analized .The results show that the main mechanics performance of the same specifications of domestic meta-aramid paper honeycomb may have reached levels of Nomex honeycomb and can meet the requirements of the current domestic large aircraft.
材料分析方法第三版
材料分析方法第三版材料分析方法是材料科学研究的重要组成部分，它主要是通过对材料的成分、结构、性能等方面进行分析，从而揭示材料的内在特性和规律。
随着科学技术的不断发展，材料分析方法也在不断创新和完善，为材料研究提供了更加丰富和准确的手段。
本文将介绍材料分析方法的一些常见技术和应用，希望能够为材料研究工作者提供一些参考和帮助。
一、光学显微镜分析。
光学显微镜是材料分析中常用的一种工具，它可以对材料的微观结构进行观察和分析。
通过光学显微镜，可以观察材料的晶粒结构、晶界分布、孔隙结构等信息，从而了解材料的组织和形貌特征。
同时，还可以通过偏光显微镜观察材料的各向异性特性，为材料的性能分析提供重要依据。
二、扫描电子显微镜分析。
扫描电子显微镜是一种高分辨率的显微镜，可以对材料的表面形貌和微观结构进行观察和分析。
通过扫描电子显微镜，可以获得材料的表面形貌、晶粒尺寸、晶界分布等信息，同时还可以进行能谱分析，了解材料的成分和化学状态。
这些信息对于材料的制备工艺和性能评价具有重要意义。
三、X射线衍射分析。
X射线衍射是一种常用的材料分析方法，通过研究材料对X射线的衍射图样，可以得到材料的晶体结构、晶格常数、晶粒尺寸等信息。
X射线衍射还可以用于分析材料的相变行为、应力分布等，对于材料的性能研究和应用具有重要意义。
四、热分析方法。
热分析是一类通过对材料在不同温度下的热性能进行测试和分析的方法，包括热重分析、差热分析、热膨胀分析等。
通过热分析，可以了解材料的热稳定性、热分解行为、玻璃化转变温度等重要参数，为材料的热工艺和使用性能提供依据。
五、原子力显微镜分析。
原子力显微镜是一种可以对材料表面进行原子尺度观察和分析的工具，可以获得材料的表面形貌、粗糙度、纳米结构等信息。
原子力显微镜还可以进行力-距离曲线测试，了解材料的力学性能和表面相互作用，为材料设计和加工提供重要参考。
总结。
材料分析方法是材料科学研究的重要手段，通过对材料的成分、结构、性能等方面进行分析，可以揭示材料的内在特性和规律。
材料表面改性测试与分析方法介绍
材料表面改性测试与分析方法介绍材料表面改性是一种常见的工艺技术，它可以改善材料的性能和功能。
为了确保改性效果的准确评估和分析，需要使用一系列适用的测试和分析方法。
本文将介绍几种常见的材料表面改性测试与分析方法。
一、扫描电子显微镜（SEM）分析扫描电子显微镜（SEM）是一种常用的表面形貌分析方法，它可以通过高分辨率的图像展示材料表面的细微结构和形貌。
SEM分析可以帮助评估材料表面改性的效果，比较改性前后的表面形貌差异。
通过SEM分析，可以观察到材料的表面粗糙度、颗粒分布、裂纹情况等，从而判断改性效果的好坏。
二、接触角测试接触角测试是一种用来评估材料表面亲水性或疏水性的方法。
通过测量液滴在材料表面的接触角大小，可以得出材料表面的润湿性质。
一般来说，当液滴在材料表面接触角较小时，表明材料表面具有较好的润湿性；而当接触角较大时，表明材料表面具有较好的疏水性。
通过接触角测试，可以评估改性对材料表面润湿性的影响，进而判断改性效果。
三、拉伸试验拉伸试验是一种常用的机械性能测试方法，用于评估材料的拉伸强度、断裂伸长率等性能指标。
在材料表面改性过程中，拉伸试验可以用来分析改性对材料的强度和韧性的影响。
比较改性前后的拉伸性能指标，可以评估改性效果的优劣。
此外，拉伸试验还可以帮助分析改性对材料的断裂模式和失效机制的影响，为改性工艺的优化提供依据。
四、傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析傅里叶变换红外光谱（FTIR）是一种用来分析材料化学组成和化学键信息的技术。
通过FTIR分析，可以观察到材料表面的功能基团情况，从而评估改性效果。
比较改性前后材料表面的红外光谱图谱，可以检测到新的峰位或峰强的出现，进而判断表面功能基团的变化。
FTIR分析还可以揭示表面化学变化对材料性能的影响，为改性工艺的优化提供依据和指导。
五、电子能谱（XPS）分析电子能谱（XPS）是一种用来分析材料表面化学元素、化学键状态和成分比例的方法。
通过XPS分析，可以获得材料表面的元素组成、化学键能级和化学状态信息。
材料加工形态学3-2.环氧树脂的形态与性能
College of Polymer Science & Engineering, Sichuan University
环氧树脂/ 蒙脱石复合材料的储能模量 1 —纯环氧树脂 2 —添加3 %蒙脱石的复合材料
结果表明: 在玻璃态时,储能模量提高了38.78 % ( 由1196 GPa 提高至2172GPa) ; 在高弹态时, 储能模量提高了84.87 %(2318 MPa提高至4410 MPa) 。这说明有机 蒙脱石的加入使得复合材料的储能模量得到了提高,而损耗模量相对减少,尤其是 高弹态时储能模量提高更为显著。
环氧树脂/ 蒙脱石复合材料力学性能与蒙脱石含量的关系
当蒙脱石含量为3 %时, 冲击强度由纯树脂的4117 kJ / m2提高至6170 kJ / m2 ; 拉伸 强度由纯树脂的4116 MPa提高至4615 MPa ,如图所示。由此可得,少量蒙脱石的加 入,由于纳米尺寸效应,同时起到了增强增韧的作用。
College of Polymer Science & Engineering, Sichuan University
刚性粒子增韧环氧树脂
通过选用强度差的滑石粉及强度高的二氧化硅填充改性环氧树脂,后者并分别 用脱模剂和偶联剂进行处理,对上述材料的断裂韧性及其他主要性能以及粒子 与基体间的界面情况进行了研究。实验结果表明:刚性粒子能够提高环氧树脂 的断裂韧性,滑石粉和经脱模剂处理的二氧化硅粒子具有与弹性粒子相类似的 增韧机理。
College of Polymer Science & Engineering, Sichuan University
nano-SiO2/ E244/ MeTHPA/ A858体系的力学性能（加偶联剂） 加有偶联剂的复合体系冲击强度、拉伸强度的极大值分别为19. 0 kJ /m2 、50. 8 MPa ,比基体分别提高了124 %和30 %。显然,用偶联剂处理的nano-SiO2 比未用偶 联剂处理的nano-SiO2 有更好的增韧增强作用。这说明所用硅烷偶联剂增强了 Nano-SiO2 和环氧树脂间的界面结合,有助于nano-SiO2 在基体树脂中的分散。
2020智慧树知道网课《材料分析方法》课后章节测试满分答案
绪论单元测试
1
【多选题】(2分)
材料研究方法分为（）
A.
成分价键分析
B.
组织形貌分析
C.
物相分析
D.
分子结构分析
2
【多选题】(2分)
材料科学的主要研究内容包括（）
A.
材料应用
B.
材料的成分结构
C.
材料的性能
D.
材料的制备与加工
3
【单选题】(2分)
下列哪些内容不属于材料表面与界面分析（）
A.
晶粒大小、形态
B.
表面结构
C.
气体的吸附
D.
晶界组成、厚度
4
【多选题】(2分)
下列哪些内容属于材料微区分析（）
A.
晶格畸变
B.
位错
C.
晶粒取向
D.
裂纹大小
5
【多选题】(2分)
下列哪些内容不属于材料成分结构分析（）
A.
物相组成
B.
晶界组成、厚度
C.
杂质含量
D.
晶粒大小、形态
第一章测试
1
【单选题】(2分)
扫描电子显微镜的分辨率已经达到了（）
A.
100nm
B.
10nm
C.
1.0nm
D.
0.1nm
2
【单选题】(2分)
利用量子隧穿效应进行分析的仪器是
A.
扫描隧道显微镜
B.
扫描探针显微镜
C.
扫描电子显微镜
D.
原子力显微镜
3
【判断题】(2分)
能够对样品形貌和物相结构进行分析的是透射电子显微镜。
A.
对
B.
错。
材料组织形貌分析
材料的形貌是材料分析的重要组成部分，材料的很多物理化学性能是由其形貌特征所决定的。
材料性能不仅与材料颗粒大小还与材料的形貌有重要关系。
因此，微观结构的观察和分析对于理解材料的本质至关重要。
材料形貌分析的常用方法主要有：光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描隧道显微镜(STM)。
光学显微镜(OM)主要是根据阿贝成像原理成像，利用许多光源的干涉以及衍射最终成一个清晰的像，分辨率可达0.2μm。
显微镜的分辨本领，可以用d=0.61λ/(nsinα)公式来表达，由此可见显微镜的分辨本领与光的波长成正比。
当光的波长越长，其分辨率越低只有采用比较短的波长的光线，才能获得较高的放大倍数。
比可见光波长更短的波有紫外线、X射线和电子波。
利用电子束作为提高显微镜分辨率的新光源，即电子显微镜。
目前，电子显微镜的放大倍数已达到150万倍，这样电子显微镜应用起来会更方便一些。
扫描电子显微镜（SEM）是一种常见的广泛使用的表面形貌分析仪器。
材料的表面的微观形貌的高倍数照片是通过能量高度集中的电子扫描材料表面而产生的。
扫描电子显微镜的原理与光学成像原理相近。
主要利用电子束切换可见光，利用电磁透镜代替光学透镜的一种成像方式。
扫描电镜提供的信息主要有材料的几何形貌、粉体的分散状态、纳米颗粒的大小、分布、特定形貌区域的元素组成和物相结构。
扫描电镜的优点是:有较高的放大倍数，20倍—20万倍之间连续可调;有很大的景深，视野大，成像富有立体咸，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构;试样制备简单。
扫描电镜分析可以提供从数纳米到毫米范围内的形貌像，观察视角大，其分辨率一般为6nm，对于场发射扫描电子显微镜，其空间分辨率可以达到0.5nm量级。
分辨率大小由入射电子束直径和调节信号类型共同决定。
电子束直径越小，分辨率越高。
但由于成像信号不同，例如二次电子和背反射电子，在样品表面的发射范围也不同，从而影响其分辨率。
金属材料晶粒尺寸及形貌分析
课程名称：材料分析测试技术金属材料晶粒尺寸及形貌分析一． 实验目的1. 了解定量金相的基础知识及操作方法；2. 掌握金相照片标尺的添加方法、晶粒分析软件以及origin 绘图软件的使用。
二． 实验原理金属材料的显微组织特征与性能存在着密切的联系，这些显微组织特征包括晶粒尺寸、位错密度、相的相对含量、相的几何形状和分布等。
对金属材料的显微组织进行定性分析，可以说明金属材料的某些性能特征，但不能准确地表达它们之间的关系，利用定量金相的方法测量计算组织中相应组成相的特征参数，能建立起显微组织与材料性能的定量关系。
定量金相分析的基础是体视学，由于金属不透明，不能直接观察三维空间的组织图像，故只能在二维截面上得到显微组织的有关几何参数，然后运用数理统计的方法推断三维空间的几何参数。
用晶粒等效圆直径表征晶粒的尺寸大小（公式(1)所示）；用晶粒形状因子表征晶粒的形貌（如公式(2)所示）。
为了数据的准确，往往在每个试样截面上选择多个不同视场测量上述两个表征参量。
-(1)-------)/(21/2πA D =-(2)---------/42P A F π=式D —晶粒尺寸，F —晶粒的圆整度因子，A —晶粒的面积；P —晶粒的周长。
三． 实验材料及设备镁合金半固态压铸件，4%硝酸水，预磨机，抛光机，光学显微镜，Photoshop 软件，晶粒分析软件，origin 软件。
四． 实验步骤 1. 制样及拍照用手锯取样，将所取试样用400目到1500目水磨砂纸预磨并经抛光后，Mg 合金用4%硝酸水试剂腐蚀6 s ，Al 合金用0.5%氢氟酸腐蚀10s 之后，采用光学显微镜拍摄其晶相显微照片。
2. 添加标尺打开Photoshop软件，并在软件中打开照片，将先前剪切好的相应标尺拖入照片中，接着在将标尺拖放至照片的右下角位置，并点击置入。
然后对照片进行保存，保存格式为jpg格式。
3.晶粒分析采用晶粒分析软件对已添加好标尺的照片进行分析。
材料分析方法第二版课后练习题含答案
材料分析方法第二版课后练习题含答案第一章：材料的物理化学性质分析1. 硬度测试根据维氏硬度测试的原理，硬度的数值与什么有关？答案：硬度的数值与材料的抵抗力有关。
2. 热膨胀系数测试热膨胀系数的测试方法包括哪些？答案：常用的测试方法包括极差法、压力计法、光栅测量法等。
第二章：材料的成分分析1. 光谱分析常用的光谱分析方法有哪些？答案：常用的光谱分析方法包括紫外吸收光谱、可见光吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、原子发射光谱、质谱等。
2. 微量元素分析微量元素分析常用的方法有哪些？答案：常用的微量元素分析方法有火焰原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法等。
第三章：材料的表面形貌分析1.原子力显微镜测试原子力显微镜常用于什么领域？答案：原子力显微镜常用于材料表面形貌分析、生物医学领域等。
2.扫描电子显微镜测试扫描电子显微镜常用于哪些领域？答案：扫描电子显微镜常用于材料表面形貌分析、生物医学领域、纳米材料研究等。
第四章：材料的力学性能分析1.拉伸测试拉伸测试包括哪些参数？答案：拉伸测试包括屈服强度、抗拉强度、延伸率等参数。
2.压缩测试压缩测试的测试条件有哪些？答案：压缩测试的测试条件包括样品的几何形状和尺寸、加载速率、温度等。
第五章：材料的热力学性能分析1.热重分析热重分析的测试原理是什么？答案：热重分析利用样品在升温过程中的质量变化来研究材料的热稳定性、热降解等热力学性能。
2.热膨胀系数测试热膨胀系数的测试方法有哪些？答案：常用的测试方法包括极差法、压力计法、光栅测量法等。
总结本文主要介绍了材料分析方法第二版的课后练习题和答案。
通过练习题的学习，我们可以更好地掌握各种分析方法的原理和测试步骤，同时也能够提高自己的分析能力和实验操作技能。
我们希望读者能够认真学习、勤于实践，不断提高自己在材料分析领域的能力和水平。
金属材料的析出相及形貌研究报告
金属材料的析出相及形貌研究报告摘要：本研究报告旨在探讨金属材料中的析出相及其形貌特征。
通过对金属材料的热处理和显微结构分析，我们对金属材料中的析出相进行了深入研究。
本报告首先介绍了金属材料的析出相的概念和意义，然后详细阐述了金属材料中常见的析出相及其形貌特征。
最后，我们总结了金属材料析出相研究的意义和未来的发展方向。
1. 引言金属材料是工程领域中广泛应用的材料之一，其性能往往受到其中的析出相的影响。
析出相是指在金属基体中形成的具有不同晶体结构和化学组成的微观区域。
研究金属材料的析出相及其形貌特征对于了解材料的性能和行为具有重要意义。
2. 析出相的概念和意义析出相是金属材料中的一种微观组织结构，其形成与材料的组成、热处理条件以及固溶体中的溶质原子等因素密切相关。
析出相的形成可以显著改变金属材料的力学性能、导电性能、磁性能等特性，因此对析出相的研究具有重要的工程应用价值。
3. 常见的析出相及其形貌特征3.1 相分离相分离是指金属材料中两种或多种相在固态下分离出来的现象。
相分离的形貌特征通常表现为球状、板状或纤维状等不同形状的析出相。
相分离的形成过程受到温度、成分、固溶体结构等因素的影响。
3.2 沉淀相沉淀相是指金属材料中由于固溶体中的溶质浓度超过了固溶限度而析出的相。
沉淀相的形貌特征常常呈现出颗粒状、棒状或片状等不同形态。
沉淀相的形成过程受到溶质浓度、温度、固溶体结构等因素的影响。
3.3 时效析出相时效析出相是指金属材料在一定温度下经过一段时间后析出的相。
时效析出相的形貌特征通常呈现出球状、棒状或板状等形态。
时效析出相的形成过程受到时效温度、时效时间以及固溶体结构等因素的影响。
4. 金属材料析出相研究的意义和未来发展方向金属材料析出相的研究对于改善材料的性能和开发新型材料具有重要意义。
通过深入研究析出相的形成机制和调控方法，可以实现金属材料的微观结构和宏观性能的优化。
未来，我们可以通过引入新的分析技术和模拟方法，进一步深入研究金属材料中的析出相，并探索其在材料设计和制备中的应用。
材料的五种表征方法
材料的五种表征方法一、引言材料的表征是指通过一系列实验和测试方法来获取材料的性质和特征的过程。
材料表征方法的选择取决于所研究材料的性质和研究目的。
本文将介绍五种常用的材料表征方法，包括结构表征、形貌表征、力学表征、热学表征和电学表征。
通过深入探讨这些表征方法，我们可以更好地理解材料的性能和应用。
二、结构表征结构表征是研究材料内部结构和组成的方法。
常用的结构表征方法包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等。
1. X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种分析材料结晶结构的方法。
通过照射材料表面的X射线，根据X 射线与晶体的相互作用产生的衍射图样，可以确定材料的晶体结构和晶格常数。
2. 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种观察材料表面形貌和微观结构的方法。
通过扫描电子束和样品表面的相互作用，可以获取高分辨率的材料表面形貌图像，并且可以分析材料的成分和晶体结构。
3. 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种观察材料内部结构和晶体缺陷的方法。
通过透射电子束和材料的相互作用，可以获取高分辨率的材料内部结构图像，并且可以分析材料的晶体结构、晶格缺陷和晶界等。
三、形貌表征形貌表征是研究材料表面形貌和微观结构的方法。
常用的形貌表征方法包括原子力显微镜（AFM）、扫描隧道显微镜（STM）和光学显微镜等。
1. 原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种通过探针和材料表面之间的相互作用来观察材料表面形貌和表面力学性质的方法。
通过探针的运动和反馈信号，可以获取高分辨率的材料表面形貌图像，并且可以测量材料表面的力学性质。
2. 扫描隧道显微镜（STM）扫描隧道显微镜是一种通过电流和材料表面之间的隧道效应来观察材料表面形貌和电学性质的方法。
通过探针的运动和反馈信号，可以获取原子尺度的材料表面形貌图像，并且可以测量材料表面的电导率和电子结构。
3. 光学显微镜光学显微镜是一种观察材料表面形貌和显微结构的方法。
材料分析方法
材料分析方法
1. 目视观察法：通过裸眼观察材料的外观特征，包括颜色、形状、纹理等，以初步判断材料的性质。
2. 显微镜观察法：使用光学显微镜观察材料的微观结构和特征，包括晶体结构、颗粒形貌等，以评估材料的晶化程度、颗粒尺寸等。
3. 热分析法：通过对材料在不同温度下的热响应进行分析，包括热重分析（TGA）、差热分析（DSC）等，以确定材料的
热稳定性、相变温度等。
4. 光谱分析法：利用光的吸收、发射、散射等性质对材料进行分析，常见的光谱分析包括紫外可见光谱、红外光谱、拉曼光谱等，用于分析材料的化学组成、分子结构等。
5. 电子显微镜观察法：使用扫描电子显微镜（SEM）或透射
电子显微镜（TEM）对材料的表面形貌、晶体结构进行观察，以获取高分辨率的图像和微区成分分析。
6. X射线衍射方法：利用材料对入射X射线的衍射现象，分
析材料的晶体结构、结晶度等，常见的方法包括X射线粉末
衍射（XRD）和单晶X射线衍射（XRD）。
7. 磁学分析法：通过对材料的磁性进行测试与分析，包括磁滞回线测量、霍尔效应测量等，以判断材料的磁性、磁结构等。
8. 电化学分析法：通过测量材料在电化学条件下的电流、电压等性质，以研究材料的电化学性能、电极活性等。
9. 分子模拟与计算方法：运用计算机模拟技术对材料的分子结构、物理性质进行分析与计算，包括分子力场模拟、密度泛函理论等。
10. X射线能量色散谱分析法：通过对X射线入射材料的能量散射进行分析，以确定材料的元素成分和含量，用于材料的定性与定量分析。
材料微观形貌分析方法及应用研究
材料微观形貌分析方法及应用研究材料的微观形貌分析是材料科学的重要研究领域，对于材料性能的理解和改进具有重要作用。
随着材料科学技术的发展，材料的形貌分析方法也得到了不断地发展，不断涌现出新的研究方法和技术。
本文将就材料微观形貌分析方法及应用研究进行探讨。
一、材料微观形貌分析方法1.扫描电子显微镜（SEM）SEM是一种通过扫描电子束与材料表面相互作用从而形成图像的分析仪器。
该方法应用颇广，可用于研究材料表面形貌、结构组成、热膨胀性质等。
SEM由于具有高分辨和大视场等优点，因此在材料科学领域得到广泛应用。
2.透射电子显微镜（TEM）TEM是利用透射的电子束来研究材料的性质和形貌的一种分析方法。
由于TEM的分辨率很高，可达到纳米级别，特别适用于材料微观结构的表征。
该方法通常用于研究材料晶体结构、纳米材料的形貌等。
3.原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种常用于研究材料表面形貌的分析技术。
该技术通过采用探针对材料表面进行扫描，从而获取表面形貌信息。
AFM具有高分辨率、高重复性和高灵敏度等优点，适用于研究纳米材料的表面形貌和力学性质等。
4.散射电子显微镜（SEM）散射电子显微镜是一种可用于研究材料成分及其相互作用的分析技术。
该技术利用材料与电子相互作用发生的散射现象，通过对散射电子的能量、动量等参数进行分析，可以获得物质的结构、组成等信息。
二、材料微观形貌分析的应用研究1.纳米材料的形貌分析纳米材料是指直径小于100纳米的材料，其常规的物理、化学性质与几何特性都具有新颖性质。
纳米材料的形貌特征对其物理、化学性质具有直接影响。
通过SEM和TEM等手段的应用研究，可以对纳米材料的表面形貌、晶体结构等进行分析，进而研究其物理、化学性质等方面，为纳米科技的发展提供了重要的数据支持。
2.材料界面形貌分析材料界面是指两种或两种以上的材料之间的分界面，其形貌及性质对材料的机械力学性能、电学性能以及化学性能等具有重要影响。
材料表面形貌对性能的影响
材料表面形貌对性能的影响随着科学技术的不断发展，材料表面形貌对性能的影响越来越受到关注，成为工业生产和科学研究的热点问题。
材料表面形貌是指材料表面的几何形态，如表面的粗糙度、形貌尺度和表面结构等。
不同的材料表面形貌可以对材料的性能产生显著影响，因此对于材料表面形貌的研究备受重视。
第一，表面粗糙度对材料性能的影响材料表面的粗糙度是指表面的不平整程度。
不同的材料表面粗糙度会影响材料的光学、力学、润滑、传热等方面的性能。
例如，在高精度光学镜面表面中，表面粗糙度会显著影响其反射率和散射率，影响其在光学设备中的应用。
另外，在材料表面加工和制备过程中，表面粗糙度也是一个重要的参数。
例如，在零件加工过程中，制定适当的表面粗糙度要求有助于提高零件的性能和寿命。
因此，对材料表面粗糙度的研究是制定高性能材料、提高材料应用效果和强化材料加工生产技术的基础。
第二，表面形貌尺度对材料性能的影响表面形貌尺度是指表面形貌特征的大小，包括表面结构尺寸和几何形态。
不同的材料表面结构尺度会影响机械性能、光学性能、电学性能和化学性能等。
例如，表面结构尺度与材料的抗切割性、抗拉伸性和抗压缩性等机械性能密切相关。
表面结构尺度还与材料的光学透过率、反射率、透射率等性能密切相关，因此在设计光学镜面时，需要对表面结构尺度进行优化。
此外，表面结构尺度对材料的热导性、热辐射性和光电性能等方面的影响也很明显。
因此，对表面形貌尺度的研究有助于制定高性能材料，提高材料的应用效果和强化材料加工生产技术。
第三，表面结构对材料性能的影响材料表面结构是指表面的微观几何形态和微观结构。
不同的材料表面结构会影响材料的光电、电化学、润滑和化学反应等性能。
例如，在太阳电池中，表面结构对太阳电池的光电性能有着重要的影响。
表面结构可以改变太阳能的吸收程度和散射程度，从而提高太阳电池的吸收率和能量转换效率。
另外，在电化学领域中，表面结构也发挥着重要的作用。
表面结构能够调节电化学反应的界面活性，从而影响电化学反应的速率和催化效率。
复合材料断面sem形貌
复合材料断面sem形貌
复合材料是一种由两种或多种不同材料组成的材料，它们通过粘结、热压或其他方式相互结合而成。
复合材料的断面SEM（扫描电子显微镜）形貌能够提供关于材料内部结构和组成的详细信息，让人们对材料有更深入的了解。
在观察复合材料的断面SEM形貌时，我深刻感受到了其独特之处。
首先，复合材料的断面呈现出丰富多样的纹理和结构。
不同材料的颗粒、纤维或晶体在断面上交织着，形成了独特的图案。
这种多层次的结构使得复合材料具有优异的力学性能和性能稳定性。
通过SEM形貌还可以观察到复合材料中的界面现象。
在不同材料之间形成的界面处，往往存在着微观尺度的凸起或凹陷。
这些界面的形貌可以反映出材料之间的粘结情况以及界面的强度和稳定性。
深入研究复合材料的界面现象对于优化材料的性能和寿命具有重要意义。
复合材料断面SEM形貌还能够展示出材料中的孔隙结构。
孔隙是材料中的空隙或空气孔隙，它们对于材料的密度、强度和热导率等性能有着重要影响。
通过SEM形貌可以观察到孔隙的大小、形态和分布情况，进而评估材料的质量和可靠性。
复合材料的断面SEM形貌通过丰富多样的纹理和结构、界面现象以及孔隙结构等特点，为我们提供了深入了解复合材料内部结构和性
能的窗口。
通过对SEM形貌的观察和分析，我们可以进一步优化复合材料的制备工艺，提高材料的性能和可靠性，推动复合材料在各个领域的应用和发展。
材料断口分析第3章-解理断裂
小刻面
放射条纹
人字纹
二、微观形貌特征及形成机理
特征： 扇形花样 解理台阶（cleavage step） 河流花样（river pattern） 舌状花样（tongue pattern） 青鱼骨花样（spine pattern） 瓦纳线（wallner line）
扇形花样
河流花样
舌状花样
青鱼骨花样
瓦纳线
（二）形成机理（模型）
1、解理台阶 解理裂纹与螺位错交截形成台阶
台阶形成过程的简化图
通过二次解理或撕裂相互连接形成台阶（撕裂棱）
台阶的性质
台阶在扩展过程中会发生合并或消失（台阶高度减小） 相同方向的台阶合并后高度增加 相反方向的台阶合并后高度减小或消失 台阶高度与柏氏矢量大小、位错密度之间存在一定关系
第三章 解理断裂
§1 概述 §2 解理断口形貌特征及形成机理 §3 影响解理断裂的因素 §4 准解理断裂
§1、概述
1、定义 正应力、解理面、穿晶脆断
2、发生条件 一般均在bcc、hcp金属中发生，而fcc只在特殊情 况下才发生，如腐蚀环境、材质较差时。
§2、解理断口形貌特征
一、宏观形貌特征 1、放射状条纹 2、人字纹 3、小刻面（facet）：发亮的小晶面 解理断口上的结晶面 宏观上呈无规则取向 强光下可见到闪闪发光的特征 解理断口是由许多小刻面组成的，每个小刻 面代表一个晶粒
存在确定的位向关系
准解理裂纹形成机理示意图
准解理断口形貌
准解理断口形貌
扭转晶界——在亚晶界出产生新的裂纹，河流激增
大角度晶界：河流不能通过，在晶界处产生新的裂纹，向外扩展 ，
形成扇形花样
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
大角度晶界，扇形花样
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具体制备方法
• （1）在样品表面滴上一滴丙酮，然后用AC 纸贴在样品表面，不留气泡，待干后取下。
反复多次清除样品表面的腐蚀物以及污染物。 最后一张AC纸就是需要的塑料一级复型。
• （2）把复型纸的复型面朝上固定在衬纸上。 利用真空镀膜的方法蒸镀上重金属，最后再
• 加在物镜后的光阑称为衬度光阑，可以提高振幅衬度 作用。此外在物镜极X附近还装备有消象散器和防污染 装置。
• 中间镜和投影镜和物镜相似，但焦距较长。主要是将 来自物镜的电子象继续放大。
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真空部分
• 为了保证电子运动，减少与空气分子的碰撞， 因此所有装置必须在真空系统中，一般真空度 为10－2～10－4Pa。
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透射电镜的放大倍数
• 总放大倍数M总＝M物×M中 ×M投
• 物镜成像是分辨率的决定因 素
• 物镜放大倍率，在50-100范 围；
• 中间镜放大倍率，数值在020范围；
• 投影镜放大倍率，数值在 100-150范围
• 总放大倍率在1000-200,000 倍内
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• 必须具有足够的强度和刚度，在复制过程中 不致破裂或畸变；
• 必须具有良好的导电性，耐电子束轰击；
• 最好是分子尺寸较小的物质---分辨率较高。
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塑料－碳二级复型技术
• 是复型制备中最稳定和应用最广泛的一 种技术。
• 特点是：在样品制备过程中不损坏样品 表面，重复性好，导热性好。
• 电子束穿透固体样品的能力主要取决与加速电 压和样品的物质原子序数。
• 一般来说，加速电压越高，样品原子序数越低， 电子束可以穿透样品的厚度就越大。
• 对于透射电镜常用的加速电压100KV，如果样 品是金属其平均原子序数在Cr的原子附近，因 此适宜的样品厚度约200纳米。
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样品制备
• 常见的复型： 塑料一级复型，碳一级复 型，塑料碳二级复型，萃取复型。
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制备复型的材料特点
• 本身必须是“无结构”的（或“非晶体” 的），也就是说，为了不干扰对复制表面形
貌的观察，要求复型材料即使在高倍（如十
万倍）成像时，也不显示其本身的任何结构 细节。
• 必须对电子束足够透明（物质原子序数低）；
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放大原理
• 透射电子显微镜中，物镜、中间镜，透 镜是以积木方式成像，即上一透镜的像 就是下一透镜成像时的物，也就是说， 上一透镜的像平面就是下一透镜的物平 面，这样才能保证经过连续放大的最终 像是一个清晰的像。在这种成像方式中， 如果电子显微镜是三级成像，那么总的 放大倍数就是各个透镜倍率的乘积。
• 1939年，德国西门子公司生产出第一批商用透 射电镜（点分辨率10nm）
• 1950年 ，开始生产高压电镜（点分辨率优于 0.3nm，晶格条纹分辨率由于0.14nm）
• 1956年 ，门特(Menter)发明了多束电子成像方 法，开创了高分辨电子显微术， 获得原子象。
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透射电镜的基本原理
• 对于块体样品表面复型技术和样品减薄 技术是制备的主要方法。
• 对于粉体样品，可以采用超声波分散的 方法制备样品。
2020• 所谓复型技术就是把金相样品表面经浸 蚀后产生的显微组织浮雕复制到一种很 薄的膜上，然后把复制膜（叫做“复 型”）放到透射电镜中去观察分析，这 样才使透射电镜应用于显示金属材料的 显微组织有了实际的可能。
透射电镜的结构
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TEM的结构
• 主要由照明系统，样品室，成像系统， 图像观察和记录系统组成。
• 其中照明系统主要由电子枪和聚光镜组 成。
• 成像部分主要由样品室，物镜，中间镜 和投影镜等装置组成。
• 图像观察和记录系统：主要由荧光屏， 照相机，数据显示等部件组成。
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与光学显微镜的比较
• 光学显微镜的分辨率不可能高于200nm，限制 因素是光波的波长。
• 加速电压为100 KV的电子束的波长是 0.0037nm。最小分辨率可达0.002nm左右，因 此，电子波的波长不是分辨率的限制因素。球 差和色差是分辨率的主要限制因素。
• 透射电镜可以获得很高的放大倍数150万倍。 可以获得原子象。
• 阿贝光学显微镜衍射成像原理同样适合于透 射电子显微镜。不仅可以在物镜的像平面获
得放大的电子像，还可以在物镜的后焦面处 获得晶体的电子衍射谱，其成像原理图见图
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阿贝光栅成像原理
• 成像系统光路图如图所示。当 来自照明系统的平行电子束投 射到晶体样品上后，除产生透 射束外还会产生各级衍射束， 经物镜聚焦后在物镜背焦面上 产生各级衍射振幅的极大值。 每一振幅极大值都可看作是次 级相干波源，由它们发出的波 在像平面上相干成像，这就是 阿贝光栅成像原理。
• 利用场发射电子枪时，其真空度应在10－6－10 －8Pa左右。
• 可采用机械泵，油扩散泵，分子泵等来实现。
• 目的：延长电子枪的寿命，增加电子的自由程， 减少电子与残余气体分子碰撞所引起的散射以 及减少样品污染。
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样品制备
• 透射电子显微镜利用穿透样品的电子束成像， 这就要求被观察的样品对入射电子束是“透明” 的。
透射电子显微镜在形貌分析上 的应用
• 基本知识 • 透射电镜原理 • 透射电镜的结构 • 电子衍射原理 • 高分辨透射电镜 • 样品制备 • 材料应用
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基础知识
• 1924年，de Broglie提出波粒二象性 假说
• 1926年 ，Busch发现了不均匀的磁场可以聚焦 电子束
• 1933年 ，柏林大学研制出第一台电镜（点分 辨率达到50nm）
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成像部分
• 样品室位于照明部分和物镜之间，一般还可以配置加 热，冷却和形变装置。
• 物镜是最关键部分，透射电镜分辩本领的好坏在很大 程度上取决于物镜的优劣。物镜的最短焦距可达1mm， 放大倍率～300倍，最佳理论分辨率可达0.1nm，实际 分辨率可达0.2nm。
• 加在物镜前的光阑称为物镜光阑，主要是为了缩小物 镜孔径角的作用。