材料测试方法优秀PPT.ppt
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1、材料测试方法你现在浏览的是第一页,共73页绪 论材料的组织结构与性能材料组织结构的影响因素传统的材料组织与成份测试方法现代的材料测试分析手段本课程内容及要求你现在浏览的是第二页,共73页一、材料的组织结构与性能材料科学的四大要素材料科学的四大要素材料科学研究材料的化学成分、组织结构、合成加工、使用性能之间关系的科学性能是研究工作的出发点和目标化学成分,组织结构是影响性能的直接因素合成加工通过改变组织结构而影响性能你现在浏览的是第三页,共73页二、材料组织结构的影响因素显微化学成分显微化学成分(不同相成分,基体与析出相成分,偏析等)(不同相成分,基体与析出相成分,偏析等)晶体结构与晶体缺陷晶体结
2、构与晶体缺陷(fccfcc,bccbcc,位错,层错等),位错,层错等)晶粒大小与形态晶粒大小与形态(等轴晶,柱状晶,枝晶等)(等轴晶,柱状晶,枝晶等)相的成分、结构、形态、含量与分布相的成分、结构、形态、含量与分布(球、片、棒,沿晶界聚集或(球、片、棒,沿晶界聚集或均匀分布)均匀分布)界面状态界面状态(表面、相界与晶界)(表面、相界与晶界)位相关系位相关系(贯习面、孪生面、滑移面)(贯习面、孪生面、滑移面)夹杂物夹杂物(类型、形态、分布)(类型、形态、分布)内应力内应力(喷丸表面、焊缝热影响区、组织应力)(喷丸表面、焊缝热影响区、组织应力)分析手段分析手段?你现在浏览的是第四页,共73页三、
3、传统的材料组织与成份测试方法光学显微镜能直观地观察样品表面形态的工具 (晶粒大小和形状,珠光体或马氏体,铸态组织,(晶粒大小和形状,珠光体或马氏体,铸态组织,)分辨率低(200nm200nm),放大倍数低(10001000倍)(用于低倍组织形态观察)(用于低倍组织形态观察)只能观察到表面形貌变化无法获得材料成分的信息你现在浏览的是第五页,共73页化学分析湿法化学分析湿法化学分析只能测定试样的平均成分无法微区分析无法微区分析测量精度较低误差较大误差较大无法测量元素分布情况信息量很少信息量很少钢中夹杂物你现在浏览的是第六页,共73页四、现代的材料测试分析手段X射线衍射分析(XRD(XRD,X-ra
4、y Diffraction)X-ray Diffraction)利用利用X X射线在晶体中的衍射现象进行材料分析的方法射线在晶体中的衍射现象进行材料分析的方法 使用的手段使用的手段XX射线衍射仪射线衍射仪 用途:可以分析晶体结构、晶格参数、物相定性分析、用途:可以分析晶体结构、晶格参数、物相定性分析、物相定量分析、残余应力分析、晶体取向、织构分析物相定量分析、残余应力分析、晶体取向、织构分析你现在浏览的是第七页,共73页电子显微分析 利用高能电子束作光源,磁场作透镜的一种高分辨率材料分利用高能电子束作光源,磁场作透镜的一种高分辨率材料分析方法析方法 透射电镜(透射电镜(TEMTEM),扫描电镜
5、(),扫描电镜(SEMSEM),电子探针(),电子探针(EPMAEPMA)用途:高分辨成像、微区成分、微区晶体用途:高分辨成像、微区成分、微区晶体SMn电子探针分析你现在浏览的是第八页,共73页五、本课程内容及要求 X射线衍射分析X射线的性质X射线衍射方向X射线衍射强度多晶体分析方法X射线物相分析宏观应力测定 电子显微分析电子光学基础 透射电子显微镜透射电子显微镜复型技术电子衍射 扫描电子显微镜扫描电子显微镜电子探针显微分析你现在浏览的是第九页,共73页学时安排 56学时X射线衍射分析部分 绪论+第一章至第六章 28学时 其中 课堂教学 24学时,实验4学时电子显微分析部分 第七章至第十三章
6、28学时 其中 课堂教学22学时,实验4学时 考试 2学时你现在浏览的是第十页,共73页 教材材料分析测试技术周玉 武高辉哈尔滨工业大学出版社2006年第7次印刷特点内容详实,编排合理附有习题,实验指导书提供充足数据你现在浏览的是第十一页,共73页主要参考书你现在浏览的是第十二页,共73页学习要求学习要求1、课中注意听讲,可以不做笔记(提供电子教案)2 2、课后认真复习,阶段性测验(作为平时成绩)3、答疑安排:新科研楼607#(时间待定)4、课堂考勤,课堂纪律你现在浏览的是第十三页,共73页任课教师任课教师办公室:新科研楼607#电 话:89733871转801Email:你现在浏览的是第十四
7、页,共73页第一章 X射线的性质1-1 引言(X射线的发展史)射线的发展史)1895年伦琴发现用高速电子冲击固体时,有一种新射线从固体上发出来。它具有很强的穿透能力,能使照片感光,空气电离。阴级阴级阳级阳级+-你现在浏览的是第十五页,共73页1896年,用于医学骨折诊断1897年,初步搞清了X射线产生、传射线产生、传播、穿透力等特性,开始形成播、穿透力等特性,开始形成X X射线透射学19011901年,伦琴成为首位诺贝尔奖获得者你现在浏览的是第十六页,共73页1912年,劳埃发现了年,劳埃发现了X射线晶体衍射现象,证实了射线晶体衍射现象,证实了X射线具有波动性和晶体具有结构周期性,奠定了X射线
8、衍射学的基础晶体晶体crystal劳厄斑劳厄斑Laue spots晶体的三维光栅晶体的三维光栅你现在浏览的是第十七页,共73页19121912年英国布喇格父子(W.H.bragg.WL Bragg)建立了一个公式-布喇格公式。不但能解释劳厄斑点,而且能用于对晶体结构的研究。你现在浏览的是第十八页,共73页1914年,莫塞莱发现了特征X射线与元素的相关性,建立了X射线光谱学1916年,德拜发明了X射线粉末照相法1928年,盖革发明了X射线探测计数器1938年,哈那瓦特建立了物相分析方法1943年,富里德曼发明了X射线衍射仪1970s,计算机技术与XRD相结合实现了物相分析的全自动化 X射线的发现
9、和应用使人们对晶体的认识从光学显微镜的微米数量级深入到纳米数量级,对金属的特性才有了更加接近本质的认识。你现在浏览的是第十九页,共73页1-2 X射线的本质X射线的特点 1、肉眼不可见 2、具有很强的穿透性 3、可使照相底片感光 4、可使荧光物质发光 5、可使空气电离 6、对生物细胞有杀伤作用 7、电磁场不能使其偏转 8、可通过晶体产生衍射你现在浏览的是第二十页,共73页 X射线的本质 是波长为1010-8cm左右的电磁波,波长介于射线和紫外线波长之间,与晶体的晶格常数为同一数量级。电磁波谱你现在浏览的是第二十一页,共73页 X射线的性质 1、波动性可以电磁波的形式在空间传播,具有光的干涉和衍
10、射效应特征参量:频率 波长 =c/你现在浏览的是第二十二页,共73页 2、粒子性可看作由大量不连续的粒子(光子)流组成,具有粒子相互碰撞时的能量交换效应特征参量:能量 动量 =c 你现在浏览的是第二十三页,共73页 强调一定条件下,只能以一种属性为主两者之间可以相互转换 爱因斯坦关系=h=h c/=h/h=6.6256.625 x 1010-34 (JS)由于X射线波长远小于可见光波长,故其能量远大于可见光,表现出很强的穿透性你现在浏览的是第二十四页,共73页 描述X射线强弱的参量强度(Intensity)I 单位时间内通过单位截面积上的能量(J/m2S S)波动性描述 I A2(正比于波振幅
11、A的平方)粒子性描述 I=n h(正比于光子的数量和能量)绝对强度,J/m2S S相对强度,无量纲你现在浏览的是第二十五页,共73页1-3 X射线的产生及X射线管X射线的产生机理 粒子(带电或不带电)作高速运动撞击到障碍物质的电子猝然减速入射粒子以释放电磁波的形式进行能量交换X射线 阴级阴级阳级阳级+-你现在浏览的是第二十六页,共73页 X射线发生器(X光管)的构造你现在浏览的是第二十七页,共73页阴极(灯丝)产生热电子;由钨丝制成,通过电流加热可释放出热辐射电子阳极(靶)使高速电子突然减速并在此发射X射线,靶材(Z)主要有Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag,W等类型铍窗口为X射线射出提
12、供通道,要求对X射线的通过阻力要小,还要有足够的强度维持管内的高真空,一般采用金属Be材料你现在浏览的是第二十八页,共73页聚焦罩避免热电子束在加速过程中发散,与灯丝保持有100-400V的负电位差冷却套 防止阳极靶的熔化,电子束轰击阳极靶时只有1%的能量转化为X射线能量,其余99%都转为热能,必须用冷却水使其降温你现在浏览的是第二十九页,共73页电子束电子束X射线射线高功率旋转阳极无需水冷你现在浏览的是第三十页,共73页 X光管电路参数管电压V(阳极电压),作用在阴极和阳极之间,10-50千伏,使热电子获得很大动能管电流 i,阴极回路中的电流,几毫安-几十毫安晶闸管你现在浏览的是第三十一页,
13、共73页1-4 X射线谱 选定某一X光管光管Z,施加一定管电压V,测量相应X射线的波长和相对强和相对强度度I,由此得到X射线的I-关系曲线称为X射线谱你现在浏览的是第三十二页,共73页 规律规律1 随着管电压增加,连续辐射包含的曲线面积不断增大,最小波长0 0不断向短波方向发展你现在浏览的是第三十三页,共73页 规律2 2 当管电压V大于某个临界值VK K时,在某几个波长特特处出现了窄而尖锐的强度峰特征谱你现在浏览的是第三十四页,共73页 规律规律3 随着管电压继续增加,强度峰的幅度不断增大,但特特并没变化你现在浏览的是第三十五页,共73页为简化分析X射线谱可视为两部分组成,即连续谱和特征谱特
14、征谱连续谱X射线谱你现在浏览的是第三十六页,共73页一、连续X射线谱短波限0 0 连续谱中最短的波长值峰值波长峰值波长 m连续谱中最大强度对应的波长值连续谱中最大强度对应的波长值 m m 1.5 1.5 0 0最大波长最大波长 连续谱中强度衰减至零时的波长值连续谱中强度衰减至零时的波长值连续谱中波长的变化范围是0 0 至,连续,连续X射线又称为白色X射线0mI你现在浏览的是第三十七页,共73页连续谱的积分强度为式中和mi i都是常数,=(1.1(1.11.41.4)x x1010-9 9,mi i2 2z为原子序数,i是管电流,V是管电压 连续谱强度与原子序数,管电流和管电压的平方成正比连续谱
15、强度与原子序数,管电流和管电压的平方成正比V I I连续连续 你现在浏览的是第三十八页,共73页 特别关注为什么0 0到之间波长会连续变化(为何会存在任意波长的X射线)?0 0的形成原因(为什么不会有小于0 0的波长存在)?0 0与哪些因素有关?你现在浏览的是第三十九页,共73页 解释高速电子能量=e V;X光子能量=hc/碰撞时发生能量转换 eV=hc/+E损耗损耗碰撞状态千差万别E损耗损耗可为任意值可取任意值极端情况下,E损耗损耗=0,hc/达到极大值达到极小值0 0 =12.4/V(仅与V有关)你现在浏览的是第四十页,共73页 思考短波限0 0处的X光子能量最大,但为何强度却很小?你现在
16、浏览的是第四十一页,共73页二、特征X射线谱特征X射线波长仅与靶的原子序数有关,而与管电压无关的X射线(又称为标识X射线或特征辐射)特别关注特特为何不随V的变化而变化?为何只有VVK K时才有特征辐射?特I你现在浏览的是第四十二页,共73页特征X X射线产生机理入射电子引起K层电离(K激发)+二次电子L层电子向K层跃迁(L跃迁)能量差以X光子形式释放(K辐射)EEL LKK=h c/=h c/=h c/E=h c/ELK LK=KKKK仅取决于靶的原子 能级结构(Z,K和L),而与其它因素无关特特为何不随V V的变化而变化?你现在浏览的是第四十三页,共73页 只有入射电子的能量(只有入射电子的
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