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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