材料现代研究方法分类

吉林大学材料加工专业课 材料现代研究方法7章

第七章 宏观应力测定

吉林大学材料加工专业课 材料现代研究方法7章

第一节 引言内应力可分为三类： 内应力可分为三类： 第一类(宏观内应力 ： 第一类 宏观内应力):应力在整个工作或较大区域内 宏观内应力 取得平衡。 取得平衡。 第二类(微观应力 ：晶粒范围(晶粒 亚晶粒之间) 晶粒、 第二类 微观应力):晶粒范围 晶粒、亚晶粒之间 微观应力 第三类(超微观应力):晶格畸变。 第三类(超微观应力):晶格畸变。 超微观应力 射线作用下)衍射花样改变 应力存在 →(在X射线作用下 衍射花样改变 在 射线作用下 第一类内应力：使衍射线位移。 第一类内应力：使衍射线位移。 第二类内应力：使衍射线变宽。 第二类内应力：使衍射线变宽。 第三类内应力：使衍射线强度减弱。 第三类内应力：使衍射线强度减弱。

吉林大学材料加工专业课 材料现代研究方法7章

本章限于介绍宏观应力的测定应力测定的用途： 应力测定的用途： 1、检查表面强化处理工艺 、 2、预测零件疲劳强度的储备 、 3、控制切削加工 、 4、检查消除应力的工艺效果 、

X法测定内应力的特点： 法测定内应力的特点： 法测定内应力的特点1、是无损(非破坏性 的检验方法 、

材研复习资料

目录

第一章 晶体学 ....................................................................................... 1 第二章 X射线相关知识 ......................................................................... 6 第三章 常见的粉末与单晶衍射技术 .................................................. 17 第四章 扫描与透射电子显微镜 .......................................................... 23

第一章 晶体学

一、晶体结构概论

1，固体无机物质分晶态和非晶态两种。

如：铁、金刚石、玻璃、水晶

晶态：构成固体物质的分子或原子在三维空间有规律的周期性排列。

特点：长程有序，主要是周期有序或准周期性。 非晶态：构成物质的分子或原子不具有周期性排列。

特点：短程有序，长程无序

2，点阵的概念

构成晶体的原子呈周期性重复排列,同时,一个理想晶

随着科学技术的发展进步，分析材料的方法越来越多，我们不在局限于观察宏观的物质或者结构，而电子显微镜的发明足以让我们观察到更细致的微观世界。在研究材料领域中，电子显微镜起着举足轻重的作用，电子显微镜分为透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜（SEM）。扫描电镜主要运用材料科学的表面结构研究，共混物的分相，各种复合材料的应力缺陷，物质晶体结构及其应力变化等。因此扫描电镜在材料性能研究与应用中扮演着的非常重要的角色。

关键词：电子显微镜；扫描电镜；材料；学科；应用

自从1965年第一台商品扫描电镜问世以来，经过40多年的不断改进，扫描电镜的分辨率从第一台的25nm提高到现在的0.01nm，而且大多数扫描电镜都能通X射线波谱仪、X射线能谱仪等组合，成为一种对表面微观世界能过经行全面分析的多功能电子显微仪器。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、扫描隧道显微镜、原子力显微镜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来自身得到了巨大的发展,尤其是大大扩展了电子显微技术的使用范围和应用领域。在材料科学中的应用使材料科学研究得到了快速发展,取得了许多新的研究成果。

扫描电镜已成为各种科学领域和工业部门广泛应用的

《现代材料加工方法》复习要点 第1章 概述

1．掌握材料的各种分类方法

① 按化学组成和显微结构分：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料。 ② 按性能特征分：结构材料、功能材料。

③ 按用途分：建筑材料、航空材料、电子材料、半导体材料、能源材料、生物材料。 ④ 按状态分：固体材料、液体材料、粉末材料。 2．掌握金属材料成形方法

① 液态金属铸造材料成形：a.重力下铸造：砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、消失

模铸造。b.外力下铸造：压力铸造、离心力铸造、挤压铸造、反重力铸造。 ② 固态金属塑性成形：a.体积金属成形：自由锻、胎模锻、模锻（开式、闭式、特种）。

b.板料金属成型：冲裁、弯曲、拉深、特种成形。

③ 金属材料焊接成形：a.熔焊（电弧焊）b.压焊（电阻焊，摩擦焊）c.钎焊，粘接焊 3．21世纪材料成形加工技术的发展趋势有哪些？

发展趋势：1.精度成形。2.材料制备与成形一体化。3.复合成形。4.数字化成形。5.材料成形自动化。6.绿色清洁生产。

4．与机械切削加工比较，材料成形加工有哪些特点？

特点：1.通常，材料在热态下通过模具或模型而成形。2.材料利用率高。3.劳动生产率高，可实现机械化，自动化生产。4.产品尺寸规格的一致性好。5

分子筛的表征方法及应用

1 研究背景

分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小（通常为0.3~2.0 nm）的孔道和空腔体系，从而具有筛分分子的特性。

分子筛因有小的外表面积（约为总表面积的1%），高热稳定性好，脱水后具有很高的内表面积（600～1000m2/g），空旷的骨架结构，孔空体积占总体积28％～35％，可容纳相当数量的吸附质分子。内晶表面高度极化，晶穴内静电场强大，微孔分布单一均匀，是一种高效能、高选择性的吸附剂、催化剂和催化剂载体。它主要用于各种气体、液体的深度干燥，气体、液体的分离和提纯，催化剂载体等，因此广泛应用于炼油、石油化工、化学工业、冶金、电子、国防工业等，同时在医药、轻工、农业、环保等诸多方面，也日益广泛地得到应用。

2 材料应用

在本世纪初期，人们已认识到沸石具有离子交换性能，可用作水质软化剂。1945年英国矿物学家Barre在实验室内演示了菱沸石对混合气体的分离效果。1954年人工合成沸石作为吸附剂和干燥剂开始在工业生产中大规模使用。如今，沸石的催化、吸附和离子交换性能已被充分开发利用。分子筛是强极性吸附剂，对 O、C 、S等极性分子有强烈的吸附作用。如经13X分子

分子筛的表征方法及应用

1 研究背景

分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小（通常为0.3~2.0 nm）的孔道和空腔体系，从而具有筛分分子的特性。

分子筛因有小的外表面积（约为总表面积的1%），高热稳定性好，脱水后具有很高的内表面积（600～1000m2/g），空旷的骨架结构，孔空体积占总体积28％～35％，可容纳相当数量的吸附质分子。内晶表面高度极化，晶穴内静电场强大，微孔分布单一均匀，是一种高效能、高选择性的吸附剂、催化剂和催化剂载体。它主要用于各种气体、液体的深度干燥，气体、液体的分离和提纯，催化剂载体等，因此广泛应用于炼油、石油化工、化学工业、冶金、电子、国防工业等，同时在医药、轻工、农业、环保等诸多方面，也日益广泛地得到应用。

2 材料应用

在本世纪初期，人们已认识到沸石具有离子交换性能，可用作水质软化剂。1945年英国矿物学家Barre在实验室内演示了菱沸石对混合气体的分离效果。1954年人工合成沸石作为吸附剂和干燥剂开始在工业生产中大规模使用。如今，沸石的催化、吸附和离子交换性能已被充分开发利用。分子筛是强极性吸附剂，对 O、C 、S等极性分子有强烈的吸附作用。如经13X分子

1、晶带定律：凡是属于[uvw]晶带的晶面，它的晶面指数（hkl）都必须符合

hu+kv+lw=O，通常把这种关系式称为晶带定律。

2、暗场像：用物镜光阑挡住透射束及其余衍射束，而只让一束强衍射束通过光阑参与成像的方法，称为暗场成像，所得图象为暗场像。

3、中心暗场像：用物镜光阑挡住透射束及其余衍射束，而只让一束强衍射束通过

光阑参与成像的方法，称为暗场成像，所得图象为暗场像。如果物镜光阑处于光轴位置，所得图象为中心暗场像。

4、衍射衬度：入射电子束和薄晶体样品之间相互作用后，样品内不同部位组织的成像电子束在像平面上存在强度差别的反映。

衍射衬度主要是由于晶体试样满足布拉格反射条件程度差异以及结构振幅不同而形成电子图象反差。

5、背散射电子：入射电子被样品原子散射回来的部分；它包括弹性散射和非弹性散射部分；背散射电子的作用深度大，产额大小取决于样品原子种类和样品形状。

6、吸收电子：入射电子进入样品后，经多次非弹性散射，能量损失殆尽（假定样品有足够

厚度，没有透射电子产生），最后被样品吸收。吸收电流像可以反映原子序数衬度，同样

也可以用来进行定性的微区成分分析。

7、特征X射线：原子的内层电子受到激发以后，在能级跃迁过程中直接释放的具

有特征能量和波长的一种电磁波辐

材料现代分析方法试题

一、基本概念题（共 10题，每题 5分）

1．什么是光电效应？光电效应在材料分析中有哪些用途？

2．当波长为λ的X射线在晶体上发生衍射时，相邻两个（hkl）晶面衍射线的 波程差是多少？相邻两个HKL干涉面的波程差又是多少？

3．测角仪在采集衍射图时，如果试样表面转到与入射线成 30角，则计数管 与入射线所成角度为多少？能产生衍射的晶面，与试样的自由表面是何种几何关 系？

4．宏观应力对 X射线衍射花样的影响是什么？衍射仪法测定宏观应力的方法 有哪些？

5．薄膜样品的基本要求是什么? 具体工艺过程如何? 双喷减薄与离子减薄 各适用于制备什么样品?

6．图说明衍衬成像原理，并说明什么是明场像、暗场像和中心暗场像。 7．说明透射电子显微镜成像系统的主要构成、安装位置、特点及其作用。 8．何为晶带定理和零层倒易截面? 说明同一晶带中各晶面及其倒易矢量与 晶带轴之间的关系。

9．含苯环的红外谱图中，吸收峰可能出现在哪4个波数范围? 10．陶瓷纳米/微米颗粒的红外光谱的分析样品该如何制，为什么？ 二、综合及分析题（共 5题，每题 10分）

1．请说明多相混合物物相定性分析的原理与方法？

2．对于晶

第四节

原子吸收光谱法

原子吸收光谱法——原子吸收分光光度法 从光源辐射出的具有待测元素特征谱线的光， 通过样品蒸汽时被待测元素基态原子所吸收， 从而由特征谱线被减弱的程度来测定样品中 待测元素含量。

优点：检出限低，灵敏度高，测量精度好，选 择性好，分析速度快，应用范围广，仪 器比较简单，操作方便。 缺点：多元素同时测定尚有困难，有相当一些 元素的测定灵敏度还不能令人满意。

一、 基本原理(一)原子吸收光谱的产生

当入射辐射的能量等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态所需要的能量时，原子就要从辐射场 中吸收能量，产生共振吸收，电子由基态跃迁到 激发态，同时伴随着原子吸收光谱的产生。 由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同， 元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同， 因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。 原子吸收光谱位于紫外区和可见区。

(二)原子吸收光谱的谱线轮廓 原子吸收光谱谱线不是严格几何意义上的线，而是有一定的宽度。 谱线轮廓以原子吸收谱线的中心波长和半高宽 度来表征。 中心波长由原子能级决 定。

半高宽度受到很多实验 因素的影响。图 原子吸收光谱轮廓图

影响宽度的因素有：

多普勒变宽、碰撞变宽(包括共振变宽、洛伦

第四节

原子吸收光谱法

原子吸收光谱法——原子吸收分光光度法 从光源辐射出的具有待测元素特征谱线的光， 通过样品蒸汽时被待测元素基态原子所吸收， 从而由特征谱线被减弱的程度来测定样品中 待测元素含量。

优点：检出限低，灵敏度高，测量精度好，选 择性好，分析速度快，应用范围广，仪 器比较简单，操作方便。 缺点：多元素同时测定尚有困难，有相当一些 元素的测定灵敏度还不能令人满意。

一、 基本原理(一)原子吸收光谱的产生

当入射辐射的能量等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态所需要的能量时，原子就要从辐射场 中吸收能量，产生共振吸收，电子由基态跃迁到 激发态，同时伴随着原子吸收光谱的产生。 由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同， 元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同， 因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。 原子吸收光谱位于紫外区和可见区。

(二)原子吸收光谱的谱线轮廓 原子吸收光谱谱线不是严格几何意义上的线，而是有一定的宽度。 谱线轮廓以原子吸收谱线的中心波长和半高宽 度来表征。 中心波长由原子能级决 定。

半高宽度受到很多实验 因素的影响。图 原子吸收光谱轮廓图

影响宽度的因素有：

多普勒变宽、碰撞变宽(包括共振变宽、洛伦