上游充通大 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 材料组织结构的表征 SHANGH 赵冰冰 材料科学与工程学院 A2019年 G
1896 1920 1987 2006 材料组织结构的表征 赵冰冰 材料科学与工程学院 2019年
材料组织结构的表征 X射线衍射及光 电子显微镜 学显微镜(32) (32) 一赵冰冰 一刘悦 助教：杨昆明 成绩(100)=上半学期：期中考(35)+作业(10)+课堂出席(5) 下半学期：期末考(35)+作业(10)+课堂出席(5) 材料科学与工程学院 2 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 材料组织结构的表征 • X射线衍射及光 学显微镜（32） – 赵冰冰 • 电子显微镜 （32） – 刘悦 成绩(100)=上半学期：期中考(35)+作业(10)+课堂出席(5) 下半学期：期末考(35)+作业(10)+课堂出席(5) 2 助教：杨昆明
课程网站 http://cc.situ.edu.cn/G2S/site/preview#/rich/v/3718 2?ref=¤toc=6921 材料组织结构表征 课程档幸 主讲人：韩畅延能，张阀胞 运营人：韩延蜂 最后更新：2017-02-17 参与学生：273 所湿分类：学科门兴：工学>材料类 课程际益： 访问量：19929 首页 课程简介 教师介绍 数学日历 教材与参考书 单程进减清况 材料变化多样的性能是由其组织结构决定的。随着科学技术的不断进步，众多新型 材料不断涌现，材料学科日新月异的发展对材料微观组织与晶体结构分析提出了更高的 要求。X射线衍射分析、透射电子显微分析、扫描电子显微分析等是材料结构分析的重 要手段，是材料工作者的“眼晴”。 完整地描述一个材料应包括其化学成分、品体结构、显微组织等诸要素，本课程是材 料科学与工程专业的一门必修专业基础课，讲授分析材料上述特征的各种现代物理方 教学资料 法，包括光学显微镜、X射线衍射、电子显微分析、现代谱学分析等主要方法 One of the key jobs in materials research is to understand the chemistry-microstructure- 答疑论坛 property relationship of a specific matter.This requires a comprehensive knowledge of the chemical composition,crystal structure and microstructure besides the mechanical and/or 作业考试 physical properties.When a piece of material is available,the curiosity of human being often leads to questions such as "what"and "how".In order to answer these curiosities,a proper 材料科学与工程学院 3 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 课程网站 3 http://cc.sjtu.edu.cn/G2S/site/preview#/rich/v/3718 2?ref=¤toc=6921
③ 教材 材料科学与工程学科系列教材 戎咏华，姜传海主编 Microstructural 《材料组织结构的表征》 Characterization or 上海交通大学出版社 Materials 材料组织 ▣ ▣ 结构的表征 第二版 编著戎咏华姜传海 ▣ 主审陈世朴 ●●●●● @●●●●●● 扫描二维码 ●●●●●o●●● ●●●●●●●● ●●●●●●●●●● ●●●BD◆e●●●●●人 查阅相关附录 ●e●●●●●0●●唐命。 色●●●● ●●4 国上活天人学州版社 材料科学与工程学院 4 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 教材 4 戎咏华, 姜传海主编 《材料组织结构的表征》 上海交通大学出版社
图 参考书 多开适在子登有“十”响家国复材 香科引我起图积数材 材料分析方法 第2版 ·周玉主编《材料分析方法（第23版）》 机械工业出版社，2004/2010 Vitalij K.Pecharsky,Peter Y.Zavalij,Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials(2nd Edition). Springer(2008) ·杨于兴，漆璿编， 《X射线衍射分析》，上海交通大学出版社(1994) Yang Leng,Materials Characterization Introduction to Microscopic and Spectroscopic Methods,2008 John Wiley Sons(Asia)Pte Ltd. 材料科学与工程学院 5 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering • 周玉主编《材料分析方法(第2/3版)》 机械工业出版社, 2004/2010 • Vitalij K. Pecharsky, Peter Y. Zavalij, Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials (2nd Edition), Springer (2008) • 杨于兴，漆璿编，《X射线衍射分析》，上海交通大学出版社(1994) • Yang Leng, Materials Characterization Introduction to Microscopic and Spectroscopic Methods, 2008 John Wiley & Sons (Asia) Pte Ltd. 参考书 5
③ 课程目标 At the conclusion of this course,students will be able to: - Characterize the structures and chemistries of materials using traditional analytical experimental techniques. Select the proper characterization techniques to solve problems in research and/or industry. 材料科学与工程学院 6 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 课程目标 6
© X射线衍射 X射线的强度 X射线的方向 d X射线的性质 物相分析 2sin 0 晶体学基础 应力分析 n 2dsin0=nλ 材料科学与工程学院 1 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 2d sin n n 晶体学基础 2 sin d X射线的性质 X射线的方向 X射线的强度 物相分析 晶格常数 应力分析 X射线衍射 7
X射线衍射 n 晶体学基础 X射线的性质 X射线的方向 X射线的强度 T旗2hky粒年 =K,2-a 9 倒易点阵的性质 =p Pu Ful Le Aoe e Drpaka Bemes Dcke Beene Dexton “留等不中有于红网 n Naaxckng 1 nor2nY 1量，如 Sia dar Orlodrhe on I 1年期Y 1量道 3识量2 mtw44性四 a=1/a.=1/a,e2=l/e =,1 (正交品系) 特 品 汉如 P 1a日 型nd单l饭a sin2o 山过2wadw金场 射X射 告 m29 反即电子 不国干数射 a'.a=h'.b=e.c=l 电子 保世 模数电子 电子 .- 理论上的前提条件 2sin 0 d晶面间距， 平行、单色X先 德机分布的多杆 日入射（或反射）线与晶面之夹角即布拉格角 2dsin0=nλ 想倒易点 实验条件 n整数即反射的级，波长。 杆品状态 Divereince st 日范围，速度 △d △入 △0cos0 △0 月n=Bpurte+fwam d sin0 KA B.= +ntan 外推法 Dcos0 c0s20外推法 sin28+o,sin'ahinv-a.+a,) ↓ △a Nelson--Riley外推 eot9-） 180 法 B.cos0= +nsin0 D 内标法 线对法 0=90 0=450 晶格常数 应力分析 晶粒尺寸 物相分析 材料科学与工程学院 8 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 晶体学基础 2d sin n d晶面间距， θ入射(或反射)线与晶面之夹角即布拉格角， n整数即反射的级，λ波长。 X射线的性质 X射线的方向 X射线的强度 • 理论上的前提条件 – 平行、单色X光 – 取向随机分布的多晶样品 – 理想倒易点 • 实验条件 – 样品状态 – 管压、管流、狭缝 – 扫描范围、速度 物相分析 sin cos d d 外推法 • cos2外推法 • Nelson-Riley外推 法 内标法 线对法 晶格常数 应力分析 晶粒尺寸 n d 2 sin d M hkl hkl p c P F L A e V V I 2 2 2 X射线衍射 8
© 光学显微镜 R 0.6121 △ro M nsina 孔径光阑 相位衬度 偏振光 暗场 微分干涉 明场 像美 制样 共聚焦扫描 显微镜 人眼 ~0.2mm@25cm 颜色/光强 X 相位/偏振 材料科学与工程学院 9 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 人眼 ~0.2 mm @ 25 cm 颜色/光强 X 相位/偏振 微分干涉 明场 暗场 相位衬度 偏振光 像差 制样 共聚焦扫描 显微镜 孔径光阑 光学显微镜 9
光学显微镜 像差(aberration) 孔径光斓 (aperture diaphragm) Bright-field (BF)and dark-field (DF)are the most 色差(chromatic abem) 球差pherical aberr. commony used exammnauon modes. ·解决方案 ·解决方案 Microscope ·在轴 +单鱼光 果用射 Polished 明场 像差 etched surface 慧C0m3 -0 surface groove 暗 离轴 grain boundary 像差 @Φ电 相位衬度(Phase contrast) 场由Field Curvature 酶变Oi以oion 关键： ·畸变 1.S波与D波分离 2.使S波移相（超前或滞后π2） 3.降低S波振幅 Phase Contrast Microscope Optical Train Ro 0.612λ 人眼 拉大波与 P凌的 △ro- ~0.2mm@25cm 差距 M nsina nsina. 颜色/光强 数值孔径(numerical aperture,NA) X 相位/偏振 Resolution of naked eye Effective magnification= Resolution of microscope ④Ratina 景深(Depth of field)D=o15-o3on (um) 偏振光(Polarized light) 徽分干涉(DIC) 制样 (NA.)M 位向差 目的：去除损伤层，得到 共聚焦扫描显微镜 ■ 表面光滑平整的磨面，是 显示材料真实组织的前提。 ③Baca 偏光 相位梯度 jeet plan 衬度差 干涉 树度差 各向异性的 着色显示法是使试样表面形成一层薄膜（覆盖 金属： 层)，其厚废与各相组成物的品体季取向或化 各向同性的 季成分有关，由于薄膜外表而反射光束与薄颗 和试样表面交界处反射光束之问的干涉，使各 ①Lamp flam 表面高低差 相的村度提高并星现色彩。 材料科学与工程学院 10 School of Materials Science and Engineering
材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 人眼 ~0.2 mm @ 25 cm 颜色/光强 X 相位/偏振 nsin: 数值孔径(numerical aperture, NA) 景深(Depth of field) 孔径光阑 (aperture diaphragm) 光学显微镜 10 微分干涉(DIC) 各向异性的 金属； 各向同性的 表面高低差 明场 暗场 目的：去除损伤层，得到 共聚焦扫描显微镜 表面光滑平整的磨面，是 显示材料真实组织的前提。 制样 着色显示法是使试样表面形成一层薄膜（覆盖 层），其厚度与各相组成物的晶体学取向或化 学成分有关，由于薄膜外表面反射光束与薄膜 和试样表面交界处反射光束之间的干涉，使各 相的衬度提高并呈现色彩。 偏振光(Polarized light)