材料科学与工程学院本科课程教学大纲

材料科学与工程学院本科课程教学大纲 1 材料近代分析测试方法课程教学大纲课程名称：材料近代分析分析测试方法课程编号：02100060 英文名称：Methods of Analysis and Measurement for Materials 学时：64 学时学分：4 学分开课学期：第六学期适用专业：金属材料工程，无机非金属材料，材料物理课程类别：必修课课程性质：专业基础课先修课程：普通物理，材料科学基础教材：《材料近代分析测试方法》常铁军等主编哈尔滨工程大学出版社一、课程的性质及任务本课程是针对材料类专业本科生而开设专业基础课。目的是使学生掌握材料主要分析技术方法的基本原理和应用，了解较先进的材料分析方法和应用。培养学生的材料微观组织结构分析测试及研究的能力。通过学习使学生掌握 X 射线衍射和电子显微技术的基础理论，试验方法及基本技能；掌握X 射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜和电子探针等现代测试设备的结构及其在材料分析测试技术中的原理及试验方法。应用 X 射线衍射方法进行晶体结构的测定、物相分析、宏观应力测定；掌握透射电镜的复型和薄膜制备技术及电子衍射的原理，应用电子衍射对材料进行微观组织结构的分析，应用扫描电镜和电子探针对材料进行表面形貌和微观结构及成分进行分析。二、课程内容及学习方法 1、绪论 2、X 射线物理学基础 X 射线的本质；X 射线谱；连续X 射线谱，特征 ZX射线谱；X射线与物质相互作用；经典散射与经典散射强度；二次特征辐射；X 射线的衰减。 3、X 射线衍射的几何原理 X 射线衍射方向；布拉格定律；倒易点阵；倒易点阵的定义，倒易点阵的某些关系式，倒易点阵的性质倒易空间中表示衍射条件的矢量方程，埃瓦尔德图解；X 射线衍射强度；一个晶胞的散射振幅；结构因数的计算；粉末多晶的积分强度公式。 4、X 射线衍射束的强度材料分析测试方法课程教学大纲 2 一个电子对X 射线的散射；一个原子对X 射线的散射；单胞对 X 射线的散射；一个小晶体对 X 射线的散射；一个小晶体衍射的积分强度；粉末多晶体衍射的积分强度。5、X 射线衍射方法类型和发展；粉末照相法；粉末法成象原理，德拜－谢乐法；劳厄实验方法：劳厄法成象原理和衍射斑点分布规律；劳厄衍射花样指数化；多晶衍射仪法；测角器，探测器，计数电路，实验条件选择及试样制备。 6、多晶体的物相分析基本原理：PDF 卡片，PDF 卡片索引，分析方法，计算机自动检索；物相的定量分析原理和方法。 7、点阵常数的精确测定粉末衍射花样的指标化：立方晶体衍射花样的指标化，非立方晶体粉末衍射花样的指标化；点阵常数测量中误差的来源；照相法中θ测量误差的来源，衍射仪法中的测量误差；点阵常数精确测定的方法；标定物质的使用（内标法），精确的试验技术（straumanis 法），试验结果的数学处理方法。 8、X 射线应力测定 X 射线应力测定的基本原理；X 射线应力测定方法；X 射线应力测定仪法，常规衍射仪法。 9、电子光学基础 10、电子与物质的交互作用散射：原子核对电子的弹性散射，原子核对电子的非弹性散射，核外电子对入射电子的非弹性散射；高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息二次电子（SE），背散射电子（BE），吸收电子（AE），特征 X射线及俄歇电子，自由载流子形成所伴生效应，入射电子和晶体中电子云相互作用，入射电子和晶格相互作用，周期脉冲电子入射的电声效应，透射电子（TE）。 11、透射电子显微分析透射电镜的结构及应用：透射电镜的结构，透射电镜成象原理透射电镜的复型技术；电子衍射；电子衍射基本公式和相机常数，选区电子衍射，常见的几种电子衍射谱，电子衍射花样的标定；金属薄膜的透射电子显微分析，金属薄膜样品的制备，薄晶体样品的衍衬成象原理。 12、扫描电子显微分析扫描电镜工作基本原理，扫描电镜的结构，扫描电镜的主要性能，样品制备；扫描电镜在材料研究中的应用；表面形貌衬度及其应用，电子背散射衬度及其应用。 13、X 射线能量色散谱分析 X 射线能量色散谱仪的分析原理、实验方法和应用。 14、电子能量损失谱分析材料科学与工程学院本科课程教学大纲 3 电子能量损失谱仪的分析原理、实验方法和应用。 15、电子显微分析技术的新进展三、课程的教学要求 1、绪论 2、X 射线物理学基础掌握 X 射线的本质、连续X 射线谱，特征X 射线谱、X 射线与物质相互作用、经典散射与经典散射强度；二次特征辐射；X射线的衰减。 3、X 射线衍射的几何原理掌握布拉格定律、倒易点阵的定义，了解倒易点阵的某些关系式，倒易点阵的性质倒易空间中表示衍射条件的矢量方程，掌握埃瓦尔德图解。 4、X 射线衍射束的强度理解一个电子对 X 射线的散射、一个原子对 X 射线的散射、单胞对 X 射线的散射；掌握结构因子计算；理解一个小晶体对 X 射线的散射；一个小晶体衍射的积分强度；粉末多晶体衍射的积分强度。 5、X 射线衍射方法了解类型和发展；粉末照相法；粉末法成象原理，德拜－谢乐法；劳厄实验方法：劳厄法成象原理和衍射斑点分布规律；劳厄衍射花样指数化；掌握多晶衍射仪法；了解测角器，探测器，计数电路，实验条件选择及试样制备。 6、多晶体的物相分析掌握基本原理，了解 PDF 卡片，PDF 卡片索引，掌握物相的定性和定量分析原理和方法。 7、点阵常数的精确测定掌握立方晶体衍射花样的指标化；理解点阵常数测量中误差的来源；照相法中θ测量误差的来源，衍射仪法中的测量误差；掌握点阵常数精确测定的方法 8、X 射线应力测定理解 X 射线应力测定的基本原理；掌握 X 射线应力测定方法。 9、电子光学基础理解电子光学的原理。 10、电子与物质的交互作用理解原子核对电子的弹性散射，原子核对电子的非弹性散射，核外电子对入射电子的非弹性散射；高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息。二次电子（SE），背散射电子（BE），吸收电子（AE），特征 X 射线及俄歇电子，自由载流子形成所伴生效应，入射电子和晶体中电子云相互作用，入射电子和晶格相互作用，周期脉冲电子入射的电声效应，透射电子（TE）。 11、透射电子显微分析材料分析测试方法课程教学大纲 4 了解透射电镜的结构、成象原理透射；掌握电子衍射和电子衍射花样的标定；理解薄膜的透射电子显微分析，薄晶体样品的衍衬成象原理。 12、扫描电子显微分析理解扫描电镜工作基本原理，扫描电镜的结构，扫描电镜的主要性能，样品制备；扫描电镜在材料研究中的应用；掌握表面形貌衬度及其应用。 13、X 射线能量色散谱分析了解 X 射线能量色散谱仪的分析原理、实验方法和应用。 14、电子能量损失谱分析了解 X 射线电子能量损失谱仪的分析原理、实验方法和应用。 15、电子显微分析技术的新进展了解电子显微分析技术的新进展。四、课程学时分配讲课内容学时 1、绪论 1 2、X 射线物理学基础 3 3、X 射线衍射的几何原理 3 4、X 射线衍射束的强度 5 5、X 射线衍射方法 5 6、多晶体的物相分析 5 7、点阵常数的精确测定 4 8、X 射线宏观应力测定 2 9、电子光学基础 4 10、电子与物质的交互作用 2 11、透射电子显微分析 8 12、扫描电子显微分析 4 13、X 射线能量色散谱分析 2 14、电子能量损失谱分析 4 15、电子显微分析技术的新进展 2 实验 10 合计 64 五、课程习题要求本课程习题的基本要求是：巩固课堂讲授的理论知识和基本概念。锻炼独立思考和分析问题的能力。习题分量占自学时间的四分之一，具体数量视习题难易程度材料科学与工程学院本科课程教学大纲 5 而定。六、课程的实验内容与要求实验内容： 1、X 射线衍射仪介绍、立方结构指标化及点阵常数的精确测定 2、X 射线物相定性和量相分析 3、透射电镜结构、薄膜样品制备及图像观察 4、扫描电镜结构原理、操作及断口形貌的观察分析 5、单晶体电子衍射实验分析及衍射斑点标定实验目的：验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识。培养学生材料分析的能力。实验要求：通过实验，培养运用所学理论解决实际问题的能力，分析和综合实验结果的能力。在实验中培养学生严肃认真的态度和踏实细致、实事求是的作风。能整理分析实验数据、绘制曲线并写出整洁的、条理清楚的、内容完整的实验报告。七、课程主要参考书范雄《X 射线金属学》机械工业出版社李树堂《X 射线衍射学》冶金工业出版社常铁军、祁欣《材料近代分析方法》哈工大 2000 年周玉《材料分析方法》哈工大 2001 年 R W 卡恩等编《材料科学与技术丛书》2A卷科学出版社 2000年廖乾初《扫描电子显微镜及其应用》冶金出版社 1996年制定人：王天生张静武傅万堂刘世民审定人：付瑞东赵玉成批准人：杨庆祥 2005 年 3 月