现代材料测试技术陶文宏绪论-PPT课件
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材料的现代分析测试方法幻灯片PPT
三. 波谱仪与能谱仪比较
与波谱仪相比，能谱仪的缺点： 1. 能量分辨率低. 2. 峰背比差、检测极限高，定 量 分析精度差. 3. Be窗. 4. LN2冷却.
作用: 用来获得扫描电子束, 作为 使样品产生各种物理信号
的 激发源.
1. 电子枪 2. 聚光镜(电磁透镜) 3. 光阑 4. 样品室
用于SEM的电子枪有两种类型
热电子发射型: 普通热阴极三极电子枪 六硼化镧阴极电子枪
场发射电子枪: 冷场发射型电子枪 热场发射型电子枪
几种类型电子枪性能
二. 扫描系统
五. 电源系统
组成：稳压、稳流及相应的平安 保护电路等。
作用：提供扫描电子显微镜各部 分所需要的电源。
六. 真空系统
组成：机械泵、扩散泵、空压机、 电磁阀及相应的真空管路等。
作用：建立能确保电子光学系统正 常工作、防止样品污染所必 须的真空度。
第五节 SEM的主要性能
一. 分辨率
分辨率的主要决定因素: 1. 电子束斑直径 2. 入射电子束在样品中的扩展效应 3. 信噪比
Mn)
SEM图象放大倍数:
显象管荧光屏边
长
.
电子束在试样上(一样方向)扫描宽度
三. 景深
第六节 SEM的样品制备
SEM对样品的最重要的要求是 样品要导电.
一. 导电材料试样制备 二. 非金属材料试样制备 三. 生物医学材料试样制备
一. 导电材料试样制备
1. 试样尺寸尽可能小些，以减轻 仪器污染和保持良好真空。
漫散射
漫散射的深度与原子序数有关
二. 放大倍数
显微镜的放大倍数: 象与物大小之比 TEM和OM: M总=M１M２……Ｍｎ 式中： M１……Ｍｎ——各个透镜的放大倍数 n ——透镜数目
现代材料分析测试技术第一章绪论 ppt课件
PPT课件
22
绪论
材料现代研究方法 组织形貌分析
光学显微分析，扫描电子显微镜，扫描探针显微 镜，扫描隧道显微镜和原子力显微镜。
材料科学基础 固体中的原子键合
键合力与能量，杂化轨道的键合，分子轨道的 键合，原子间基本键型，离子键、共价键、金 属键，弱作用键
物相分析
物相分析的意义及含义,电磁波及物质波的衍射 理论,X射线衍射物相分析,电子衍射及显微分析
成分设计
煤炭、金属、水泥、陶瓷等等
PPT课件
6
“四要素”基本内涵
（1）成分、组成与结构
组织设计
PPT课件
7
“四要素”基本内涵
（1）成分、组成与结构
复合设计
PPT课件
8
“四要素”基本内涵
（2）合成与加工
所有尺度上原子、分子及分子团对结构的控制 新结构转化为材料与结构的演化过程 宏观加工引发的微观结构变化与“意外”现象
PPT课件
11
“四要素”基本内涵
腐蚀行为 环境腐蚀 应力腐蚀 氢脆
疲劳行为
弯曲疲劳 接触疲劳 拉压疲劳 振动疲劳
时效行为 组织稳定性 蠕变变形 老化 辐照脆化
PPT课件
复合环境行为
腐蚀+疲劳 疲劳+蠕变
12
合 成 设 计 （ 成 分 结 构 ）
材料科学与工程
加 工
宏观组织（晶 粒 形态 与尺寸） 微观组织（亚晶界、 枝晶间距、次生相） 强化相的形态、尺寸 及分布 多相合金的相结构 组织均匀性 控 成分均匀性（宏观与 构 微观偏析） 组织致密性 夹杂、气孔等 应力、变形、开 裂等 晶体结构缺陷（点缺 陷、位错、孪晶等） 非晶、微晶、纳米晶 及非平衡晶
现代材料测试ppt课件第一章光学显微分析
2020/9/23
一旦我单位在贵局承办的“海峡两岸 渔业资 源增殖 放流活 动”放 流苗种 招标中 中标， 我单位 将严格 按照招 标方案 的要求 和合同 的约定 执行
1.2 晶体光学基础——晶体结构
2、晶胞和点阵类型 晶体中原子规则排列的基本特征：周期性与对称性 晶胞（阵胞）：在点阵中选择一个由阵点连接而成的
结构基元的多样性使晶体结构有无限多种类。 晶向指数与晶面指数
晶体中由原子组成的直线和平面分别称为晶向和晶 面（相应于点阵中的阵点列和阵点面）。
为了表示晶向和晶面的空间取向（方位），采用统 一的标识，称为晶向指数和晶面指数；国际通用密勒（ ler）的标识方法，故又称为密勒指数，确定方 法见p15。
出油浸系物镜，使光学显微镜分辨本领达到了0.2微米理 论极限，制成了真正意义的现代光学显微镜。
2020/9/23
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1.1 概述——光学显微分析的发展
罗伯特·虎克制造的显微镜（1665） 罗伯特·虎克观察到的细胞
2020/9/23
一旦我单位在贵局承办的“海峡两岸 渔业资 源增殖 放流活 动”放 流苗种 招标中 中标， 我单位 将严格 按照招 标方案 的要求 和合同 的约定 执行
2020/9/23
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2020/9/23
一旦我单位在贵局承办的“海峡两岸 渔业资 源增殖 放流活 动”放 流苗种 招标中 中标， 我单位 将严格 按照招 标方案 的要求 和合同 的约定 执行
现代材料分析测试技术材料分析测试技术50页PPT
现代材料分析测试技术材料分 析测试技术
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢
现代材料测试技术
随着新材料和新工艺的不断涌现，对材料测试技术的精度和稳定性提出了更高的要求。为解决这一问题，需要不断改 进测试方法和设备，提高测试技术的可靠性和准确性。
测试标准的统一和规范
目前，材料测试领域存在多种不同的测试标准和规范，这给测试结果的可比性和互操作性带来了挑战。为推动测试标 准的统一和规范，需要加强国际合作和交流，共同制定国际通用的测试标准和规范。
应用
广泛应用于生物学、医学、 材料科学等领域，用于观 察细胞、组织、材料等微 观结构。
优缺点
具有高分辨率、操作简便 等优点，但对样品制备要 求高，且对非金属材料成 像效果较差。
激光共聚焦显微镜技术
原理
利用激光作为光源，通过共聚焦 技术实现三维成像，可获得样品
的表面形貌和内部结构信息。应用适用于生物医学、材料科学等领 域，用于研究细胞、组织、材料
对操作环境要求较高。
04
电子显微分析技术
透射电子显微镜技术
原理
利用高能电子束穿透样品，通过电磁透镜成像，观察样品的内部 结构。
应用
用于研究材料的微观形貌、晶体结构、化学成分及相变等。
特点
具有高分辨率、高放大倍数和广泛的应用范围。
扫描电子显微镜技术
1 2
原理
利用聚焦电子束在样品表面扫描，通过检测样品 发射的次级电子等信号成像，观察样品表面形貌。
能测试。
非破坏性测试
在不破坏材料的情况下，利用物理、 化学等方法对材料进行测试。例如， X射线衍射、超声波检测、电子显 微镜观察等。
在线测试
在材料加工、使用过程中进行实时 测试，以监控材料性能和质量。例 如，自动化生产线上的无损检测、 实时监测等。
材料测试技术的原理和特点
原理
测试标准的统一和规范
目前，材料测试领域存在多种不同的测试标准和规范，这给测试结果的可比性和互操作性带来了挑战。为推动测试标 准的统一和规范，需要加强国际合作和交流，共同制定国际通用的测试标准和规范。
应用
广泛应用于生物学、医学、 材料科学等领域，用于观 察细胞、组织、材料等微 观结构。
优缺点
具有高分辨率、操作简便 等优点，但对样品制备要 求高，且对非金属材料成 像效果较差。
激光共聚焦显微镜技术
原理
利用激光作为光源，通过共聚焦 技术实现三维成像，可获得样品
的表面形貌和内部结构信息。应用适用于生物医学、材料科学等领 域，用于研究细胞、组织、材料
对操作环境要求较高。
04
电子显微分析技术
透射电子显微镜技术
原理
利用高能电子束穿透样品，通过电磁透镜成像，观察样品的内部 结构。
应用
用于研究材料的微观形貌、晶体结构、化学成分及相变等。
特点
具有高分辨率、高放大倍数和广泛的应用范围。
扫描电子显微镜技术
1 2
原理
利用聚焦电子束在样品表面扫描，通过检测样品 发射的次级电子等信号成像，观察样品表面形貌。
能测试。
非破坏性测试
在不破坏材料的情况下，利用物理、 化学等方法对材料进行测试。例如， X射线衍射、超声波检测、电子显 微镜观察等。
在线测试
在材料加工、使用过程中进行实时 测试，以监控材料性能和质量。例 如，自动化生产线上的无损检测、 实时监测等。
材料测试技术的原理和特点
原理
现代材料测试技术陶文宏射线衍射分析共118页文档
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
现代材料测试技术陶文宏射线衍射分
析பைடு நூலகம்
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
材料现代分析方法ppt课件
聚合物分子运动的测定——分子运动方式不同会导致聚 合物所处的力学状态发生改变——转变。每种聚合物都 有其特定的转变。研究聚合物的松弛与转变可以帮助人 们了解聚合物的结构，建立结构与性能之间的关系。
.
31
5.1聚合物结构的分析表征——
链结构——红外光谱、紫外光谱、荧光光谱、拉曼光谱、 电子能谱、核磁共振、顺磁共振、X射线衍射（广角）、 电子衍射、中子散射……；
島津EPMA-1600
.
25
EDS应用举例（能量色散型X射线谱，Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy ）
不良品
良品
齿轮疲劳失效，是由于 渗碳处理不均匀，根本 原因在于硅的偏聚。
浸炭不 良部
不良品
.
Ｃ
良品
Ｓｉ
26
XPS X射线光电子能谱
.
27
3.4 分子结构分析
光学显微镜
分辨率
1000 0 10
扫描探针显微镜 扫描电子显微镜
观察倍率 ×10000000 ×1000000 ×100000 ×10000 ×1000 ×100 ×10
1000
100
10
1
0.1 ｎｍ
1
0.1 0.01 0.001 0.0001 μｍ
.
13
OM
Ni-Cr合金的铸造组织
.
14
SEM
“材料性能”主要研究性能的评价方法、测试方法及影 响因素。
.
5
材料分析方法定义
广义：包括
技术路线
实验技术
数据分析
狭义：某一种测试方法，如：
X射线衍射方法
电子显微术
红外光谱分析
核磁共振分析等
.
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5.1聚合物结构的分析表征——
链结构——红外光谱、紫外光谱、荧光光谱、拉曼光谱、 电子能谱、核磁共振、顺磁共振、X射线衍射（广角）、 电子衍射、中子散射……；
島津EPMA-1600
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25
EDS应用举例（能量色散型X射线谱，Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy ）
不良品
良品
齿轮疲劳失效，是由于 渗碳处理不均匀，根本 原因在于硅的偏聚。
浸炭不 良部
不良品
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Ｃ
良品
Ｓｉ
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XPS X射线光电子能谱
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3.4 分子结构分析
光学显微镜
分辨率
1000 0 10
扫描探针显微镜 扫描电子显微镜
观察倍率 ×10000000 ×1000000 ×100000 ×10000 ×1000 ×100 ×10
1000
100
10
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0.1 ｎｍ
1
0.1 0.01 0.001 0.0001 μｍ
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13
OM
Ni-Cr合金的铸造组织
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14
SEM
“材料性能”主要研究性能的评价方法、测试方法及影 响因素。
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5
材料分析方法定义
广义：包括
技术路线
实验技术
数据分析
狭义：某一种测试方法，如：
X射线衍射方法
电子显微术
红外光谱分析
核磁共振分析等
现代材料分析方法绪论ppt课件
材料的原始组织结构及性能又决定着采 用何种方法合成材料。
材料工艺、结构、性能之间相互依赖、 相互制约。
18
材料性能
材料工艺
材料结构
材料研究的三要素
19
要改进材料性能、提高产品质量，就必 须通过一定的测试方法了解材料内部的 组成和结构。
研究方法从广义上说，包括技术路线、 实验技术、数据分析等；从狭义上讲， 就是某一种测试方法。
27
电子显微镜(EM, Electron Microscope)是利用高能电子 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。
透射电子显微镜(TEM, Transmission Electron Microscope)是采用通过薄膜样品的电子束成像来显示样 品内部的组织形态和结构，可以实现微区组织形态和晶 体结构的同时鉴定。 分辨率：10-1nm， 放大倍数：106倍
30
偏光显微镜下 的磷石
反光显微镜下 近场光学显微镜 扫描电镜下
的水泥熟料
下的数据光盘
的纳米碳管
透射电镜下 的SiC晶须
AFM下的染色体
31
光学显微镜
偏光
反光
32
光学显微照片（偏光）
33
光学显微照片（反光）
34
电子显微镜
TEM
SEM
35
电子显微照片(SEM)
36
电子显微照片(TEM)
37
金属材料
化学组成分类
无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
气态
状态分类
液态
单晶
固态
多晶
准晶
非晶
使用性能分类
功能
结构
应用领域分类
材料工艺、结构、性能之间相互依赖、 相互制约。
18
材料性能
材料工艺
材料结构
材料研究的三要素
19
要改进材料性能、提高产品质量，就必 须通过一定的测试方法了解材料内部的 组成和结构。
研究方法从广义上说，包括技术路线、 实验技术、数据分析等；从狭义上讲， 就是某一种测试方法。
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电子显微镜(EM, Electron Microscope)是利用高能电子 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。
透射电子显微镜(TEM, Transmission Electron Microscope)是采用通过薄膜样品的电子束成像来显示样 品内部的组织形态和结构，可以实现微区组织形态和晶 体结构的同时鉴定。 分辨率：10-1nm， 放大倍数：106倍
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偏光显微镜下 的磷石
反光显微镜下 近场光学显微镜 扫描电镜下
的水泥熟料
下的数据光盘
的纳米碳管
透射电镜下 的SiC晶须
AFM下的染色体
31
光学显微镜
偏光
反光
32
光学显微照片（偏光）
33
光学显微照片（反光）
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电子显微镜
TEM
SEM
35
电子显微照片(SEM)
36
电子显微照片(TEM)
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金属材料
化学组成分类
无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
气态
状态分类
液态
单晶
固态
多晶
准晶
非晶
使用性能分类
功能
结构
应用领域分类
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结构测定
包括晶体结构、薄膜结构、表面结构分析等
X射线衍射分析：晶体结构分析。
电子衍射：选区晶体结构分析。
中子衍射：晶体结分析
光学显微分析
透射光显微镜、反射光显微镜 电子显微分析（扫描电镜、透 射电镜）
隧道扫描显微镜、原子力显微
镜等
OM
材料的物相组成和显微结构的获得必须通过一 定的测试方法和手段。 “现代材料测试技术”课程就是为研究材料内部 的物相组成和结构而设置的一门专业技术基础课。 每一个从事材料科学研究的科技工作者、生产者 都必须掌握和了解一定的材料测试方法方面的知识。
测试材料组成和结构的仪器方法
X射线衍射分析 电子显微分析 热分析 光谱分析 表面分析等
现代材料测试技术
陶文宏 主编
现代材料测试技术
• • • • • • • • • • • 绪 论 第一章 X-射线衍射分析 第二章 电子光学基础 第三章 透射电子显微镜 第四章 扫描电子显微分析 第五章 晶体光学基础 第六章 光学显微分析 第七章 热分析技术 第八章 红外光谱分析 第九章 X光光谱显微分析 第十章 其他分析测试技术
用的分析手段，其次着重从每种分析手段的分析原理上介绍，而避免对
仪器细节和公式推导的过多铺陈，从而有助于学生抓住重点，获得明晰 的认识。
4）前沿性。使用大量典型研究成果作为范例，使学生对于仪器的使用效果
产生直观的认识，有助于将来的实际运用。
通过本课程的学习，并结合相配套的各 种实验、实践教学，达到以下目标：
Ni-Cr合金的铸造组织
SEM
SPM
云母的表面原子阵列
XRD
Intensity
t-ZrO2 ZrSiO4
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Two Theta (degree)
理学D/max 2000自动X射线仪
图2 锆英石为主晶相的X射线谱
TEM
EPMA
島津EPMA-1600
EDS应用举例
材料的性能主要决定于其化学成分、矿物组成、 宏观结构以及微观结构。 其中物相组成，尤其是结晶矿物相组成和微观结 构特征是在化学成分确定后对物质的性质起着关键性 的作用。 因为物相组成及显微结构是无机材料生产过程和 生产工艺条件的直接记录，每个生产环节发生的变化 均在物相组成及显微结构上有所体现。 而材料的组成和结构特征，又直接影响甚至决定 着材料的性能、质量、应用性状和效果。 改变材料的化学组成、生产工艺，就能获得具有 不同物相组成和结构的制品，制品的性能也就不同。 为了获得具有所需要的使用性能的新型材 料，可 以通过物相组成和显微结构的设计，选用合适的原料 配方，采用特定的生产过程及工艺条件，通过试验和 研究而获得需要的产品。
绪 论
材料科学的任务是研究、制造和使用材料。 材料是人类文明的物质基础，从远古的石器 时代到青铜器时代，然后再进入铁器时代、蒸汽 机时代，每一种新材料的出现和使用，都伴随着 生产力和科学技术的发展，标志着人类文明的进 步。
石器时代
青铜器时代
铁器时代
蒸汽机时代
绪论
材料的分类： 按化学成分分：金属材料、无机非金属材料、 有机高分子材料、复合材料等。
“现代材料测试技术”的教学目的
Why：了解研究材料结构、性能的重要性 Understand why materials characterization is important What：掌握材料结构、性能的测试方法 Know what techniques are available for materials characterization How：了解影响材料测试、分析结果的仪器因素 Understand how strengths and weaknesses of characterization techniques affect our interpretation of results
不良品 良 品
Ｃ
浸炭不 良部
不良品
齿轮疲劳失效，是由于 渗碳处理不均匀，根本 原因在于硅的偏聚。
良 品
Ｓｉ
X射线荧光光谱（XPS）
本课程的特点
1）系统性。依照材料研究方法的基本原理，将各种分析手段按照材料研究
的本质分类。 2）本质性。提炼出每一类分析方法共同的本质，对共同原理进行深入分析 和介绍，便于学生从本质上理解基本原理。 3）选择性。现代材料分析手段纷繁复杂，很难也没有必要在一本教材里对 每种方法进行详细地介绍。本教材首先是精选出若干种最常规和广泛使
• 在X射线衍射分析部分，要求掌握X射线衍射技术、单物 相定性分析、多晶混合物相定性分析、X射线定量相分析 、晶体晶粒大小和晶格畸变的测定、宏观残余应力的测定 、多晶体织构的测定等。 • 在电子显微分析部分，要着重掌握几种常用电子显微分析 仪器的基本概念和原理、熟悉仪器结构、性能、实验操作 方法，并了解和基本掌握它们在材料微观组织结构和成分 分析中的应用，掌握样品制备方法和实验参数的选择，并 学会对各种电镜图像和信息进行识别和分析。 • 了解热分析的应用，能够通过热分析，获得所需的实验数 据，并进行正确的分析。 • 了解材料现代电子显微分析领域的新技术及其发展动态。 • 了解成分测试的谱分析技术。
按使用用途分：建筑材料、包装材料、信息材 料、生物医用材料等。
材料的组成、结构、生产工艺与性能的关系
高性能材料的发展促使材料工作者去探求材料 组成、结构、生产工艺和性能之间的关系。
生产工艺
组成
结构
性能
材料的性能是材料内部因素在一定外界因素作 用下的综合反映。 物质的组成和结构取决于材料的生产工艺和使 用条件。
绪 论
什么是材料？
用以制造有用的构件、器件或其它物品的物质。
人类的生活和生产中，材料是必需的物质基础。 新材料的使用对人类历史的发展起了重要的作用。 20世纪70年代人们曾把材料、信息、能源归纳 为现代文明的三大支柱，现在又预言新的技术革命 即将来临，并且把信息技术、生物技术和新型材料 作为这次革命的重要标志。
材料分析的种类 化学成分分析、结构测定、图像分析 分析仪器 ������ 显微镜：显微组织观察 ������ 衍射仪：测定结构 ������ 谱仪：分析成分
化学成分分析
化学成分的表征包括元素成分分析和微区成分分析。 所用仪器包括： 光谱（紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、激光拉曼光 谱等） 色谱（气相色谱、液相色谱、凝胶色谱等） 热谱（差热分析、热重分析、示差扫描量热分析等） 表面分析谱（X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、电 子探针、原子探针、离子探针、激光探针等） 原子吸收光谱、质谱、核磁共振谱、穆斯堡尔谱等