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第一章 材料分析方法及案例1

1.1材料科学研究的基本方法1

1.1.1归纳与演绎法1

1.1.2分析与综合法2

1.1.3类比与移植法3

1.1.4数学与模型法3

1.1.5系统与优化法5

1.1.6假说与理论法5

1.1.7原型启发与仿生法6

1.2材料的组织结构及测定6

1.2.1材料的组织结构6

1.2.2材料结构的测定与表征7

1.3案例及材料分析引入9

本章知识点14

第二章 光学显微组织分析15

2.1金相显微镜的原理及使用15

2.1.1金相显微镜的原理15

2.1.2物镜16

2.1.3目镜18

2.1.4照明方式19

2.1.5调整和维护19

2.2金相试样的制备方法20

2.2.1金相试样的截取及镶嵌20

2.2.2金相试样的磨光21

2.2.3金相试样的抛光23

2.2.4金相试样的显微组织显露方法24

2.2.5试样制备自动化27

2.3金相组织显示和记录28

本章知识点29

第三章 电子显微分析基础31

3.1电子波与电磁透镜32

3.1.1光学显微镜的分辨率极限32

3.1.2电子波的波长32

3.1.3电磁透镜33

3.1.4电磁透镜的像差和分辨率35

3.1.5电磁透镜的景深和焦长39

3.2电子与物质的交互作用41

3.2.1散射41

3.2.2高能电子与试样物质交互作用产生的电子信息43

本章知识点52

思考题52

第四章 扫描电子显微分析53

4.1扫描电子显微镜的工作原理及构造54

4.1.1工作原理54

4.1.2构造与主要性能55

4.2扫描电子显微镜的试样制备和衬度原理60

4.2.1试样制备60

4.2.2衬度原理64

4.3扫描电子显微技术的应用70

4.3.1断口分析70

4.3.2相的析出和分布特征分析76

4.3.3元素分布行为的分析77

4.3.4结构分析78

本章知识点84

思考题85

第五章 透射电子显微分析87

5.1透射电子显微镜的结构与成像原理88

5.1.1照明系统88

5.1.2成像系统92

5.1.3观察记录系统94

5.1.4主要部件的结构与工作原理94

5.1.5透射电子显微镜分辨率和放大倍数的测定99

5.2表面复型技术100

5.2.1质厚衬度原理101

5.2.2复型制备技术104

5.2.3粉末试样的制备108

5.3薄膜制备技术109

5.3.1金属块体制成薄膜试样110

5.3.2薄膜平面试样的制备118

5.3.3薄膜截面试样的制备119

5.4透射电子显微技术的应用121

本章知识点125

思考题125

第六章 材料基本分析方法案例127

6.1船用液压缸断裂原因分析127

6.2增压器涡轮叶轮断裂原因分析131

6.3苯胺装置制氢转化炉管外接法兰开裂原因分析134

6.4烟气轮机动叶片断裂原因分析139

本章知识点142

第七章 X射线分析基础143

7.1 X射线物理学基础143

7.1.1 X射线的产生及其性质143

7.1.2 X射线衍射学基础156

7.2 X射线衍射的几何原理171

7.2.1晶体点阵对X射线衍射及劳厄方程171

7.2.2布拉格方程175

7.2.3埃瓦尔德图解179

7.2.4衍射方向理论小结181

7.3 X射线衍射线束的强度182

7.3.1个电子的散射强度182

7.3.2原子散射强度183

7.3.3单胞对X射线的散射185

7.3.4小晶体的衍射积分强度190

7.3.5多晶体的衍射积分强度191

7.3.6影响衍射强度的其他因素193

本章知识点196

思考题196

第八章 X射线分析方法197

8.1多晶体衍射方法197

8.1.1粉末法成像原理197

8.1.2德拜相机与实验技术199

8.1.3衍射花样指数标定204

8.1.4聚焦法简介208

8.2单晶体衍射方法210

8.2.1劳厄法210

8.2.2劳厄法成像原理和对衍射斑点分布规律的解释211

8.2.3劳厄衍射花样指数化213

8.2.4晶体取向的测定220

8.3 X射线衍射仪法222

8.3.1测角仪223

8.3.2测角仪的光学布置225

8.3.3探测器226

8.3.4衍射仪的运行方式228

8.3.5实验参数的选择229

8.4电子探针显微分析232

8.4.1电子探针的结构与工作原理232

8.4.2电子探针的分析方法及应用239

8.5非晶态物质的衍射分析241

8.5.1非晶态241

8.5.2非晶态物质结构的主要特征243

8.5.3非晶态结构的径向分布函数244

8.6 X射线小角度散射方法254

8.6.1 X射线小角度散射原理254

8.6.2 X射线小角度散射实验260

8.6.3 X射线小角度散射方法的应用262

本章知识点264

思考题265

第九章 X射线应用分析267

9.1 X射线物相分析267

9.1.1物相的定性分析268

9.1.2物相的定量分析274

9.2点阵常数精确测定282

9.2.1点阵常数精确测定的原理282

9.2.2德拜-谢勒法中系统误差的来源283

9.2.3衍射仪法的主要误差来源286

9.2.4德拜-谢勒法的误差校正方法287

9.2.5点阵常数测定举例292

9.3宏观应力测定293

9.3.1 X射线应力测定的基本原理294

9.3.2实验方法297

9.3.3实验精度的保证及测试原理的适用条件300

9.4织构测定305

9.4.1织构的分类及表示方法306

9.4.2冷拉金属丝织构的测定311

9.4.3板织构的测定319

9.5晶块尺寸和点阵畸变测定327

9.5.1衍射线的宽化328

9.5.2实测衍射峰与物理宽化的关系331

9.5.3应用近似函数法的测量技术334

9.5.4仪器宽化效应的分离336

9.5.5点阵畸变和亚晶块细化两种效应的分离337

本章知识点340

思考题340

第十章 电子衍射分析343

10.1电子衍射基本原理343

10.1.1电子衍射技术发展概况343

10.1.2电子衍射和X射线衍射的比较344

10.1.3晶体对电子的散射346

10.2透射电子显微镜中的衍射356

10.2.1有效相机常数356

10.2.2选区电子衍射357

10.2.3透射电子显微镜中的衍射358

10.2.4选区电子衍射的原理及操作360

10.3常见的几种电子衍射谱361

10.3.1单晶电子衍射谱361

10.3.2多晶电子衍射谱361

10.3.3织构试样的电子衍射谱362

10.3.4多次衍射谱362

10.3.5高级劳厄带363

10.3.6菊池线365

10.3.7超点阵斑点365

10.3.8孪晶斑点366

10.4多晶电子衍射花样及其应用369

10.4.1多晶电子衍射花样的产生及几何特征369

10.4.2多晶电子衍射花样的应用371

10.5单晶电子衍射花样及其应用374

10.5.1单晶电子衍射花样的几何特征和强度374

10.5.2单晶电子衍射花样的标定方法377

10.5.3单晶电子衍射花样的基本应用387

10.6低能电子衍射392

10.6.1单晶表面原子排列与二维点阵392

10.6.2二维点阵的倒易点阵393

10.6.3低能电子衍射原理396

10.6.4低能电子衍射仪397

10.6.5低能电子衍射分析与应用398

本章知识点400

思考题400

第十章 电子衍射衬度成像403

11.1电子像衬度的分类及其成像方法403

11.1.1质厚衬度成像原理404

11.1.2衍射衬度成像原理405

11.1.3相位衬度成像原理408

11.1.4消光距离409

11.2衍衬运动学411

11.2.1基本假设411

11.2.2理想晶体的衍射强度412

11.2.3理想晶体衍衬运动学基本方程的应用414

11.2.4非理想晶体的衍射衬度418

11.3衍衬动力学简介420

11.3.1运动学理论的不足之处及适用范围420

11.3.2完整晶体的动力学方程421

11.3.3不完整晶体的动力学方程423

11.4晶体缺陷分析423

11.4.1层错424

11.4.2位错427

11.4.3第二相粒子430

本章知识点433

思考题433

第十二章 材料综合分析方法案例435

12.1烟气轮机涡轮盘开裂原因分析435

12.2 IC10定向凝固高温合金组织特征及B的影响441

12.3晶界块状或颗粒状相的本质特征448

12.4 K418合金增压器涡轮叶片热裂分析450

本章知识点455

第十三章 材料计算分析方法457

13.1计算机在材料科学中的应用458

13.1.1计算机模拟技术用于材料行为工艺研究458

13.1.2计算机技术用于材料数据库和知识库459

13.1.3计算机技术用于材料设计460

13.1.4计算机技术用于材料加工控制461

13.1.5计算机技术用于材料性能表征与检测461

13.1.6计算机技术用于材料数据和图像处理462

13.1.7计算机网络技术用于材料科学研究462

13.2材料科学研究中的数学模型及分析方法462

13.2.1数学模型基础及建模方法463

13.2.2有限差分法465

13.2.3有限元法467

13.2.4蒙特卡罗法472

13.2.5分子动力学法472

13.2.6人工神经网络法476

13.3材料计算方法应用实例477

13.3.1 GH4169高温合金的热力学平衡相模拟计算477

13.3.2扩散连接过程元素互扩散规律的动力学模拟计算479

13.3.3夹杂物及附近基体应力应变场的有限元模拟计算483

13.3.4 GH738涡轮盘锻造成形过程组织模拟计算486

本章知识点488

第十四章 其他显微分析方法489

14.1离子探针显微分析489

14.2俄歇电子能谱分析493

14.2.1俄歇跃迁及其概率493

14.2.2俄歇电子能谱的检测495

14.2.3定量分析498

14.2.4俄歇电子能谱仪的应用498

14.3场离子显微镜与原子探针501

14.3.1场离子显微镜的结构501

14.3.2场致电离和原子成像503

14.3.3图像的解释504

14.3.4场致蒸发和剥层分析505

14.3.5原子探针506

14.3.6场离子显微镜的应用506

14.4扫描隧道显微镜与原子力显微镜509

14.4.1扫描隧道显微镜的分辨率509

14.4.2扫描隧道显微镜的工作原理510

14.4.3原子力显微镜512

14.5 X射线光电子能谱分析515

14.5.1 X射线光电子能谱的测量原理515

14.5.2定性分析518

本章知识点519

参考文献521