《材料结构分析》教学大纲

《材料结构分析》教学大纲

课程编号：06030161

课程名称：材料结构分析

学分：5总学时：80讲授学时：68 实验学时：12

先修课程要求：物理学、无机化学、材料科学基础

一、课程在培养方案中的地位、目的和任务

《材料结构分析》是材料类（工学）专业四年制本科生必修的一门专业基础课，也可作为机械类、化学类等学科相关专业本科生、研究生的选修课。

通过本课程的学习，学生将掌握常用材料结构分析方法的基本原理、仪器结构及实验技术，在实际工作中能根据不同结构分析任务，准确选用材料结构分析手段开展相关科学研究，并能够与专门从事X射线、电子显微分析等材料结构分析工作的实验人员共同设计试验方案，正确解析试验结果。

二、课程的基本要求

1、了解X射线及电子束与物质相互作用的规律。

2、了解晶体X射线衍射和电子衍射的几何原理、强度理论。

3、掌握多晶体X射线衍射的基本实验技术、分析方法及其应用

4、掌握透射电子显微分析、扫描电子显微分析技术的原理和方法，学会分析摄照、分析电子衍射照片和衍衬照片。

5、学会根据所研究对象和目标选择恰当的材料结构分析方法、制备送待检样品。

三、课程的基本内容以及重点难点

本课程的基本内容：晶体学基础知识、X射线衍射学和电子显微学

1、晶体学基础知识

内容：晶体和点阵的定义、晶体的对称性、空间点阵、倒易点阵、及其应用。

重点：晶体和点阵的定义、空间点阵、倒易点阵及应用；

难点：倒易点阵（熟练掌握）、晶体的对称性（了解）

2、X射线衍射学

内容：X射线的产生和性质，衍射几何理论和强度理论，多晶X射线衍射实验方法，X 射线衍射物相分析、织构的测定等。

重点：布拉公式、衍射矢量方程与厄瓦尔德图解、结构因子与消光规律、衍射花样的获取与结果解析、K值法

难点：衍射矢量方程与厄瓦尔德图解、物相定量分析和织构的测定。

3、电子显微学

内容：电子光学基础，电镜的结构与成像原理，电镜样品制备技术，电子衍射，衍射衬度、电子束与样品的作用、能谱分析与电子探针。

重点：电子衍射花样的标定与分析、衍射衬度的成像方式与运动学分析、电子束与样品的作用、扫描电子成像原理、能谱分析原理

难点：复杂电子衍射花样分析、理想晶体与缺陷晶体的衍衬运动学、电子背散射衍射

第一章绪论及晶体学基础

第一节绪论

第二节晶体及晶体的对称性

第三节空间点阵

第四节倒易点阵及其应用

第二章X射线的产生与性质

第一节X射线的本质与产生

第二节X射线谱

第三节X射线与物质的相互作用

第三章X射线衍射的几何原理第一节劳埃方程组

第二节布拉格方程

第三节衍射矢量方程

第四节厄瓦尔德图解

第四章X射线衍射束的强度

第一节一个电子对X射线的散射

第二节一个原子对X射线的散射

第三节晶胞对X射线的散射

第四节小晶体对X射线的散射

第五节多晶体衍射的积分强度

第五章多晶X射线衍射实验方法第一节粉末照相法

第二节衍射仪法

第三节衍射花样的指数化

第六章X射线衍射物相分析

第一节定性相分析

第二节定量相分析

第七章宏观内应力的测定

第一节基本原理

第二节测试技术

第三节几个相关问题

第八章织构的测定

第一节织构的定义与表达

第二节织构材料的衍射花样特征

第三节照相法测绘极图

第四节衍射仪法测绘极图

第五节反极图及其测绘方法

第九章电子光学基础

第一节电子显微镜的发展

第二节光学仪器的分辨本领与分辨率

第三节电磁透镜与光学透镜的比较

第四节电磁透镜的特性

第十章透射电镜的结构与成像原理第一节照明系统

第二节成像系统

第三节观察记录、真空与供电系统

第四节主要部件的结构和工作原理

第十一章透射电镜试样制备第一节概述

第二节复型技术

第三节粉末试样

第四节薄膜试样

第十二章电子衍射

第一节电子衍射原理

第二节电子衍射花样的标定与分析

第三节复杂电子衍射花样

第十三章衍射衬度

第一节衬度的类型及特点

第二节衍射衬度的成像方式

第三节衍射衬度的运动学

第四节完整晶体的衍衬运动学分析

第五节非完整晶体的衍衬运动学分析

第六节衍射衬度的动力学理论

第十四章扫描电子显微分析第一节电子束与样品的相互作用

第二节扫描电镜的构造与成像原理

第三节扫描电镜的试样制备

第四节电子通道花样

第五节电子背散射衍射

第十五章电子探针

第一节电子探针原理

第二节电子探针结构

第三节波谱仪和能谱仪

四、实验

1、基础实验（选做）

（1）X射线衍射仪结构、原理及操作方法

（2）X射线衍射技术及物相定性分析

（3）物相定量分析

（4）点阵常数的精确测量

（5）微观应力与亚晶尺寸的测量

（6）材料表面残余应力的测量

（7）透射电镜的结构、成像原理及操作

（8）金属薄膜样品的制备及典型组织的观察

（9）扫描电镜的结构、工作原理及操作

（10）扫描电镜成分衬度像及高倍组织观察

（11）能谱仪的结构、工作原理及其应用