材料表征技术PPT课件
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• 传统的显微组织结构与成分分析测试方法
光学显微镜：100nm, 表面形态，难以实现同位微 区分析
化学分析：平均成分，不能给出元素分布
-
6
• X射线衍射与电子显微分析
• XRD:晶体结构、晶胞参数、晶体缺陷、相等。
• 局限性：无法形貌观察与晶体结构分析微观同位结 合；微米、 纳米级选择性分析
• 电子显微镜(EM,Electron Microscope)：用高能电子束 作光源，用磁场作透镜，高分辨率和高放大倍数
• Degree of crystallinity of the phase(s)
• Crystallographic structure of the material: space group determination and indexing, structure refinement and ultimately structure solving
• TEM：微观组织形态与晶体结构鉴定（同位分析）；10-1nm,106
• SEM:表面形貌，1nm, 2x105, 表面的成分分布 • EPMA：SEM、EPMA结合，达到微观形貌与化学成分的同位
分析 • STEM：SEM+TEM双重功能，+EPMA， 组织形貌观察、
晶体结构鉴定及化学成分测试三位一体的同位分析
-
2
材料现代分析方法，是关于材料成分、结构、 微观形貌与缺陷等的现代分析、测试技术及其 有关理论基础的科学。
内容：材料（整体的）成分、结构分析，也包 括材料表面与界面、微区分析、形貌分析等
一般原理：通过对表征材料的物理性质或物理 化学性质参数及其变化（称为测量信号或特征 信息）的检测实现的。即材料的分析原理是指 测量信号与材料成分、结构等的特征关系。采 用不同测量信号（相应地具有于材料的不同特 征关系）形成了各种不同的材料分析方法。
度的变化） • 多晶试样中晶粒大小、应力和应变情况
-
13
Structural analysis for materials research and crystallography
X-ray powder diffractometry (XRPD) is a valuable tool for the research and development of advanced materials. It can be used for investigation of the following properties:
-
7
表4-1 X射线衍射分析方法的应 用
-
8
材料表征 （本课程的）主要内容
元素成份分析（AAS，AES，XRF， EDX）
化学价键分析（IR，LRS）
结构分析（XRD，ED）
形貌分析（SEM,TEM,AFM,STM）
表面与界面分析（XPS，AES，SIMS）
-
9
本课程内容与要求
• X射线衍射、电子显微分析（重点掌握）
材料表征技术(一)
金灯仁
参考书：无机非金属材料测试方法
材料现代分析方法
X射线衍射分析原理、方法、应用
（周上祺）等
(英文版)
-
1
绪论(一)
现代分析测试技术:是研究物质的微观状 态与宏观性能之间关系的一种手段.
人们能通过改变分子或晶体的结构来达 到控制物质宏观特性的目的,所以科学 技术的发展离不开分析测试.
• Identification of the phase(s) present: is it a pure phase or does the material contain impurities as a result of the production process?
• Quantification of mixtures of phases
• 其它
X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、 扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）等
• 要求与目标 正确选择方法、制订方案、分析结果 为以后掌握新方法打基础
• 课程安排
-
10
第一章 X射线的性质
• •1.1 引言 • •1.2 X射线的本质 • •1.3 X射线的产生及X射线管 • •1.4 X射线谱 • •1.5 X射线与固体物质相互作用
微观结构：原子结构、晶体结构、缺陷等原子、分 子水平上的构造状况。
显微结构：材料内部不同的晶相、玻璃相及气孔的
形态、大小、取向、分布等结构状况。从尺度范围
上来讲一般电子显微镜及光学显微镜所观察到的范
围。
-
5
绪论(二)
• 材料的组织结构与性能
• 显微组织结构的内容：显微化学成分(不同相成分，
基体与析出相的成分、偏析等)、晶体结构与晶体缺陷、晶 粒大小与形态、相（成分、结构、形态、含量及分布）、 界面
-
3
入射线 X射线
X射线 晶体结构 衍射规律
Leabharlann Baidu
试样(晶
体)？
衍射线
分析（结构）
XRD谱 I:强度
d(2)：位置
XRD分析
-
4
结构
尺度：埃量级—核外电子结构；微米级的晶粒度。 尺度更大的孔隙、裂纹等
结构（或组织结构）（广义）包括从原子结构到肉 眼能观察到的宏观结构各个层次的构造状况的通称。 原子结构、分子结构、晶体结构、电畴结构等。
• Influence of non-ambient conditions on these properties
All these investigations can be carried out on samples of varying dimensions:
-
11
第一章 X射线的性质
1.1 引言
• 1895， （德，物）伦琴发现X射线 • 1912，（德，物）劳厄发现X射线在晶体
中的衍射
X射线：电磁波 晶体：格子构造；
研究晶体材料开辟道 路
-
12
X射线衍射（XRD）的应用
• 单晶材料：晶体结构；对称性和取向方位 • 金属、陶瓷：物相分析（定性、定量） • 测定相图或固溶度（定量、晶格常数随固溶
• Degree of orientation of the crystallites: texture analysis.
• Deformation of the crystallites as a result of the production process: residual stress analysis
光学显微镜：100nm, 表面形态，难以实现同位微 区分析
化学分析：平均成分，不能给出元素分布
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• X射线衍射与电子显微分析
• XRD:晶体结构、晶胞参数、晶体缺陷、相等。
• 局限性：无法形貌观察与晶体结构分析微观同位结 合；微米、 纳米级选择性分析
• 电子显微镜(EM,Electron Microscope)：用高能电子束 作光源，用磁场作透镜，高分辨率和高放大倍数
• Degree of crystallinity of the phase(s)
• Crystallographic structure of the material: space group determination and indexing, structure refinement and ultimately structure solving
• TEM：微观组织形态与晶体结构鉴定（同位分析）；10-1nm,106
• SEM:表面形貌，1nm, 2x105, 表面的成分分布 • EPMA：SEM、EPMA结合，达到微观形貌与化学成分的同位
分析 • STEM：SEM+TEM双重功能，+EPMA， 组织形貌观察、
晶体结构鉴定及化学成分测试三位一体的同位分析
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材料现代分析方法，是关于材料成分、结构、 微观形貌与缺陷等的现代分析、测试技术及其 有关理论基础的科学。
内容：材料（整体的）成分、结构分析，也包 括材料表面与界面、微区分析、形貌分析等
一般原理：通过对表征材料的物理性质或物理 化学性质参数及其变化（称为测量信号或特征 信息）的检测实现的。即材料的分析原理是指 测量信号与材料成分、结构等的特征关系。采 用不同测量信号（相应地具有于材料的不同特 征关系）形成了各种不同的材料分析方法。
度的变化） • 多晶试样中晶粒大小、应力和应变情况
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Structural analysis for materials research and crystallography
X-ray powder diffractometry (XRPD) is a valuable tool for the research and development of advanced materials. It can be used for investigation of the following properties:
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表4-1 X射线衍射分析方法的应 用
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材料表征 （本课程的）主要内容
元素成份分析（AAS，AES，XRF， EDX）
化学价键分析（IR，LRS）
结构分析（XRD，ED）
形貌分析（SEM,TEM,AFM,STM）
表面与界面分析（XPS，AES，SIMS）
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本课程内容与要求
• X射线衍射、电子显微分析（重点掌握）
材料表征技术(一)
金灯仁
参考书：无机非金属材料测试方法
材料现代分析方法
X射线衍射分析原理、方法、应用
（周上祺）等
(英文版)
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绪论(一)
现代分析测试技术:是研究物质的微观状 态与宏观性能之间关系的一种手段.
人们能通过改变分子或晶体的结构来达 到控制物质宏观特性的目的,所以科学 技术的发展离不开分析测试.
• Identification of the phase(s) present: is it a pure phase or does the material contain impurities as a result of the production process?
• Quantification of mixtures of phases
• 其它
X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、 扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）等
• 要求与目标 正确选择方法、制订方案、分析结果 为以后掌握新方法打基础
• 课程安排
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第一章 X射线的性质
• •1.1 引言 • •1.2 X射线的本质 • •1.3 X射线的产生及X射线管 • •1.4 X射线谱 • •1.5 X射线与固体物质相互作用
微观结构：原子结构、晶体结构、缺陷等原子、分 子水平上的构造状况。
显微结构：材料内部不同的晶相、玻璃相及气孔的
形态、大小、取向、分布等结构状况。从尺度范围
上来讲一般电子显微镜及光学显微镜所观察到的范
围。
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绪论(二)
• 材料的组织结构与性能
• 显微组织结构的内容：显微化学成分(不同相成分，
基体与析出相的成分、偏析等)、晶体结构与晶体缺陷、晶 粒大小与形态、相（成分、结构、形态、含量及分布）、 界面
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入射线 X射线
X射线 晶体结构 衍射规律
Leabharlann Baidu
试样(晶
体)？
衍射线
分析（结构）
XRD谱 I:强度
d(2)：位置
XRD分析
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结构
尺度：埃量级—核外电子结构；微米级的晶粒度。 尺度更大的孔隙、裂纹等
结构（或组织结构）（广义）包括从原子结构到肉 眼能观察到的宏观结构各个层次的构造状况的通称。 原子结构、分子结构、晶体结构、电畴结构等。
• Influence of non-ambient conditions on these properties
All these investigations can be carried out on samples of varying dimensions:
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第一章 X射线的性质
1.1 引言
• 1895， （德，物）伦琴发现X射线 • 1912，（德，物）劳厄发现X射线在晶体
中的衍射
X射线：电磁波 晶体：格子构造；
研究晶体材料开辟道 路
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X射线衍射（XRD）的应用
• 单晶材料：晶体结构；对称性和取向方位 • 金属、陶瓷：物相分析（定性、定量） • 测定相图或固溶度（定量、晶格常数随固溶
• Degree of orientation of the crystallites: texture analysis.
• Deformation of the crystallites as a result of the production process: residual stress analysis