材料性能测试技术

课程英文名称：Testing Techniques of Material Property 课程编号：0322144002 课程计划学时： 学分：4 课程简介：

本课程是我院材料物理专业的专业基础课程。通过本课程的学习，使学生掌握材料分析测试方法的基本原理，了解各种分析仪器的基本结构与工作原理，并对各种分析仪器的在材料分析研究中应用有个基本了解，以培养学生使用分析测试方法为材料科学研究服务。为以后从事材料测试领域的工作打下扎实的基础。

一、课程教学内容及教学基本要求

第一章 X射线的物理学基础

本章重点：X射线谱，连续谱，特征谱产生机理、X射线与物质的相互作用、X射线衰减规律 难点：X射线衰减规律

本章要求掌握X射线谱（考核概率20%）、X射线的吸收（考核概率25%）、X射线衰减规律（考核概率50%）。了解X射线产生条件及X射线管、选靶与滤波片。主要内容：

1．X射线在电磁波谱中的波段， X射线的本质； 2．X射线产生条件及X射线管； 3．X射线谱，连续谱，特征谱产生机理；

4．X射线与物质的相互作用，相干散射，非相干散射，X射线的吸收，吸收系数，吸收限，X射线衰减规律及其在实际中的应用，选靶与滤波片。

5．X射线的防护。

第二章 X射线衍射原理

本章重点：晶体几何学，布拉格方程与讨论；倒易点阵，定义与性质，衍射矢量方程；爱瓦尔德图解；三种衍射方法。

难点：倒易点阵，定义与性质，衍射矢量方程；爱瓦尔德图解

本章要求掌握布拉格方程与讨论、（考核概率60%）、衍射矢量方程，爱瓦尔德图解、（考核概率100%）、三种衍射方法（考核概率30%）。了解多晶体衍射强度，多重性因子，罗仑兹因子，吸收因子，温度因子，粉末衍射强度，积分强度。主要内容：

1．倒易点阵 2．布拉格方程

3．衍射矢量方程，爱瓦尔德图解 4．三种衍射方法

5．一个晶体的衍射与干涉函数 6．粉末多晶衍射强度

第三章 多晶体X射线衍射分析方法

本章重点：粉末照相法（德拜照相法）； X射线衍射仪法；衍射仪的测量方法与实验参数，衍射线的指标化 难点：无

本章要求掌握粉末照相法（德拜照相法）； X射线衍射仪法（考核概率10%）。主要内容：

1．德拜照相法 2．X射线衍射仪法

第四章 X射线衍射方法的实际应用

本章重点：点阵常数测量中的误差来源，点阵常数的精确测定定性分析的原理和分析思路；粉末衍射卡的组成； PDF卡片的索引；物相定性分析方法；物相定量分析方法；X射线应力测定原理，单轴应力测定原理，平面应力测定原理

难点：点阵常数的精确测定定性分析的原理和分析思路；物相定量分析方法

本章要求掌握点阵常数的精确测定定性分析的原理和分析思路（考核概率40%）、物相定性分析方法物相定量分析方法（考核概率30%）、X射线应力测定原理（考核概率10%）。了解实验方法，衍射仪法，应力仪法实验精度的保证及测试原理的适用条件。主要内容：

1．点阵常数的精确测定 2．X射线物相分析 3．宏观应力测定

第五章 透射电子显微镜的结构

本章重点：电子波与电磁透镜；电磁透镜的像差与分辨本领；电磁透镜的景深与焦长；透射电子显微镜的结构与成像原理，照明系统，成像系统，观察记录系统；主要部件（测角器、样品杆、消像散器、光栏）的结构与工作原理 难点：电磁透镜的景深与焦长

本章要求掌握电磁透镜的像差与分辨本领（考核概率20%）、电磁透镜的景深与焦长（考核概率60%）、透射电子显微镜的结构与成像原理（考核概率30%），了解透射电子显微镜的发展。主要内容：

1．电磁透镜

2．电磁透镜的像差与分辨本领 3．电磁透镜的景深与焦长 4．透射电子显微镜的结构 5．透射电子显微镜的主要部件 6．透射电子显微镜的发展

第六章 电子衍射

本章重点：电子衍射原理，布拉格方程、倒易点阵、偏离矢量、电子衍射基本公式；电子显微镜中的电子衍射，有效相机常数，选区衍射，磁偏转角；单晶体电子衍射花样的标定；复杂电子衍射花样，高阶劳埃斑点，超点阵斑点、二次衍射斑点、孪晶斑点，菊池衍射花样。 难点：复杂电子衍射花样

本章要求布拉格方程、倒易点阵、偏离矢量、电子衍射基本公式（考核概率40%）、单晶体电子衍射花样的标定（考核概率30%）、了解复杂电子衍射花样（考核概率15%）。主要内容：

1．电子衍射原理

2．单晶体电子衍射花样的标定 3．多晶电子衍射图的标定 4．复杂电子衍射花样

第七章 电子显微图像

本章重点：质厚衬度；衍衬衬度；相位衬度 难点：质厚衬度；衍衬衬度；相位衬度

本章要求了解质厚衬度（考核概率10%）、衍衬衬度（考核概率10%）、相位衬度（考核概率10%）。主要内容：

1．质厚衬度原理 2．衍衬衬度 3．相位衬度 4．样品的制备

第八章 扫描电子显微镜与电子探针显微分析

本章重点：电子束与固体样品相互作用时产生的物理信号；扫描电子显微镜的结构和工作原理；扫描电子显微镜的主要性能；表面形貌衬度原理及其应用；原子序数衬度原理及其应用。电子探针仪的结构与工作原理，电子探针仪的分析方法及应用 难点：表面形貌衬度原理及其应用；原子序数衬度原理

本章要求掌握扫描电子显微镜的结构和工作原理（考核概率30%）、表面形貌衬度原理及其应用（考核概率30%）、原子序数衬度原理及其应用（考核概率30%）、电子探针仪的结构与工作原理衍衬衬度（考核概率10%）。主要内容：

1．电子束与固体样品相互作用时产生的物理信号 2．扫描电子显微镜的结构和工作原理 3．表面形貌衬度原理及其应用 4．原子序数衬度原理及其应用 5．电子探针X射线显微分析 6．扫描电子显微镜的发展

第九章 光谱分析简介

本章重点：光谱分析基本原理；原子光谱；分子光谱 难点：原子光谱；分子光谱

本章要求掌握光谱分析基本原理（考核概率20%）、原子光谱（考核概率30%）、分子光谱（考核概率30%）。主要内容：

1．光谱分析基本原理 2．原子光谱

3．分子光谱

第十章 其它显微分析方法简介

本章重点：扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜；X射线光电子能谱仪 难点：无

本章要求了解扫描隧道电子显微镜和原子力显微镜（考核概率20%）、X射线光电子能谱仪（考核概率15%）。主要内容：

1．扫描探针显微镜 2．X射线光电子能谱仪

二、教学内容学时分配一览表 教学内容 绪论 X射线的物理学基础 X射线衍射原理 多晶体X射线衍射分析方法 X射线衍射方法的实际应用 透射电子显微镜的结构 电子衍射 电子显微图像 扫描电子显微镜与电子探针显微分析 光谱分析简介 其它显微分析方法简介 合计 理论学时 2 4 6 4 6 4 6 4 6 6 4 52 实践学时 建议的教学组织形式、方法、手段 2 2 2 2 2 2 12 讲授 讲授（包含习题课） 讲授 讲授/实验 讲授/实验 讲授/实验 讲授/实验 讲授 讲授/实验 讲授 讲授/实验 三、大纲附录

1、建议教材：

黄新民主编《材料分析测试方法》，国防工业出版社，北京，2006，1。 2、参考书目：

周玉主编《材料分析测试技术》，哈尔滨工业大学出版社，哈尔滨，1998，8。 谈育铣煦编《材料研究方法》，机械工业出版社，北京，2004，6. 3、有关说明：

（1）与其他课程的关系：

本课程的先修课是大学物理与材料科学基础。联系较多的是大学物理中的光、波、电部分以及材料科学基础中晶体结构、晶体缺陷等部分。材料科学基础中的有关内容，在本课程中均属应用，未有重复。本课程应着重讲授运用各种仪器研究分析材料结构成分等有关内容。 （2）本课程的课程建设

本课程是材料物理专业的一门专业基础课，在于使学生具备材料结构分析表征所需的基础理论、基

础知识和基本技能。 学习本课程应使学生达到的要求

了解X射线衍射和透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和光谱分析在材料科学领域中所能解决的问题及其基本原理和方法。

读懂一般专业文献中的X射线衍射、TEM和SEM分析的图象、图片与结果。

能与从事X射线衍射、TEM和SEM分析的专业技术人员共同讨论在材料科学研究方面的实验方案和分析实验结果。

为从事X射线衍射、TEM和SEM分析工作打下初步基础。

在重点学习X射线衍射、TEM和SEM分析后进一步了解其它分析方法。 （3）考核方式：

闭卷考核（试卷成绩占80%，平时成绩20%）。平时成绩按照课堂出勤情况和实验情况综合给出。