材料組織結(jié)構(gòu)的表征

內(nèi)容概要

　　《材料科學與工程學科系列教材：材料組織結(jié)構(gòu)的表征》分為三篇，共21章。其中，第一篇為《金相顯微術(shù)》，第二篇為《X射線衍射分析》，第三篇為《電子顯微分析》。戎詠華和姜傳海編著的《材料組織結(jié)構(gòu)的表征》重點介紹三種實驗技術(shù)的原理、儀器的結(jié)構(gòu)、功能特點和應(yīng)用，體現(xiàn)了分析技術(shù)的最新發(fā)展，在理論與原理上進行了深入淺出的闡述，以幫助學生和讀者對三種分析方法有一個全面的了解和掌握?！恫牧峡茖W與工程學科系列教材：材料組織結(jié)構(gòu)的表征》既可以作為本科生和研究生教材，也可供從事相關(guān)工作的教師和技術(shù)人員參考。

書籍目錄

緒論 第1篇金相顯微術(shù) 第1章金相顯微鏡的光學基礎(chǔ)與構(gòu)造 1.1光學基礎(chǔ) 1.1.1反射和折射定律 1.1.2光的性質(zhì)和可視性 1.1.3偏振光 1.1.4光的衍射和干涉 1.1.5幾何光學 1.2透鏡的光學缺陷和設(shè)計 1.2.1透鏡光學缺陷 1.2.2透鏡的設(shè)計和特性 1.3照明方式 1.3.1科勒照明 1.3.2明場照明 1.3.3暗場照明 1.3.4新型無限遠光學系統(tǒng) 1.4性能參數(shù) 1.4.1衍射與分辨率 1.4.2有效放大倍率 1.4.3景深 1.4.4工作距離和視域范圍 1.5圖像記錄和處理及分析 1.5.1顯微照相 1.5.2視頻顯微術(shù) 1.5.3數(shù)字CCD顯微術(shù) 1.5.4圖像處理與定量分析 1.6金相顯微鏡的操作 1.6.1光源的調(diào)整 1.6.2光闌的調(diào)整 第2章金相試樣的制備 2.1金相試樣的制備步驟 2.1.1取樣和鑲嵌 2.1.2研磨與拋光 2.1.3浸蝕 2.1.4現(xiàn)代金相樣品制備技術(shù)概述 2.2常用浸蝕劑顯示金相組織舉例 2.2.1硝酸酒精浸蝕劑 2.2.2苦味酸浸蝕劑 2.2.3LB染色浸蝕劑 2.2.4Klemm浸蝕劑 2.2.5Ber’aha浸蝕劑 2.2.6Lepera浸蝕劑 第3章相位襯度顯微鏡 3.1相位襯度顯微術(shù)原理 3.2相襯顯微鏡的光學設(shè)計 3.3金相顯微鏡和生物顯微鏡光學布置的差異 第4章偏振光顯微鏡 4.1偏振光的反射特征 4.2反射式偏振光顯微鏡的光學布置和使用 4.3應(yīng)用舉例 4.3.1各向異性組織的顯示 4.3.2非金屬夾雜物的鑒別 4.3.3復合夾雜物的定性鑒別 第5章微分干涉襯度顯微鏡 5.1DIC光學系統(tǒng) 5.2DIC圖像的形成 5.3DIC圖像與其他成像方式圖像的比較 第6章共聚焦激光掃描顯微鏡 6.1共聚焦成像的光學原理 6.2影響共聚焦圖像質(zhì)量因素 6.3共聚焦顯微鏡的功能和應(yīng)用 第2篇x射線衍射分析 第7章x射線物理學基礎(chǔ) 7.1X射線衍射分析發(fā)展簡史 7.2X射線本質(zhì)及其波譜 7.2.1X射線本質(zhì) 7.2.2X射線譜 7.3X射線與物質(zhì)相互作用 7.3.1X射線散射 7.3.2X射線真吸收 7.3.3X射線衰減規(guī)律 7.3.4X射線吸收效應(yīng)的應(yīng)用 7.4X射線防護 第8章x射線衍射方向 8.1晶體幾何學 8.1.1晶體結(jié)構(gòu)— 8.1.2晶體投影 8.1.3倒易點陣 8.2布拉格方程 8.2.1布拉格方程 8.2.2布拉格方程的討論 8.2.3倒易空間中的衍射條件 8.3厄瓦爾德圖解 8.3.1厄瓦爾德圖解 8.3.2厄瓦爾德圖解示例 第9章x射線衍射強度 9.1單個晶胞散射強度 9.1.1單個電子散射強度 9.1.2單個原子散射強度 9.1.3單個晶胞散射強度 9.2單個理想小晶體散射強度 9.2.1干涉函數(shù) 9.2.2衍射疇 9.3實際多晶體衍射強度 9.3.1實際小晶粒積分衍射強度 9.3.2實際多晶體衍射強度 9.3.3多晶體衍射強度計算方法 第10章x射線衍射方法 10.1相照法 10.1.1德拜一謝樂法 10.1.2聚焦法 10.1.3針孔法 10.2衍射儀法 10.2.1測角儀 10.2.2計數(shù)器 10.2.3單色器 10.3測量條件 10.3.1試樣要求 10.3.2影響測量結(jié)果的因素 10.3.3測量條件示例 第11章多晶物相分析 11.1標準卡片及其索引 11.1.1卡片介紹 11.1.2索引方法 11.2定性物相分析 11.2.1手工檢索 11.2.2計算機檢索 11.2.3其他問題 11.3定量物相分析 11.3.1基本原理 11.3.2分析方法 11.3.3其他問題 第12章晶體結(jié)構(gòu)與點陣參數(shù)分析 12.1晶體結(jié)構(gòu)識別 12.1.1基本原理 12.1.2立方晶系指標化 12.1.3其他問題 12.2點陣參數(shù)測定 12.2.1德拜法誤差來源 12.2.2衍射儀法誤差來源 12.2.3消除系統(tǒng)誤差方法 12.3晶體結(jié)構(gòu)模型分析 12.3.1原理與方法 12.3.2其他問題 第13章應(yīng)力測量與分析 13.1測量原理 13.1.1內(nèi)應(yīng)力分類 13.1.2測量原理 13.2測量方法 13.2.1測量方式 13.2.2試樣要求— 13.2.3測量參數(shù) 13.3數(shù)據(jù)處理方法 13.3.1衍射峰形處理 13.3.2定峰方法 13.3.3誤差分析 13.4三維應(yīng)力及薄膜應(yīng)力測量 13.4.1三維應(yīng)力測量 13.4.2薄膜應(yīng)力測量 第14章衍射譜線形分析 14.1譜線寬化效應(yīng)及卷積關(guān)系 14.1.1幾何寬化效應(yīng) 14.1.2物理寬化效應(yīng) 14.1.3譜線卷積關(guān)系 14.2譜線寬化效應(yīng)分離 14.2.1強度校正與K。雙線分離 14.2.2幾何寬化與物理寬化的分離 14.2.3細晶寬化與顯微畸變寬化的分離 14.3非晶材料x射線分析 14.3.1徑向分布函數(shù) 14.3.2結(jié)晶度計算 14.4小角X射線散射分析 14.4.1基本原理 14.4.2吉尼葉公式及應(yīng)用 第15章多晶織構(gòu)測量和單晶定向 15.1多晶體織構(gòu)測量 15.1.1織構(gòu)分類 15.1.2極圖及其測量 15.1.3反極圖及其測量 15.1.4三維取向分布函數(shù) 15.2單晶定向 15.2.1單晶勞厄相的特點 15.2.2單晶定向方法 第3篇電子顯微分析 第16章透射電子顯微鏡的原理和構(gòu)造 16.1入射電子在固體樣品中所激發(fā)的信號及其體積 16.1.1激發(fā)的信號 16.1.2電子柬激發(fā)體積 16.2透射電子顯微鏡的構(gòu)造 16.2.1電子波長 16.2.2電子透鏡 16.3成像方式和變倍原理 16.4透射電子顯微鏡的理論分辨本領(lǐng)極限 第17章透射電子顯微鏡的樣品制備 17.1表面復型技術(shù)概述 17.2質(zhì)厚襯度原理 17.2.1單個原子對入射電子的散射 17.2.2質(zhì)厚襯度成像原理 17.3一級復型與二級復型 17.3.1塑料一級復型 17.3.2碳一級復型 17.3.3塑料一碳二級復型 17.4抽取復型 17.5粉末樣品 17.6薄膜樣品的制備方法 17.6.1直接制得薄膜樣品 17.6.2大塊晶體樣品制成薄膜的技術(shù) 17.6.3聚焦離子束方法 第18章電子衍射和衍襯成像 18.1電子衍射與X射線衍射的比較 18.2衍射產(chǎn)生的條件 18.3電子衍射幾何分析公式及相機常數(shù) 18.4選區(qū)電子衍射的原理及操作 18.5多晶電子衍射花樣的標定及其應(yīng)用 18.5.1多晶衍射花樣的產(chǎn)生及幾何特征 18.5.2多晶電子衍射花樣的主要應(yīng)用 18.6單晶電子衍射花樣的分析 18.6.1單晶電子衍射花樣的幾何特征和強度 18.6.2單晶電子衍射花樣的標定方法 18.6.3單晶電子衍射花樣的應(yīng)用 18.7復雜電子衍射花樣的特征和識別 18.7.1高階勞厄區(qū)斑點 18.7.2超點陣斑點 18.7.3孿晶衍射花樣 18.7.4二次衍射斑點 18.7.5菊池衍射花樣 18.8衍射襯度成像原理及應(yīng)用 18.8.1透射電子像襯度的分類 18.8.2衍襯成像的方法和原理 18.8.3衍襯運動學理論 18.8.4衍襯成像的應(yīng)用舉例 18.8.5透射電子顯微鏡動態(tài)觀察 第19章分析電子顯微鏡 19.1分析電子顯微鏡特點 19.2高分辨電子顯微術(shù)的基本原理 19.2.1電子散射和傅里葉變換 19.2.2高分辨像形成過程描述的兩個重要函數(shù) 19.2.3謝爾策欠焦 19.2.4弱相位體高分辨像的直接解釋 19.3薄膜樣品的X射線能譜分析 19.3.1薄樣品分析原理 19.3.2薄樣品厚度的判據(jù) 19.3.3薄樣品的空間分辨率 19.3.4薄樣品的檢測靈敏度 19.4微衍射花樣與會聚束電子衍射 19.4.1微衍射花樣 19.4.2會聚束電子衍射 19.4.3電子能量損失譜 19.4.4分析電子顯微術(shù)應(yīng)用舉例 19.4.5分析電子顯微鏡的進展及其分析新技術(shù)簡介 第20章掃描電子顯微鏡 20.1掃描電子顯微鏡的工作原理和構(gòu)造 20.1.1工作原理 20.1.2構(gòu)造 20.2掃描電子顯微鏡的像襯度原理及其應(yīng)用 20.2.1表面形貌襯度的原理 20.2.2表面形貌襯度改善的電子減速技術(shù) 20.2.3原于序數(shù)襯度原理 20.2.4二次電子和背散射電子任意混合的ExB技術(shù) 20.2.5掃描透射電子顯微術(shù) 20.3電子背散射衍射分析及其應(yīng)用 20.3.1背散射電子衍射工作原理和儀器結(jié)構(gòu) 20.3.2電子背散射花樣晶體取向和織構(gòu)分析原理 20.3.3晶體取向的EBSD測定舉例 第21章電子探針X射線顯微分析儀 21.1電子探針的分析原理和構(gòu)造 21.1.1分析原理 21.1.2構(gòu)造 21.2電子探針的分析方法和應(yīng)用 21.2.1分析方法 21.2.2定量分析基本原理簡介 21.2.3應(yīng)用 思考題與練習題 附錄 參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   能量損失約在50eV以上的高能區(qū)域稱為高能損失區(qū)，它是由入射電子使試樣中的K、L、M等內(nèi)層電子被激發(fā)而造成的。由于內(nèi)層電子被激發(fā)的幾率要比等離子激發(fā)幾率小2～3個數(shù)量級，所以其強度很小，因此在記錄一個電子能量損失譜時，應(yīng)將內(nèi)層電離損失區(qū)的譜放大幾十倍再和零損失區(qū)、低能損失區(qū)一起顯示出來，如圖19—17所示。在電子能量損失譜中，電離損失峰（理想峰形為三角形或鋸齒形，真實的峰形近似三角或鋸齒形）的始端能量（電離邊，ionzation edge）等于內(nèi)殼層電子電離所需的最低能量，因而成為元素鑒別的唯一特征能量（見附錄19）。例如，圖19—17中能量損失約為188eV的電離邊是硼元素的K層電子激發(fā)所形成，而能量損失約為399eV的電離邊是氮原子的K層電子激發(fā)引起的。 （1）電離損失峰。在電子能量損失譜（EELS）中，正是由于這種電離損失峰，成為微區(qū)化學成分分析在輕元素范圍的重要手段，彌補了X射線能量譜（EDS）分析在輕元素定量分析中的不足。由于EELS是測量透射電子能量變化的，其接受的是電子激發(fā)的初次信號（與EDS的二次信號不同），故EELS的信號強度遠高于EDS，從而可測出的元素序數(shù)和含量比EDS低。而對重元素分析時，若利用K系，即在高能損失部分由于背景及其他因素影響，信噪比（P／B）比較差；若利用L、M系，即在低能損失部分，則易被輕元素強烈的K系電離損失峰混淆，故電子能量損失譜對重元素的定量分析不如輕元素。而在X射線能量譜中，情況正好相反，由于特征x射線的熒光產(chǎn)額隨光子能量的增大而增加，故對于重元素檢測效率高，但在輕元素范圍內(nèi)產(chǎn)生的光子能量較低，特征X射線的熒光產(chǎn)額也低，檢測效率不高。所以這兩種技術(shù)在元素分析時，可以互為補償，電子能量損失譜宜做輕元素分析，而X射線能量譜宜做重元素分析。 （2）能量損失近邊結(jié)構(gòu)。電子能量損失譜中電離損失峰閾值附近（比閾值能量損失小一些的能量損失部分），電子能量損失譜的形狀是樣品中原子空位束縛態(tài)電子密度的函數(shù)。原子被電離后產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)電子可以進入束縛態(tài)，成為譜形的預(yù)電離精細結(jié)構(gòu)或能量損失的近邊結(jié)構(gòu)（ELNES）。通過譜形分析，可以提供樣品的能帶結(jié)構(gòu)和元素的化學價態(tài)等重要信息，如無定形態(tài)、石墨態(tài)、金剛石和碳化硅中的碳，但雖然同是碳，由于它們的電子能級精細結(jié)構(gòu)不同，譜中的預(yù)電離精細結(jié)構(gòu)也不同，以此可鑒別之。 （3）廣延精細結(jié)構(gòu)。從電離損失峰向更高能量損失的數(shù)百電子伏范圍內(nèi)，還存在微弱的振蕩，稱為廣延精細結(jié)構(gòu)（EXELFS）。它是樣品中近鄰原子之間由電離而被激發(fā)的電子幾率波的散射和位相干涉（散射波和被激發(fā)的電子幾率波之間的干涉）所產(chǎn)生的。它能提供近鄰原子的距離及其性質(zhì)等信息。廣延精細結(jié)構(gòu)對于非晶態(tài)和短程有序材料的研究將是非常有用的。 廣延精細結(jié)構(gòu)的原理與X射線吸收譜精細結(jié)構(gòu)（EXAFS）的原理基本相同，但由于X射線通量比電子束通量小4～5個數(shù)量級，所以進行EXAFS分析需要強功率的X射線激發(fā)源，如同步輻射源。故EXELFS較EXAFS經(jīng)濟。EXELFS分析能方便地在配有電子能量損失譜儀的分析電鏡中進行，得到的有關(guān)信息還可以和透射電子顯微鏡所提供的形貌、結(jié)構(gòu)等綜合起來加以分析，這是EXAFS方法無法比擬的。 19.4.3.3能量過濾成像 電子能量損失譜儀除了能對薄試樣的微區(qū)進行上述的定點化學成分分析外，還能通過選擇接收具有一定能量損失的電子成像，在掃描單元的顯示器上可以看到該能量損失對應(yīng)元素的面分布，圖像上較亮的區(qū)域表明該區(qū)中此元素的含量較高。

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