对材料显微结构的分析
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
金属材料分析方法
金属材料分析方法金属材料分析是对金属材料进行结构、组织、性能以及成分等方面的分析研究。
目前，金属材料分析方法主要包括显微组织分析、化学成分分析、物理性能测试和表征分析等多个方面。
显微组织分析是对金属材料的微观结构进行观察和分析。
常用的显微组织分析方法有光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等。
其中，光学显微镜是最常用的分析工具之一，通过观察金属材料的组织结构、晶粒形貌、晶界等可以获得很多有用信息。
扫描电镜和透射电镜则可以进一步提高分辨率，观察更加微观的细节，如晶格结构和纳米级的颗粒等。
化学成分分析主要是测定金属材料中各元素的含量和成分。
常用的化学成分分析方法有光谱分析、质谱分析和化学分析等。
光谱分析方法包括光电子能谱、X射线荧光光谱和光电子能谱等，它们可以快速准确地测定金属材料中的元素组成。
质谱分析则可以利用质谱仪测定金属材料中各元素的质量比，从而得到它们的相对含量。
另外，化学分析方法可以利用化学反应和滴定等方法来分析金属材料中的元素含量，如酸溶解法和氧化法等。
物理性能测试是对金属材料的物理性能进行研究和测试。
常用的物理性能测试方法包括力学性能测试、热力学性能测试和电磁性能测试等。
力学性能测试主要包括拉伸试验、硬度测试和冲击试验等，可以获得金属材料的强度、韧性、硬度等力学性能指标。
热力学性能测试可以通过测量金属材料的热膨胀系数、热导率和比热容等参数来了解其热性能。
电磁性能测试则可以研究金属材料的导电性、磁性和电磁波吸收性等。
表征分析主要是利用先进的仪器和技术手段对金属材料进行综合的分析表征。
常用的表征分析方法有电子探针微区分析、X射线衍射和原子力显微镜等。
电子探针微区分析可以通过探針的扫描，获得金属材料中元素的分布信息。
X射线衍射可以得到金属材料的晶体结构、晶格参数和晶体取向等信息。
原子力显微镜则可以观察金属材料的表面形貌和表面结构，获得表面形貌和纳米级的颗粒信息。
总结起来，金属材料分析涉及到显微组织分析、化学成分分析、物理性能测试和表征分析等多个方面。
陶瓷材料的显微结构
相同蠕变条件下：1300℃，250MPa，100h YL-a(晶界宽度1nm)； YL-b(晶界宽度2.5nm) YL-b的蠕变量为YL-a的2.4倍
(3)重烧结Si3N4
反应烧结+更高温度烧结
低温氮化后，经1atmN2 压 力，1850℃，2h，室温抗 折强度550MPa
Si3N4烧结温度高，接近其挥发分解温度(1890℃)； 常压下，提高烧成温度增加致密度比较困难； 发展了一种新工艺———气氛加压烧结工艺； 提高了烧成温度，抑制了烧成过程中的挥发与分解，制备出性能 优良的陶瓷材料
温度↑，陶瓷的强度↓ 高温破坏：广泛分布的显微结构 损伤的积累过程；
室温破坏：已经存在的裂纹的突 然破坏所致。
高温下损伤的形成与材料承受蠕变或蠕 变破坏的能力有关。 与高温强度有关的重要因素— 晶界相
I. 烧结助剂如ＭgO等与Ｓi3N4中的SiO2 杂质 反应形成硅酸盐液相； II. 冷却过程中，这些促进烧结致密的液相形 成玻璃相驻留在晶界上，形成一层薄的非 晶态层(约1nm)； III.材料在高温下(高于晶界玻璃相的转变温 度)受力时，由于蠕变裂纹的生长而破坏； IV.晶界玻璃相成为物质的快速传递区，导致 蠕变孔穴的迅速形成； V. 网状裂纹扩展并最终相互连接，导致材料 完全破坏。
他形晶：较迟结晶的晶体，在受抑制情况下生长发育，形成晶 形很不完整的晶体。
97瓷中刚玉半自形晶结构 莫来石陶瓷中莫来石 1、自形晶；2、半自形晶；3、他形晶 日用陶瓷中石英晶体受到熔 陶瓷自形晶的结构 蚀后呈他形晶结构
多晶体的晶形
§4.1 陶瓷显微结构类型
瓷 坯 中 晶 质 和 非 晶 质 的 含 量 全晶质 主 晶 相 的 晶 粒 尺 度
低温氮化后，经15atmN2 压 力，1950℃，2h，室温强度 750MPa，硬度HRA91~92
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。
金相组织检验方法
金相组织检验方法金相组织检验方法是金相显微镜检验技术的一种，用于对材料的组织结构进行观察和分析。
该方法可以通过金相显微镜观察材料的显微结构，了解材料的晶体形态、组织相、晶粒大小、晶界、位错、包含物等信息，从而评估材料的性能和质量。
首先是样品的制备。
要进行金相组织检验，首先需要从待测材料中取得一个小的标本。
样品通常根据材料的大小和形状进行切割、研磨和研磨，最后用金相显微镜进行观察。
在制备过程中，需要注意使用适当的研磨纸和研磨液，以保证样品表面的平整度和光洁度。
接下来是显微结构观察。
将制备好的样品放置在金相显微镜上，并调整显微镜的放大倍数和焦距，使得样品的显微结构能够清晰可见。
观察时，可以通过改变镜筒和台架的位置，旋转样品，以便观察不同方向上的显微结构。
观察时应注意调节光源的亮度和对比度，以获得清晰的图像。
最后是结构分析。
在观察样品的显微结构后，可以通过对观察到的组织、晶粒、晶界等特征进行分析，以获得对材料性能和质量的评估。
例如，结构分析可以通过计数晶粒的数量来确定晶粒大小的分布范围，进一步评估材料的均匀性。
还可以通过观察晶粒边界和晶界的形态来判断材料的结晶性能和纯度。
此外，还可以通过观察包含物、位错、缺陷等特征来评估材料的质量。
需要指出的是，金相组织检验方法需要配备金相显微镜和相关配件，包括样品制备工具和设备。
此外，进行金相组织检验时，还需要操作员具备一定的金相显微镜操作技能和对材料组织结构的理解。
对于不同类型的材料，可能需要使用不同的显微镜和特殊的显微观察技术来实现金相组织检验。
综上所述，金相组织检验方法是一种通过金相显微镜观察材料的显微结构来评估材料性能和质量的技术。
通过样品的制备、显微结构观察和结构分析三个步骤，可以获得材料的晶体形态、组织相、晶粒大小、晶界、位错、包含物等信息，从而对材料进行评估和分析。
A356铝合金显微结构及拉伸断口分析_范宋杰
性能严重恶化 。图 2 (c) 是富铁相与共晶硅颗粒的 放大图 ,可以看到基体与共晶硅界面之间有细小裂 纹及很小的缩孔 ,细长的富铁相是断裂的 ,而不是连 续的 ,然而试样没有经过拉伸变形 ,也就是不是外力 使其断裂 ,有可能是由于热处理和热等静压过程中 , 基体相与共晶硅及富铁相的热膨胀系数不同导致局 部应力集中而形成的 ,而小缩孔则可能是由于初生
Analysis of The Microstructure and Tensile Fractogra phs of A356 Alloy
FAN So ng2jie1 ,2 , H E Guo2qiu1 ,2 , L IU Xiao2shan1 ,2 , XU Po1
(1. School of Materials Science and Engineering , Tongji U niversity , Shanghai 200092 , China ; 2. Shanghai Key Lab for R &D and Application of Metallic Functio nal Material , Shanghai 200092 , China)
参考文献 :
〔1〕Ejiofor J U , Reddy R G. Effect s of porous carbon on sintered Al2Si2Mg mat rix co mposites[J ] . Journal of Materials Engineer2 ing and Performance , 1997 , 6 (6) , 785.
基金资助 :国家自然科学基金资助项目 (50371063) ;美国通用汽车公司资助项目 ( RP - 07 - 159) ;教育部“新世纪优秀人才支 持计划”(NCET - 05 - 0388) 。
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。
金相报告doc
引言：金相报告是对金属材料的显微结构和成分进行分析和描述的一种常见方法。
通过金相报告，可以得到关于样品的多个关键信息，包括晶粒大小、晶体结构、相组成及其分布情况等。
本文旨在对一个金相报告进行详细的解读和分析，为读者提供全面的了解。
概述：在本文中，我们将重点讨论金相报告中涉及的五个主要方面，包括样品的理化性质、显微硬度、组织结构、晶粒大小和相成分。
通过对每个方面的详细分析和解读，我们将为读者展示该报告中所揭示的样品特征和性能。
正文内容：一、样品的理化性质1.样品的化学成分：分析报告中通常会列出样品的化学成分，包括主要元素及其含量。
通过对元素含量的了解，可以初步了解样品的成分和性质。
2.样品的热处理情况：报告中还会提及样品是否经过热处理，以及热处理的条件和效果。
这对于理解样品的组织结构和性能变化至关重要。
二、显微硬度1.测试方法和结果：报告中通常会描述显微硬度测试的方法和结果。
显微硬度是一种对材料表面硬度进行测试的方法，可以反映出材料的力学性能。
2.硬度分布情况：报告中会展示不同区域的显微硬度数值，从而揭示出样品硬度的分布情况。
这对于评估样品的均匀性和一致性非常重要。
三、组织结构1.显微镜下的观察：报告中通常会包含显微照片，显示样品在显微镜下的组织结构。
这可以揭示出样品的晶体结构、晶界分布等特征。
2.组织类型与特征：通过观察显微照片，可以判断出样品的组织类型，如晶粒、相等。
还可以观察到不同组织的结构特征，如晶粒形状、相分布等。
四、晶粒大小1.测量方法和结果：报告中会介绍测量晶粒大小的方法和结果。
通常采用的方法有显微镜观察、SEM、TEM等。
晶粒大小的测量可以提供样品的晶粒尺寸分布信息。
2.晶粒分布情况：在报告中，晶粒大小通常以一定的统计参数进行描述，如平均晶粒尺寸、最大晶粒尺寸等。
同时会显示晶粒尺寸的分布情况，反映出样品的晶粒生长和形成过程。
五、相成分1.化学成分分析：报告中通常会给出样品不同相的化学成分。
常用金属材料的显微组织
03
钢铁材料的显微组织
钢的显微组织分类
铁素体
一种具有体心立方晶格 的相，在钢中通常作为
基体相。
奥氏体
一种具有面心立方晶格 的相，在钢的熔炼过程
中通常形成。
渗碳体
一种具有复杂晶格结构 的相，在钢中作为强化
相。
珠光体
由铁素体和渗碳体组成 的层状相，具有较好的
塑性和韧性。
钢材的显微组织特点
钢材的显微组织结构取决于其制造工艺，如熔炼、 轧制、热处理等。
马氏体
形状记忆合金中的马氏体是 一种有序的晶体结构，能够 通过加热或冷却实现形状的 变化。
奥氏体
形状记忆合金中的奥氏体是 一种无序的晶体结构，能够 通过加热或冷却实现形状的 恢复。
孪晶
形状记忆合金中的孪晶是一 种特殊的晶体结构，能够通 过温度变化实现形状的变化 和恢复。
06
金属材料显微组织的观察与分析方法
高温合金中的碳化物是一种硬质点，能够 提高材料的耐磨性和抗腐蚀性能。
精密合金的显微组织
特点 精密合金是一种具有优异物理、 化学和机械性能的金属材料，其 显微组织通常包括单相、双相、 多相等结构。
多相 精密合金中的多相组织由多种晶 体结构组成，如奥氏体、铁素体 和碳化物，能够提供优异的机械 性能和耐腐蚀性能。
铝及铝合金
纯铝具有轻巧和良好的导电性， 但强度较低。铝合金通过添加镁、 锰等元素来提高其强度和耐腐蚀
性。
钛及钛合金
钛是一种轻巧、高强度的金属， 具有良好的耐腐蚀性和生物相容 性。钛合金通过添加铝、钼等元 素来进一步提高其强度和耐腐蚀
性。
特殊金属材料
不锈钢
功能金属材料
不锈钢是一种具有高度耐腐蚀性和良 好机械性能的合金钢。常见的类型包 括奥氏体、马氏体和双相不锈钢。
无机材料显微结构简介
02.
亦有分为氧化物材料和非氧化物材料(含金属陶瓷)两大类的
主要有：普通陶瓷、各种耐火材料、日用玻璃及其制品、无机 保温材料、硅酸盐和铝酸盐水泥熟料及其制品、铸石材料、普通磨料、工业废渣、燃料灰渣、部分单晶材料及无机复合材料等。
硅酸盐材料是发展历史悠久、使用面广的一大类无机材料，常被称为传统无机材料。 以硅酸盐、铝酸盐、铝硅酸盐及硅氧、部分铝氧为主要化学成分的无机材料，称为硅酸盐类无机材料，简称为硅酸盐材料。
用高分辨率透射电镜可观测到物质的分子、原子，直接研究晶格点阵的被称为微观结构。
显微结构
显微结构定义
在光学—电子显微镜下分辨出的试样中所含相的种类及其数量，颗粒的形状、大小、分布取向和它们相互之间的综合特征。包括了亚显微结构，但不含宏观结构和微观结构。
无机材料显微结构 分析的研究内容 物相组成的分析和鉴定 结晶相的鉴定：主晶相往往决定着制品的理化性能。 鉴定结晶相的方法：偏光显微镜薄片法和油浸法、反光显微镜光片法、X射线衍射分析法、红外光谱分析法和探针微区分析法等。
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岩相学 （材料显微结构） ——晶体光学
人眼或放大镜和实体显微镜只能分辨大于0.1mm(100μm)的物体，所观测到的结构称为宏观结构。
01
光学显微镜的最大分辨率可达0.2 μm左右，观测到的结构称为显微结构。
02
显微结构
电子显微镜分辨率可提高到0.01 μm(10nm),观测到的结构称为亚显微结构。
熔融结晶材料 高温熔体在冷却过程中于某温度下保温一定时间，使之全部结晶并长成较大晶体所构成的制品，称为熔融结晶材料。又有成型和不成型两类，前者称熔铸结晶材料，后者称熔融结晶材料。
1
2
sem扫描电镜,怎样分析材料结构
sem扫描电镜,怎样分析材料结构篇一：扫描电镜材料分析作用扫描电子显微镜在材料分析中的应用摘要:介绍了扫描电子显微镜的工作原理、结构特点及其发展,阐述了扫描电子显微镜在材料科学领域中的应用。
关键词:扫描电子；微镜；材料；应用;SEm’sapplicationinmaterialscienceabstract:Theprinciple,structureanddevelopmentoftheScanningElectronmic roscope(SEm)areintroducedinthisthesis.TheapplicationofSEminthefieldof materialscienceisdiscussed.Keywords:ScanningElectronmicroscope(SEm);material;application；前言：二十世纪60年代以来,出现了扫描电子显微镜(SEm)技术,这样使人类观察微小物质的能力发生质的飞跃。
依靠扫描电子显微镜的高分辨率、良好的景深和简易的操作方法,扫描电子显微镜(SEm)迅速成为一种不可缺少的工具,并且广泛应用于科学研究和工程实践中。
近年来,随着现代科学技术的不断发展,相继开发了环境扫描电子显微镜(ESEm)、扫描隧道显微镜(SEm)、原子力显微镜(aFm)等其它一些新的电子显微技术。
这些技术的出现,显示了电子显微技术近年)子枪);(3)提高真空度和检测系统的接收效率;(4)尽可能减小外界振动干扰。
目前,采用钨灯丝电子枪扫描电镜的分辨率最高可以达到 3.0nm;采用场发射电子枪扫描电镜的分辨率可达1nm。
到20世纪90年代中期,各厂家又相继采用计算机技术,实现了计算机控制和信息处理。
2.1场发射扫描电镜采用场发射电子枪代替普通钨灯丝电子枪,这项技术从1968年就已开始应用,这项技术大大提高了二次电子像分辨率。
近几年来,各厂家采用多级真空系统(机械泵+分子泵+离子泵),提高了真空度,真空度可达10～7Pa;同时,采用磁悬浮技术,噪音振动大为降低，灯丝寿命也有增加。
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。
金属材料的显微组织观察
观结构和性能，为优化材料性能提供依据。
02
工艺质量控制
通过对生产过程中的金属材料进行显微组织观察，可以及时发现工艺
问题并采取措施，确保产品质量稳定。
03
失效分析
当金属材料出现失效时，通过显微组织观察可以分析失效原因，例如
检测材料中的裂纹、孔洞和晶界腐蚀等缺陷。
02
金相学的基本原理
金相学的基本概念
重要性
了解金属材料的微观结构和组成对优化材料性能、提高工艺 质量和控制产品质量具有重要意义。通过对显微组织的观察 ，可以揭示材料的内部结构和缺陷，为改进工艺和研发新材 料提供依据。
显微组织观察的方法
金相磨片制备
将金属材料切割成薄片，并进行研磨、抛光和蚀刻等处理，以获得清晰的微观结构图像。
光学显微镜观察
03
金属材料的显微组织
金属材料的晶体结构
单晶结构
金属材料在原子尺度上由规则排列的原子 组成。这些原子按照一定的晶格结构排列 ，形成所谓的单晶结构。单晶结构决定了 金属材料的许多物理和机械性能。
VS
多晶结构
在大多数金属材料中，晶粒无规则地排列 在一起，形成多晶结构。这种结构会导致 材料性能的各向异性，因为不同晶粒的取 向和大小都会影响其性能。
04
金属材料显微组织的观察方法
光学显微镜观察法
适用范围
适用于观察金属材料的显微组织，如钢铁、铝合 金、铜合金等。
工作原理
利用光学原理，通过透镜将金属试样的显微组织 放大，并投影在视野中，以便观察和分析。
主要特点
操作简单，成本较低，适用于一般实验室和生产 现场。
扫描电子显微镜观察法
适用范围
适用于观察金属材料的表面微观形貌和显微组织，如钢铁、铝合 金、铜合金等。
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。
《显微结构分析讲座》课件
X射线衍射分析技术
总结词
利用X射线照射样品，通过衍射现象分析样品的晶体结构和相组成
详细描述
X射线衍射分析技术是一种利用X射线照射样品，通过衍射现象分析样品的晶体结构和 相组成的方法。它广泛应用于材料科学、地质学和生物学等领域，用于研究材料的晶体 结构和相组成。通过X射线衍射分析技术，可以确定材料的晶体类型、晶格常数和相组
总结词
利用电子束扫描样品表面，通过电子信 号获取表面形貌和元素信息
VS
详细描述
扫描电子显微技术是一种利用电子束扫描 样品表面，通过电子信号获取表面形貌和 元素信息的方法。它广泛应用于材料科学 、生物学和环境科学等领域，用于观察材 料的表面形貌和微观结构。通过扫描电子 显微技术，可以观察到材料的表面粗糙度 、晶体取向和元素分布等特征。
显微结构分析将应用于医学诊断 中，提高疾病诊断的准确性和效 率。
THANKS
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REPORTING
02
它通过观察物质在显微镜下的结 构特征，分析其组成、形态、排 列和相互关系等，以揭示物质性 质和行为。
显微结构分析的应用领域
生物学
研究细胞、组织的结构和功能 ，探究生物大分子的结构和相
互作用。
医学
诊断疾病、研究药物作用机制 和药物疗效评估。
材料科学
研究材料的晶体结构、相变、 界面结构和缺陷等。
环境科学
研究高分子材料的聚集态结构和相行为
详细描述
利用显微结构分析技术，可以观察高分子材 料的结晶度、取向、相分离等现象，了解其 聚集态结构和相行为，有助于优化高分子材
料的性能。
生物样品的显微结构分析
要点一
总结词
揭示生物组织的细微结构和功能特征
陶瓷材料的显微结构
相组成：晶相、玻璃相、气相
晶形：每一种晶体在形成、长大的过程中，往往习 惯地、自发地按一定的规律生长和发育成一 定的几何形态。
这种习惯称为结晶习性。
自形晶：先结晶的晶体在较好的环境下生长，即在有利于按其 本身的结晶习性的环境中生长发育的，而形成晶形完整 的晶体。
• Al2O3含量↑，玻璃相↓。 • Al2O3含量↑，烧成温度↑。95%瓷→1600℃；
99%瓷→1700℃。
二次重结晶，导致局部晶粒 易于长大。
原料本身不均匀； 成型时的压力因素； 烧成温度偏高； 局部不均匀的液相存在。
异常显微结构，晶粒大小分 布显著不均匀。
与添加剂的选用与加入量不 当有关
2、ZrO2陶瓷
与应力诱导相变不 同，后者在相变开 始点周围应力变化 较大处产生，因此 成核相变可能是应 力诱导相变的先兆。
1、大孔径的孔隙 2、不纯原料 3、异常大晶粒 4、团聚 5、第二相夹杂物
二、高温缺陷
温度↑，陶瓷的强度↓ ➢高温破坏：广泛分布的显微结构 损伤的积累过程； ➢室温破坏：已经存在的裂纹的突 然破坏所致。
高温下损伤的形成与材料承受蠕变或蠕 变破坏的能力有关。 与高温强度有关的重要因素— 晶界相
I. 烧结助剂如ＭgO等与Ｓi3N4中的SiO2杂质 反应形成硅酸盐液相；
③微裂纹增韧
材料制备过程中，由高温降至 低 温 时 ， 一 些 晶 粒 的 t-ZrO2 自 发 地 相变到m-ZrO2，产生微裂纹，使材 料增韧。
(2)影响相变增韧的因素
①晶粒大小
I. ZrO2相变增韧材料中存在临界晶粒尺寸； II. 晶粒尺寸大于临界尺寸时，易于相变，冷却过程中，伴随相
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溶胶凝胶法制备
CaO稳定ZrO2粉体的微观结构分析试验方案
对材料显微结构的分析，是材料科学中最为重要的研究方法之一。
其准确、快捷的分析结果为材料的制备工艺、材料性能微结构表征研究以及材料的显微结构设计提供了可靠的实验和理论依据。
显微结构主要的测试手段包括电子衍射EDP，明、暗场成像，高分辨HREM，电子出射波重构EWR等等。
二氧化锆广泛地用于高级耐火材料、特种陶瓷、普通陶瓷、结构陶瓷、功能陶瓷、人造宝石、光学玻璃、光学纤维等领域。
由于锆具有重要的核性质，因此，它又是原子能反应堆中重要的结构材料。
在不同温度下，氧化锆以三种同质异形体存在，即单斜晶系（常温，m-ZrO2），四方晶系（1170℃，t–ZrO2），立方晶系（2370℃，c-ZrO2）。
这三种晶系之间可以互相转化，由单斜相加热向四方相转化时会伴随有7%左右的体积收缩；由四方相向单斜相冷却过程中伴随有体积膨胀。
由于纯氧化锆制品在生产过程中伴随体积变化易产生裂纹甚至碎裂，因此在实际使用中通常通过加入稳定剂调节制品的稳定性，通过稳定或半稳定氧化锆原料，可以制得性能良好的氧化锆陶瓷。
稳定剂的选择通常有CaO、Y2O3、MgO等，制备出纯度高、化学组成均匀、粒径小、烧结性能良好的稳定氧化锆纳米粉末是制造氧化锆陶瓷的重要前提条件。
本报告拟设计方案通过X射线衍射（XRD）与透射电子显
微镜（TEM）对溶胶凝胶法制得CaO稳定ZrO2细粉进行测试与表征。
1）、溶胶凝胶法制备ZrO2（CaO）细粉
试验在CaO加入比例15%～20%之间进行。
将CaO与盐酸反应制得一定浓度的CaCl2溶液。
根据拟合成ZrO2(CaO) 粉体的量，将标定好的ZrOCl2•8H2O溶液和CaCl2溶液混合，并加入适量PEG作为分散剂，制得Zr4+浓度为1mol/L 的混合溶液。
将该溶液与无水乙醇均匀混合后，置于恒温水浴中加热至75℃并保温2h，使混合溶液转为白色凝胶。
然后在搅拌条件下，将上述凝胶反向滴入氨水溶液中进行沉淀反应，同时保持PH值≥9。
将滴定后的溶液陈化、水洗、醇洗、干燥后，得到前驱体。
最后，将前驱体分别在400℃～ 800℃煅烧2h，制得CaO含量不同的ZrO2(CaO)复合粉体。
2）、XRD测试
XRD（X-ray diffraction）即X射线衍射，是通过对材料进行X 射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。
试验拟在400～800℃间选择三个温度点对原料进行煅烧，同时CaO的加入量拟在15%至20%间进行对比。
通过XRD对煅烧完成的试样进行测试，可以比较不同温度及不同稳定剂比例下试样中的晶相组成。
以此可以判断氧化锆在何种温度下的晶形转变最为明显，以及CaO的添加量在何种比例可以起到最佳作用等。
3）、TEM测试
透射电子显微镜（Transmission electron microscope，缩写TEM），简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。
散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。
通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百
万倍，用于观察超微结构，即小于0.2µm、光学显微镜下无法看清的结构，又称“亚显微结构”。
通过TEM观察不同温度及不同稳定剂添加量的试样的粒度分布及外观形貌，判断粒度变化趋势，并据此选择最佳的试验条件。
参考文献
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王焕英, 张萍,周晓霞,吕海燕,张兆志,殷春英,陈萍,武戈。
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徐宪云，李翰祥, 周迎春。
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卢红亮，卢红霞，王海龙，陈德良，张锐。
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[5] 二氧化锆制备工艺与应用。
熊炳昆，林振汉，杨新民，蒋东民等。
冶金工业出版社，2008。