现代材料分析测试技术第一章绪论.ppt
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现代材料分析测试技术河南理工大学材料科学与工程学院材料篇绪论绪论目的与要求目的与要求使用使用/效能效能合成合成/加工加工成分成分/结构结构性能性能材料科学与工程是研究其成分/结构、制备/加工、性能、使用性能及其关系的科学。
材料科学与工程的定义(国际公认)是:
研究有关材料成份材料科学与工程的定义(国际公认)是:
研究有关材料成份/结构、制备结构、制备/合合成、性能成、性能/组织和使用效能及其关系的科学技术与生产。
对材料四要素的认识和理组织和使用效能及其关系的科学技术与生产。
对材料四要素的认识和理解,要有动态的观念,材料科学与工程四个基本要素的说明和控制应放在更高、更解,要有动态的观念,材料科学与工程四个基本要素的说明和控制应放在更高、更深的层次,即分子、原子尺度来阐释和控制。
深的层次,即分子、原子尺度来阐释和控制。
材料的结构与成分应更着重于包括分子、原子的类型及所观察尺度范围(纳材料的结构与成分应更着重于包括分子、原子的类型及所观察尺度范围(纳米、介观、微观、宏观)内分子、原子的排列组合。
米、介观、微观、宏观)内分子、原子的排列组合。
使原子(原子团),分子可得到特定排列组合的合成与加工;使原子(原子团),分子可得到特定排列组合的合成与加工;由不同原子(原子团)、分子及其排列组合所得到的使材料具有值得研究和使用由不同原子(原子团)、分子及其排列组合所得到的使材料具有值得研究和使用的性能;的性能;考虑经济和社会效益的材料使用服役实际条件及其有效性的度量。
考虑经济和社会效益的材料使用服役实际条件及其有效性的度量。
四要素是一个整体,内部有机联系是其核心与活力所在。
四要素是一个整体,内部有机联系是其核心与活力所在。
材料科学与工程的定义(国际公认)是:
研究有关材料成份材料科学与工程的定义(国际公认)是:
研究有关材料成份/结构、制备结构、制备/合合成、性能成、性能/组织和使用效能及其关系的科学技术与生产。
对材料四要素的认识和理组织和使用效能及其关系的科学技术与生产。
对材料四要素的认识和理解,要有动态的观念,材料科学与工程四个基本要素的说明和控制应放在更高、更解,要有动态的观念,材料科学与工程四个基本要素的说明和控制应放在更高、更深的层次,即分子、原子尺度来阐释和控制。
深的层次,即分子、原子尺度来阐释和控制。
材料的结构与成分应更着重于包括分子、原子的类型及所观察尺度范围(纳材料的结构与成分应更着重于包括分子、原子的类型及所观察尺度范围(纳米、介观、微观、宏观)内分子、原子的排列组合。
米、介观、微观、宏观)内分子、原子的排列组合。
使原子(原子团),分子可得到特定排列组合的合成与加工;使原子(原子团),分子可得到特定排列组合的合成与加工;由不同原子(原子团)、分子及其排列组合所得到的使材料具有值得研究和使用由不同原子(原子团)、分子及其排列组合所得到的使材料具有值得研究和使用的性能;的性能;考虑经济和社会效益的材料使用服役实际条件及其有效性的度量。
考虑经济和社会效益的材料使用服役实际条件及其有效性的度量。
四要素是一个整体,内部有机联系是其核心与活力所在。
四要素是一个整体,内部有机联系是其核心与活力所在。
使用使用/效能效能合成合成/加工加工成分成分/结构结构性能性能“四要素四要素”基本内涵基本内涵(11)材料的成分、组成与结构)材料的成分、组成与结构从电子、原子尺度到宏观尺度成分与分布结构无限变化导演材料复杂性能成分与结构表征分析与建模技术煤炭、金属、水泥、陶瓷等等煤炭、金属、水泥、陶瓷等等(11)成分、组成与结构)成分、组成与结构成分设计成分设计“四要素四要素”基本内涵基本内涵组织设计组织设计(11)成分、组成与结构)成分、组成与结构“四要素四要素”基本内涵基本内涵复合设计复合设计(11)成分、组成与结构)成分、组成与结构“四要素四要素”基本内涵基本内涵(22)合成与加工)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”现象决定工业生产效率与竞争力决定工业生产效率与竞争力“四要素四要素”基本内涵基本内涵(33)性质)性质材料对外界刺激的整体响应各种尺度上的性能测试与分析导向所需综合性能的设计“四要素四要素”基本内涵基本内涵(44)使用行为)使用行为材料固有性质与构件功能、能力相结合使用中材料固有性质变化、预测与改善环境中固有性能变化与预测“四要素四要素”基本内涵基本内涵时效行为时效行为组织稳定性组织稳定性蠕变变形蠕变变形老化老化辐照脆化辐照脆化疲劳行为疲劳行为弯曲疲劳弯曲疲劳接触疲劳接触疲劳拉压疲劳拉压疲劳振动疲劳振动疲劳腐蚀行为腐蚀行为环境腐蚀环境腐蚀应力腐蚀应力腐蚀氢脆氢脆复合环境行为复合环境行为腐蚀腐蚀+疲劳疲劳疲劳疲劳+蠕变蠕变“四要素四要素”基本内涵基本内涵控控性性控控构构控控形形力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能近终形近终形表面完整表面完整性性尺寸精度尺寸精度宏观组织(晶粒形宏观组织(晶粒形态与尺寸)态与尺寸)微观组织(亚晶界、微观组织(亚晶界、枝晶间距、次生相)枝晶间距、次生相)强化相的形态、尺寸强化相的形态、尺寸及分布及分布多相合金的相结构多相合金的相结构组织均匀性组织均匀性成分均匀性(宏观与成分均匀性(宏观与微观偏析)微观偏析)组织致密性组织致密性夹杂、气孔等夹杂、气孔等应力、变形、开裂应力、变形、开裂等等晶体结构缺陷(点缺晶体结构缺陷(点缺陷、位错、孪晶等)陷、位错、孪晶等)非晶、微晶、纳米晶非晶、微晶、纳米晶及非平衡晶及非平衡晶设计(成分结构设计(成分结构)合合成成材料科学与工程材料科学与工程加加工工服役服役使用使用14成份成份/价键、非晶价键、非晶/结晶、微结构结晶、微结构力学性能力学性能物理性能物理性能分析方法分析方法(XRD,TEM,SEM,EDS(XRD,TEM,SEM,EDS)成份成份/价键、非晶价键、非晶/结晶、微结构结晶、微结构力学性能力学性能物理性能物理性能分析方法分析方法(XRD,TEM,SEM,EDS(XRD,TEM,SEM,EDS)分子结构、非晶分子结构、非晶/结晶、织态结晶、织态力学性能力学性能物理性能物理性能分析方法分析方法(FTIR,NMR,TEM(FTIR,NMR,TEM)分子结构、非晶分子结构、非晶/结晶、织态结晶、织态力学性能力学性能物理性能物理性能分析方法分析方法(FTIR,NMR,TEM(FTIR,NMR,TEM)高分子材料高分子材料无机非金属材料无机非金属材料成份成份/价键、结晶价键、结晶/非晶、组织非晶、组织力学性能力学性能物理性能物理性能分析方法分析方法(XRD,TEM,SEM,EDS(XRD,TEM,SEM,EDS)成份成份/价键、结晶价键、结晶/非晶、组织非晶、组织力学性能力学性能物理性能物理性能分析方法分析方法(XRD,TEM,SEM,EDS(XRD,TEM,SEM,EDS)金属材料金属材料结构共性知识结构共性知识性能共性理论性能共性理论测试分析共性方法测试分析共性方法材料科学基础材料科学基础材料力学性能材料力学性能材料研究方法材料研究方法材料物理性能材料物理性能绪论绪论15材料科学基础材料科学基础材料力学性能材料力学性能材料研究方法材料研究方法材料物理性能材料物理性能有限元有限元人工神经网络人工神经网络计算相图计算相图晶体结构精饰晶体结构精饰有限元有限元人工神经网络人工神经网络计算相图计算相图晶体结构精饰晶体结构精饰现代计算机技术现代计算机技术现代计算机技术现代计算机技术材料研究计算机应用材料研究计算机应用绪论绪论16材料研究计算机材料研究计算机应用应用材料力学性能材料力学性能材料物理性能材料物理性能材料科学基础材料科学基础材料现代研究方法材料现代研究方法学习内容学习内容核心核心内容内容4分析测试技术篇18结构决定性能是自然界永恒的规律结构决定性能是自然界永恒的规律“相”(phase)在体系内部物理性质和化学性质完全均匀的一部分成分和结构完全相同的部分才称为同一个相成分和结构完全相同的部分才称为同一个相19材料的微观组织结构形貌相分布、形状、大小、数量等。
结构相的原子排列情况表征;组成相之间的关系缺陷晶体缺陷表面状态成分相的成分、界面成分及其分布材料分析检测技术是关于材料成分、物相结材料分析检测技术是关于材料成分、物相结构、微观形貌和晶体缺陷等的现代分析、检测技术及构、微观形貌和晶体缺陷等的现代分析、检测技术及其有关理论知识的科学。
其有关理论知识的科学。
20检测分析检测分析分析仪器分析仪器分析过程分析过程信号发生信号发生器产生分析信号信号检测检测器测量信号信号处理信号处理器放大、运算、比较信号读出读出装置记录、显示检测信号与材料的特征关系材料分析的基本原理(或称技术基础)是指测量信号与材料成分、结构等的特征关系。
采用各种不同的测量信号(相应地具有与材料的不同特征关系)形成了各种不同的材料分析方法。
材料的微观组织结构22基于电磁辐射及运动粒子束与物质相互作用的各种物理效应所建立的各种分析方法已成为材料分析检测的重要组成部分,大体可分为:
光谱分光谱分析、电子能谱分析、衍射分析及电子显微分析析、电子能谱分析、衍射分析及电子显微分析、热分析、核磁共振分析、色谱分析、质谱分、热分析、核磁共振分析、色谱分析、质谱分析、电化学分析析、电化学分析材料的微观组织结构23固体中的原子键合固体中的原子键合结晶学基础结晶学基础金属与无机材料结构金属与无机材料结构键合力与能量,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,弱作用键晶体的基本概念与性质,晶体的宏观对称,单形与聚形,晶体定向和结晶符号,晶体点阵的对称,晶体的堆积方式金属的晶体结构,非晶态合金,无机材料的晶体结构,无机熔体与玻璃材料科学基础材料科学基础结构缺陷及固溶体结构缺陷及固溶体点缺陷,位错,面缺陷,固溶体,非化学计量缺陷,有序和无序固溶体高分子链的结构高分子链的结构高分子链的组成和构造,高分子链的构象高分子聚集态结构高分子聚集态结构高聚物的分子间作用力,聚合物的晶态结构,聚合物的非晶态结构,聚合物的液晶态结构,聚合物的取向态结构,高聚物的热运动和力学状态组织形貌分析组织形貌分析物相分析物相分析成分和价键分析成分和价键分析光学显微分析,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。
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X射线光谱分析(电子探针仪,能谱仪,波谱仪),X射线光电子能谱分析,俄歇电子能谱.材料现代研究方法材料现代研究方法分子结构分析分子结构分析振动光谱(傅里叶变换红外光谱,拉曼光谱)和核磁共振波谱技术。
综合案例分析综合案例分析以一种材料的综合研究为例,讲授以上四大类材料分析手段在材料研究中如何综合应用,达到实现材料研究的目的。
绪论绪论1、X-射线衍射分析:
物相成分、结晶度、晶粒度信息2、电子显微镜:
材料微观形貌观察3、热分析:
分析材料随温度而发生的状态变化4、振动光谱:
分子基团、结构的判定5、X-射线光电子能谱:
一种表面分析技术,表面元素分析6、色谱分析:
分析混合物中所含成分的物理方法7、核磁共振:
分析材料的内部结构材料的微观组织结构1.化学组成分析:
化学组成分析:
主要研究原料和制品的化学组成。
化学组主要研究原料和制品的化学组成。
化学组成分析也叫化学成分分析。
常用的分析方成分析也叫化学成分分析。
常用的分析方法有:
普通化学分析;仪器化学分析(包法有:
普通化学分析;仪器化学分析(包括括ICP光谱、直读光谱、射线荧光光光谱、直读光谱、射线荧光光谱、激光光谱等等)。
化学分析本课程不谱、激光光谱等等)。
化学分析本课程不介绍。
因为化学分析的目的就是知道化学介绍。
因为化学分析的目的就是知道化学成分含量,不管用那个分析方法,只要能成分含量,不管用那个分析方法,只要能精确告诉我们结果就行。
精确告诉我们结果就行。
常见的三大类型的分析方法常见的三大类型的分析方法2.微观结构分析微观结构分析微观结构分析主要分析材料的微观晶体微观结构分析主要分析材料的微观晶体结构,即材料由哪几种晶体组成,晶体的结构,即材料由哪几种晶体组成,晶体的晶胞尺寸如何,各种晶体的相对含量多少晶胞尺寸如何,各种晶体的相对含量多少等。
等。
结构分析常用的方法有结构分析常用的方法有:
法、法、TEM法、法、TG法、法、红外法、核法、法、红外法、核磁等。
这些方法以及所用的仪器设备是我磁等。
这些方法以及所用的仪器设备是我们要学习的重点。
们要学习的重点。
常见的三大类型的分析方法常见的三大类型的分析方法3.显微组织分析显微组织分析主要是分析材料的微观组织形貌。
主要是分析材料的微观组织形貌。
显微组织分析常用的分析手段有:
普通光学显显微组织分析常用的分析手段有:
普通光学显微镜微镜(OM)、扫描电子显微镜(、扫描电子显微镜(M)、)、透射电子显微镜()等。
透射电子显微镜()等。
本课程主要学习和的原理及分析本课程主要学习和的原理及分析方法。
方法。
常见的三大类型的分析方法常见的三大类型的分析方法本课程与其他课程的关系本门课程是以高等数学、大学物理、无机及分析化学、有机化学、物理化学、晶体学等课程为基础的,因此,学好这些前期课程是学好材料现代分析测试方法的前提。
同时,材料现代分析测试方法又为后续专业课程如材料合成与制备方法、功能材料、高分子材料等打下基础。
毕业设计及毕业论29必须掌握KnowWhyKnowHowKnowWhat30努力成功31谢谢!
Thankyou!
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- 现代 材料 分析 测试 技术 第一章 绪论