各种材料学分析测试技术总结

精品文档 1欢迎下载 原理 OM 光学显微镜 optical microscope 显微镜是利用凸透镜的放大成像原理 将人眼 不能分辨的微小物体放大到人眼能分辨的尺寸 其主要是增大近处微小物体对眼睛的张角 视 角大的物体在视网膜上成像大 用角放大率 M 表示它们的放大本领 大于 0 2nm 看不清亚结构 EDS 能谱仪 Energy Dispersive Spectrometer 分为点 线 面扫 map 各种元素具有自己的 X 射线特征波长 特征波 长的大小则取决于能级跃迁过程中释放出的特 征能量 E 能谱仪就是利用不同元素 X 射线光 子特征能量不同这一特点来进行成分分析的 探头 一般为 Si Li 锂硅半 导体探头 探测面积 几平方毫米 分辨率 MnKa 133eV SEM 扫描电子显微镜 scanning electron microscope 利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态 即用极狭窄的电子束去扫描样品 通过电子束 与样品的相互作用产生各种效应 其中主要是 样品的二次电子发射 介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性 貌观察手段 当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面 可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像 利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描 激 发出各种物理信息 通过对这些信息的接受 放大 和显示成像 获得测试试样表面形貌的观察 其工作原理是用一束极细的电子束扫描样品 在样 品表面激发出次级电子 次级电子的多少与电子束 入射角有关 也就是说与样品的表面结构有关 次 分辨率 3 4nm 放大倍数 20 万倍 特征 X 射线 背散射电子的 产生过程均与样品原子性质 有关 可用于成分分析 由于电子束只能穿透很浅表 精品文档 2欢迎下载 时 被激发的区域将产生二次电子 俄歇电子 特征 x 射线和连续谱 X 射线 背散射电子 透 射电子 以及在可见 紫外 红外光区域产生 的电磁辐射 SEM 是利用电子和物质的相互作用 可以获取 被测样品本身的各种物理 化学性质的信息 如形貌 组成 晶体结构 电子结构和内部电 场或磁场等等 主要是利用二次电子信号成像 来观察样品的表面形态 即用极狭窄的电子束 去扫描样品 通过电子束与样品的相互作用产 生各种效应 其中主要是样品的二次电子发射 级电子由探测体收集 并在那里被闪烁器转变为光 信号 再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控 制荧光屏上电子束的强度 显示出与电子 束同步 的扫描图像 图像为立体形象 反映了标本的表面 结构 面 只能用于表面分析 有很大的景深 视野大 成 像立体 可直接观察表面的 细微结构 试样制备简单 目前的扫描电镜都配有 X 射 线能谱仪装置 这样可以同 时进行显微组织性貌的观察 和微区成分分析 TEM 透射电镜 transmission electron microscope 把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样 品上 电子与样品中的原子碰撞而改变方向 从而产生立体角散射 散射角的大小与样品的 密度 厚度相关 因此可以形成明暗不同的影 像 影像将在放大 聚焦后在成像器件上显示 出来 与光学显微镜的成像原理基本一样 所不同的是前 者用电子束作光源 用电磁场作透镜 透射电镜是以电子束透过样品经过聚焦与放大后所 产生的物像 投射到荧光屏上或照相底片上进行 观察 0 2nm 近百万倍 亚显微结构 超微结构 精品文档 3欢迎下载 由于电子波长非常短 透射电子显微镜的分辨 率比光学显微镜高的很多 可以达到 0 1 0 2nm 放大倍数为几万 百万倍 SEM 是电子束激发出表面次级电子 而 TEM 是穿透 试样 而电子束穿透能力很弱 所以 TEM 样品要求很 薄 使用透射电子显微镜可以用 于观察样品的精细结构 甚 至可以用于观察仅仅一列原 子的结构 比光学显微镜所 能够观察到的最小的结构小 数万倍 精品文档 4欢迎下载 sem tem 区别 SEM 的样品中被激发出来的二次电子和背散射 电子被收集而成像 TEM 可以表征样品的质厚 衬度 也可以表征样品的内部晶格结构 TEM 的分辨率比 SEM 要高一些 SEM 样品要求不算严苛 而 TEM 样品观察的部 分必须减薄到 100nm 厚度以下 一般做成直径 3mm 的片 然后去做离子减薄 或双喷 TEM 可以标定晶格常数 从而确定物相结构 SEM 主要可以标定某一处的元素含量 但无法准确测定 结构 SEM 是扫描电镜 所加电压 比较低 只是扫描用的 相 当于高倍的显微镜 TEM 是透 射电镜 所加电压高 可以 打透样品 HRTEM 高分辨透射电镜 High resolution transmission electron microscope 高分辨电镜物镜极靴间距比较小 所以双倾台 的转角相对于分析型的电镜要小一些 HRTEM 是透射电镜的一种 将晶面间距通过明 暗条纹形象的表示出来 通过测定明暗条纹的 间距 然后与晶体的标准晶面间距 d 对比 确 定属于哪个晶面 这样很方便的标定出晶面取 向 或者材料的生长方向 用 HRTEM 研究纳米颗粒可以通过结合高分辨像 和能谱分析结果来得到颗粒的结构和成分信息 类 TEM 精品文档 5欢迎下载 EPMA 波谱 背散 射电子 成像 BSE 电子探针显微分 析仪 electron probe micro analyzer electronic probe wavelength energy dis persive spectrometry 通过电磁线圈把电子束压缩的很细 可以想象 成一个针尖 所以叫电子探针 一般电子探针 特指配备了 3 5 道波谱系统 具有光学显微镜 定位试样分析位置 满足罗兰圆需求 布拉格 衍射原理 的微区分析仪器 电子探针 EPMA 有其独特的优势特点 是 SEM EDS 或 SEM WDS 所不能取代的 高速运动电子束经电磁透镜聚焦成极细的探针 0 2 m 到 1 m 打在试样上 激发微区产生特征 X ray 再经 X ray 光谱仪 WDS 或能谱仪 EDAX EDS 测量特征 X ray 的波长或能量 达 到分析微区成分的目的 运用电子探针发射具有 10 3 10 4 量级电子伏的 电子微束 轰击固体试样表面的微区 激发其中的 原子产生表微成分的物理信息 电子激发特征 X 射 线 用波谱仪 WDS 分析特征性 X 射线的波长 或 用能谱仪 EDS 分析特征性 X 射线的能量 由于 X 射线的波长与能量的关系为 1 2396 E 式中波长 的单位为纳米 能量 E 的单位是千电子 伏 据此可以达到对微区中某种元素成分 含量范 围进行定量分析的目的 能分析微区 微粒 1 m3 成份 其他方法多为分析平 均成份 z 被测元素绝对感 量可达 10 14gz 测量的相对 灵敏度可达万分之一 z 分析 元素范围 电子探针 光谱仪 Z 11 Na 92 U 特殊 Z 4 Be 92 U 能谱仪 Z 12 Mg 92 U 目 前超薄窗口应用后可以达到 Be 配合扫描附件时 可将形貌 和成份分布显现出来 z 非破 坏性测试 制样简单 断口 金相磨片 z 相对可见光 谱线简单 分析方便 z 能鉴别其他化学方法难分 精品文档 6欢迎下载 辨的稀土 背散射 电子像 背散射电子像是在扫描电子显微镜中 通过电 子枪产生的电子 经过加速磁场 偏转磁场后 照射到待检测的样品表面 待检测样品会反射 一部分的电子 在扫描电子显微镜的工作镜腔 里的背散射电子探头就会检测到这些被反射的 电子 进而在检测器上所成的像 电子照射到待测样品的过程中 样品能发射一部分 电子 背散射电子探头就会检测到这些电子 从而 产生相应的电信号 通过放大电路之后 在对其进 行相应的转换 后在检测器上显示相应待检测样品 表面的相关信息图像 BSE 背散射电子成像 Back scattered Electron Imaging 背散射电子成像的衬度是由于原子序数的不同 引起的 所以背散射电子一般用于区别不同的 相 用来看金相试样的不同区 依托扫描电镜的一种电子成像技术 它的成像 原理和特点非常适合用来研究那些表皮尚存的 各类笔石标本 是二次电子成像 SEM 无法替 代的 当前 BSE 图象显示了许多以往其他途径 无法观察到的笔石微细结构 特别是笔石复杂 的始端发育特征 背散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的一 部分入射电子 其中包括弹性背散射电子和非弹性 背散射电子 1 能量很高 有相当部分接近入 射电子能量 E 0 在试样中产生的范围大 像的 分辨率低 背散射电子发射系数 I B I 0 随 原子序数增大而增大 作用体积随入射束能量增 加而增大 但发射系数变化不大 背散射电子 back scattered electron 当电子束照射样品时 入射电子在样品内遭到衍射 时 会改变方向 甚至损失一部分能量 在非弹性 散射的情况下 在这种弹性和非弹性散射的过程 中 有些入射电子累积散射角超过 90 度 并将重 精品文档 7欢迎下载 新从样品表面逸出 那么背散射电子就是由样品反 射出来的初次电子 XRD X 射线衍射 X ray diffraction 通过对材料进行 X 射线衍射 分析其衍射图谱 获得材料的成分 材料内部原子或分子的结构 或形态等信息的研究手段 应用已知波长的 X 射线来测量 角 从而计算 出晶面间距 d 这是用于 X 射线结构分析 另 一个是应用已知 d 的晶体来测量 角 从而计 算出特征 X 射线的波长 进而可在已有资料查 出试样中所含的元素 在用电子束轰击金属 靶 产生的 X 射线中 包含与 靶中各种元素对应的具有特定波长的 X 射线 称为 特征 或标识 X 射线 X 射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃 迁而产生的光辐射 主要有连续 X 射线和特征 X 射 线两种 晶体可被用作 X 光的光栅 这些很大数目 的粒子 原子 离子或分子 所产生的相干散射将 会发生光的干涉作用 从而使得散射的 X 射线的强 度增强或减弱 由于大量粒子散射波的叠加 互相 干涉而产生最大强度的光束称为 X 射线的衍射线 满足衍射条件 可应用布拉格公式 2dsin n X 射线衍射 包括散射 已经 成为研究晶体物质和某些非 晶态物质微观结构的有效方 法 1 物相分析 是 X 射线衍射 在金属中用得最多的方面 分定性分析和定量分析 前 者把对材料测得的点阵平面 间距及衍射强度与标准物相 的衍射数据相比较 确定材 料中存在的物相 后者则根 据衍射花样的强度 确定材 料中各相的含量 2 精密测定点阵参数 常用 于相图的固态溶解度曲线的 精品文档 8欢迎下载 测定 3 取向分析 包括测定单晶 取向和多晶的结构 见择优 取向 DSC 差示扫描量热法 differential scanning calorimetry 在程序控制温度下 测量输给物质和参比物的 功率差与温度关系的一种技术 DSC 和 DTA 仪器装置相似 所不同的是在试样和参 比物容器下装有两组补偿加热丝 当试样在加热过 程中由于热效应与参比物之间出现温差 T 时 通 过差热放大电路和差动热量补偿放大器 使流入补 偿电热丝的电流发生变化 当试样吸热时 补偿放 大器使试样一边的电流立即增大 反之 当试样放 热时则使参比物一边的电流增大 直到两边热量平 衡 温差 T 消失为止 试样在热反应时发生的热量变化 由于及时输入电 功率而得到补偿 所以实际记录的是试样和参比物 下面两只电热补偿加热丝的热功率之差随时间 t 的 变化关系 如果升温速率恒定 记录的也就是热功 率之差随温度 T 的变化关系 在发生热效应时 试样与参 比物及试样周围的环境有较 大的温差 它们之间会进行 热传递 降低了热效应测量 的灵敏度和精确度 到目前为止的大部分差热分 析技术还不能进行定量分析 工作 只能进行定性或半定 量的分析工作 难以获得变 化过程中的试样温度和反应 动力学的数据 DSC 分析与差热分析相比 可以对热量作出更为准确的 定量测量测试 具有比较敏 精品文档 9欢迎下载 感和需要样品量少等特点 xrd 是 x 射线衍射 可以分析物相 SEM 是扫描电镜 主要是观察显微组织 TEM 是透射电镜 主要观察超限微结构 AES 是