材料分析方法课程教学大纲（本科）

材料分析方法课程教学大纲课程名称：材料分析方法课程编号：16118626学时/学分：56/3.5开课学期：5适用专业：材料科学与工程课程类型：学科与专业基础必修课一、课程说明本课程是材料科学与工程专业的学科与专业基础必修课。课程教学以材料结构分析原理、仪器结构原理及测试技术为主线，选择X射线衍射、电子衍射、电子显微及其它材料分析新技术为重点教学内容，着重讲授这些分析方法的基本原理及其在材料科学与工程中的应用。通过本课程的学习，要求学生重点掌握X射线衍射、电子衍射和电子显微成像基本原理及相关测试分析技术，了解材料分析方法的新进展和发展趋势，深入理解材料晶体结构、显微组织与性能之间的相互关系，具备利用有关材料测试分析方法开展材料科学研究、解决材料工程相关问题的能力。二、课程对毕业要求的支撑毕业要求1工程知识：具有数学、自然科学、工程基础和材料专业知识，并能够将其应用于解决本专业的复杂工程问题。指标点15掌握材料制备、生产、应用的基本原理和相关知识，并结合数学、自然科学、工程基础知识，用于解决本专业的复杂工程问题。毕业要求3设计/开发解决方案：能够综合运用基础理论知识和技术，设计针对材料复杂工程问题的解决方案，并能够体现创新意识，兼顾社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。指标点3.1：系统掌握设计材料工程问题解决方案所需的技术手段和基本的创新方法，能够明确设计任务的需求，并具有提出解决方案的基本能力。毕业要求4研究：掌握材料结构和性能的分析方法、实验设计和材料的制备与加工工艺，具备设计和开展实验的能力，并能对实验结果进行有效分析并得到合理有效的结论。指标点42掌握材料表征与分析的方法和相关仪器，能够根据材料研究的需求选择不同仪器、测试参数，并能够通过查阅资料对研究数据进行分析，得到合理有效的结论。三、课程的教学目标.掌握X射线衍射、电子衍射和电子显微成像基本原理；.掌握材料晶体结构和微观组织测试分析方法；3.理解理解材料晶体结构、显微组织与性能之间的相互关系，了解材料分析方法的新进展和发展趋势。四、课程基本内容和学时安排绪论（2学时）知识点：材料的组织结构与性能的关系，材料分析方法的分类与应用，材料分析技术的发展趋势，本课程的主要内容与学习要求；重点：材料分析方法的分类与应用。第1章：X射线物理学基础（2学时）知识点：X射线的本质，X射线与物质的相互作用，X射线相干散射，连续X射线，特征X射线，X射线吸收限，X射线荧光效应和俄歇效应；重点：X射线的本质和X射线相干散射；难点：X射线与物质的相互作用第2章：X射线的衍射方向（4学时）知识点：晶体几何学中点阵、晶向指数、晶面指数、晶胞以及晶系的基本概念。布拉格方程导出和布拉格方程的物理意义。在讲授布拉格方程的物理意义的过程中，强调衍射、反射级数、干涉面指数和选择反射等概念；重点：布拉格方程的导出；难点：布拉格方程的物理意义。第3章：X射线的衍射强度（6学时）知识点：X射线多晶衍射谱的形成以及单位晶胞对X射线的散射和晶体结构因子的导出等。应补充倒易点阵和衍射矢量方程等知识；在布拉格方程和衍射矢量方程的基础上，引出表示衍射线方向的图解的表达形式一一厄瓦尔德作图。让学生学会使用晶体结构因子的基本公式来讨论各种晶体结构的不同晶面的衍射强度问题；学生应对X射线多晶衍射的积分强度公式中的各个参数所代表的物理意义有明确的了解；重点：倒易点阵原理及物理意义，衍射矢量方程和晶体结构因子的物理意义，厄瓦尔德图解法；难点：晶体结构因子的导出及应用。第4章：X射线多晶体分析方法（2学时）知识点：德拜照相法的基本原理及其相关问题。X射线发生器、测角仪的构造及工作原理。让学生学会怎样进行德拜照相及怎样对德拜衍射花样进行d值标定；同时应让学生了解X射线衍射仪的基本结构和工作原理及其与德拜照相法的异同；重点：德拜照相法的基本原理。难点:德拜衍射花样进行d值标定。第5章：X射线物相分析（4学时）知识点：X射线物相定性和定量分析的基本原理和具体应用。学生应该对PDF卡片有全面的认识；掌握物相定性分析的两种方法和基本程序；掌握物相定量分析的单线条法、内标法和K值法；重点：X射线物相定性和定量分析的基本原理；难点:X射线衍射物相定量分析基本公式的导出和应用。第6章：X射线点阵参数精确测定（4学时）知识点：精确测定点阵参数时为什么要选择高角度衍射线条以及最小二乘法测定点阵参数的基本原理和主要优点；举例说明用最小二乘法精确测定点阵参数的具体用法；扼要说明非晶态物质的X射线衍射谱的特点；重点：精确测定点阵参数的基本原理；难点：最小二乘法精确测定点阵参数的具体用法。第7章：X射线宏观残余应力测定（4学时）知识点：材料宏观残余应力的分类及产生原因、对材料性能的影响及其X射线衍射的特征；讲清楚X射线宏观残余应力测定的基本原理及宏观残余应力测定的基本公式的具体用法；让学生自习X射线宏观残余应力测定的两种方法即同倾法和侧倾法；重点：X射线宏观残余应力测定的基本原理及宏观残余应力测定的基本公式的具体用法；难点：X射线宏观残余应力测定的基本公式的导出。第8章：多晶体织构的测定（4学时）知识点：织构的定义及种类；要求学生基本掌握织构的极图、反极图和三维取向分布函数等三种表示方法;初步了解丝织构指数、极图和反极图的测定；重点：极射赤面投影法；难点：极射赤面投影法的特点及乌氏网概念的理解。第9章：电子光学基础（2学时）知识点：电子波的特性及电磁透镜对电子流的聚焦原理；说明电磁透镜的分辨本领主要决定于球差和衍射；强调电磁透镜的大景深和长焦长等特点。要求学生掌握电子光学的一些基本概念；重点：电磁透镜对电子流的聚焦原理；难点：电磁透镜的分辨本领。第10章：透射电子显微镜（2学时）知识点：透射电镜的结构和成像原理；成像系统中各种透镜的作用和特点；强调透射电镜的两种基本功能即高倍放大和电子衍射的光路设置；说明各种光阑在光路中的位置及作用；应补充有关场发射电子枪的基本知识；重点：透射电镜的结构和工作原理；难点：透射电镜的两种工作模式。第11章：电子衍射（6学时）知识点：用2个学时讲授电子衍射基本原理和电子衍射与X射线衍射的异同；了解电子衍射谱形成原理与种类，熟悉电子衍射谱获取的一般方法。重点让学生掌握单晶、多晶和非晶物质的电子衍射花样的基本特征以及晶带定理、零层倒易截面、偏移矢量和倒易点阵扩展等基本概念，尤其要让学生掌握电子衍射基本公式的物理意义；用2个学时讲授实际透射电镜中的电子衍射。强调有效相机常数、选区电子衍射和磁转角等基本概念，让学生掌握单晶体电子衍射花样的标定方法，尤其是要掌握已知相机常数和晶体结构条件下的电子衍射花样的标定方法；对复杂的电子衍射花样如超点阵斑点、挛晶斑点、高阶劳厄斑点和二次衍射斑点等应有所提及；重点是：电子衍射基本公式的推导和具体应用；难点是：电子衍射花样的标定。第12章：晶体薄膜衍衬成像分析（4学时）知识点：掌握晶体薄膜样品的制备工艺；强调薄膜样品制备的关键性和重要性；晶体薄膜衍衬成像基本原理以及明场像、暗场像和消光距离等基本概念；扼要讲解电子衍衬运动学，让学生知道等厚条纹和等倾条纹的成因；了解晶体结构中的三种主要缺陷；重点：晶体薄膜衍衬成像基本原理以及明场像、暗场像和消光距离等基本概念；难点：电子衍衬运动学。第13章：扫描电子显微镜和电子探针（2学时，一般性介绍）知识点：扫描电子显微镜和电子探针的结构、工作原理和主要用途。第14章：电子背散射衍射分析技术（4学时）知识点：电子背散射衍射分析技术的简介；电子背散射衍射的基本原理；电子背散射衍射系统的组成；电子背散射衍射的基本应用；重点：电子背散射衍射的工作原理及菊池带的产生；难点：电子背散射衍射花样标定。第15章：其它分析方法（2学时，一般性介绍）知识点：扼要介绍离子探针分析仪、二次离子质谱仪、低能电子衍射、俄歇电子能谱仪、场离子显微镜、原子探针、X射线光电子能谱仪、扫描隧道显微镜和原子力显微镜等的结构、工作原理、特点和主要用途。本课程全部内容串讲（2学时）课程学习自我梳理（2学时）序号章节内容教学模式对应毕业要求指标点对应课程教学目标1绪论授课2学时1.51,32第1章：X射线物理学基础授课2学时1.513第2章：X射线的衍射方向授课3学时；讨论1学时1.5,3.1,4.214第3章：X射线的衍射强度授课5学时；讨论1学时1.5,3.1,4.225第4章：X射线多晶体分析方法懒2聊3.1,4.22,36第5章：X射线物相分析W2W习题2学时3.1,4.22,37第6章：X射线点阵参数精确测定授课2学时；习题2学时3.1,4.22,38第7章：X射线宏观残余应力测定授课2学时；习题2学时3.1,4.22,39第8章：多晶体织构的测定授课2学时；习题2学时1.5,3.1,4.22,310第9章：电子光学函出魁2聊1.5111第10章：透射电子显微镜^^2学时1.51,212第11章：电子衍射授课4学时；习题2学时1.5,3.1,4.21,213第12章：晶体薄膜衍衬成像分析授课2学时；习题2学时3.1,4.21,2,314第13章：扫描电子显微镜和电子探针W2W3.1,4.21,2,315第14章：电子背散射衍射分析技术授课2学时；习题2学时1.5,3.1,4.21,2,316第15章：其它分析方法授课2学时3.1,4.22,317课程全部内容串讲互动式授课2学时1.5,3.1,4.21,2,318课程学习自我梳理学生分小组进行，每10人1小组，2学时4.21,2,3合计56学时五、结合理论教学的实践教学内容与要求.实验（无）.课程设计（无）六、先修课程普通物理、高等数学、材料科学基础七、建议教材或参考书教材:《材料分析方法》（第3版）周玉，机械工业出版社，2011参考书：J《材料分析检测技术》，谷亦杰、宫声凯，中南大学出版社，20092《材料结构表征及应用》，吴刚，化学工业出版社，20023《晶体X射线衍射学基础》(第1版)李树棠，冶金工业出版社，19904《材料结构电子显微分析》(第1版)刘文西，天津大学出版社，1989八、考核方式和要求课程成绩(100%)期末考试成绩(50%)考试形式开卷；满分100分；考试时间：100分钟。内容及比例X射线衍射、电子衍射及电子显微分析原理占60%左右、材料分析技术及应用占40%左右。题型及比例填空题20%,判断题10%,选择题10%,名词解释15%,简答题15%,分析计算题30%o考勤及课堂表现(10%)满勤，课堂表现好(10分)旷课1次扣2分；迟到、早退、课堂表现差等每次扣1分；本项最多扣10分。作业(20%)共4次课程学习自我梳理(20%)1次九、课程教学目标与毕业要求关系表：^.J教学目标|毕业要求123指标点1.5q指标点3.1q指标点4.2q十、课程的评价与持续改进机制课程考核结束后，任课教师对本课程的毕业要求达成度进行相应的分析。主要根据学生的课程考试试卷、平时作业和考勤情况进行分析。学院本科教学工作委