绪论无机非金属材料测试方法杨南如

1、无机非金属材料测试方法无机非金属材料测试方法 Inorganic Non-metal Material Testing Techniques 太原工业学院材料工程系太原工业学院材料工程系李 鹏（email：）TelQQ：409852628，办公地点：材料试验楼：107 P2绪论绪论本课程的任务和性质本课程的任务和性质1 1本课程的教学目的与要求本课程的教学目的与要求2 2测试技术的地位和作用测试技术的地位和作用3 3现代测试技术的发展趋势现代测试技术的发展趋势4 4本课程的的教学内容和教学计划本课程的的教学内容和教学计划5 5P3绪论绪论v人类文明发展的重要里程碑是随

2、着科学技术的不断进人类文明发展的重要里程碑是随着科学技术的不断进步，新型的材料不断出现。步，新型的材料不断出现。v改进现有材料和有效地使用材料，需要将先进的研究、改进现有材料和有效地使用材料，需要将先进的研究、测试方法不断地应用到各种材料深层次的研究上，以测试方法不断地应用到各种材料深层次的研究上，以便对材料的微观结构的各个层进行检测分析，探索材便对材料的微观结构的各个层进行检测分析，探索材料料组成组成- -结构结构- -性能性能- -制备制备之间的关系，分析影响材料之间的关系，分析影响材料特性的各种因素。特性的各种因素。v无疑，先进的研究、测试方法对材料科学发展是非常无疑，先进的研究、测试方

3、法对材料科学发展是非常重要的，因此材料科学工作者必须掌握、了解这些研重要的，因此材料科学工作者必须掌握、了解这些研究测试方法。究测试方法。v无机非金属材料测试方法是为适应材料科学进步而开无机非金属材料测试方法是为适应材料科学进步而开设的一门新课程。设的一门新课程。P4绪论绪论v一、本课程的任务和性质一、本课程的任务和性质v无机非金属材料测试技术是无机非金属材料测试技术是研究和解决如何测定无机研究和解决如何测定无机非金属材料的成份、结构和性能非金属材料的成份、结构和性能的一门学科。它是一的一门学科。它是一门门技术方法课技术方法课，是无机非法金属材料专业的一门重要，是无机非法金属材料专业的一门重要

4、的的专业技术课专业技术课。v近几十年来，随着我国科学技术的发展，高等院校、近几十年来，随着我国科学技术的发展，高等院校、研究单位和一些厂矿企业拥有越来越多的常规和特殊研究单位和一些厂矿企业拥有越来越多的常规和特殊的测试设备，这就要求我们高等院校尤其是理工科专的测试设备，这就要求我们高等院校尤其是理工科专业的毕业生了解并学会应用这些测试方法，以适应材业的毕业生了解并学会应用这些测试方法，以适应材料科学不断发展的要求。料科学不断发展的要求。任务任务性质性质P5绪论绪论v二、本课程的教学目的与要求二、本课程的教学目的与要求v1、本课程的教学目的本课程的教学目的 了解无机非金属材料常用的测试方法，了解

5、无机非金属材料常用的测试方法， 掌握一些常用测试方法的基本原理和基本知识，掌握一些常用测试方法的基本原理和基本知识， 以便能够合理选择和应用这些测试方法解决材料以便能够合理选择和应用这些测试方法解决材料研究和生产中遇到的实际问题。研究和生产中遇到的实际问题。P6绪论绪论v2、本课程的教学要求本课程的教学要求 (1) 掌握一些常用测试方法的基本原理及其应用范掌握一些常用测试方法的基本原理及其应用范围，能根据实际需要合理选择测试方法。围，能根据实际需要合理选择测试方法。 (2) 掌握这些测试方法对试样的要求及样品制备方掌握这些测试方法对试样的要求及样品制备方法，能按要求制备、发送合格的样品。法，能

6、按要求制备、发送合格的样品。 (3) 掌握测试结果的分析处理方法，能对测试结果掌握测试结果的分析处理方法，能对测试结果进行正确的分析处理，并据此解决材料研究和材料进行正确的分析处理，并据此解决材料研究和材料生产中的实际问题。生产中的实际问题。P7绪论绪论v 三、测试技术在材料科学与工程中的地位和三、测试技术在材料科学与工程中的地位和作用作用1、材料研究的必要手段、材料研究的必要手段2、材料研究水平的重要标志、材料研究水平的重要标志3、材料质量检测的必要手段、材料质量检测的必要手段地位和作用地位和作用P8绪论绪论v1、测试技术是材料研究必不可少的手段测试技术是材料研究必不可少的手段 使用使用性能

7、性能固有固有性质性质力学力学化学化学物理物理组成组成与结与结构构制备工制备工艺条件艺条件使用使用环境环境任何一种材料都是由一定的物质按一定的任何一种材料都是由一定的物质按一定的规律组合而成的，并具有一定的性质和功规律组合而成的，并具有一定的性质和功能，也就是说每种材料都具有一定的能，也就是说每种材料都具有一定的成分成分(化学、矿物成分化学、矿物成分)，结构结构和和性能性能。材料研究。材料研究实际上就是研究材料的实际上就是研究材料的成分、结构、性能成分、结构、性能及其关系以及它们与及其关系以及它们与工艺工艺之间的关系。要之间的关系。要对材料进行研究，首先必须解决如何测定对材料进行研究，首先必须解

8、决如何测定材料的成分、结构和性能的方法问题，这材料的成分、结构和性能的方法问题，这就跟过河必须首先解决桥或船的问题一样就跟过河必须首先解决桥或船的问题一样重要，一样的必不可少。如果连材料的成重要，一样的必不可少。如果连材料的成分、结构、性能都不能测定，那么材料研分、结构、性能都不能测定，那么材料研究就只能是一句空话。究就只能是一句空话。P9v检测过程检测过程 信号发生信号发生信号检测信号检测信号处理信号处理信号读出信号读出v分析仪器分析仪器 信号发生器信号发生器 检测器检测器 信号处理器信号处理器 读出装置读出装置使样品产生原始分析信号使样品产生原始分析信号将原始分析信号转换为更易于测量的信号

9、并加以检测将原始分析信号转换为更易于测量的信号并加以检测转变为可被人读出的信号被记录或显示出来转变为可被人读出的信号被记录或显示出来将被检测信号放大、运算、比较等将被检测信号放大、运算、比较等依据检测信号与材料的特征关系，分析、处理读出信号，即可实依据检测信号与材料的特征关系，分析、处理读出信号，即可实现材料分析的目的现材料分析的目的P10绪论绪论v(1) 仅凭肉眼不可能对材料的显微结构进行研究。仅凭肉眼不可能对材料的显微结构进行研究。v17世纪中期以前，显微镜还没有发明。人们只能凭肉世纪中期以前，显微镜还没有发明。人们只能凭肉眼来观察事物。由于人眼的分辨率有限（在眼来观察事物。由于人眼的分辨

10、率有限（在25cm的的明视距离内只能分辨相距明视距离内只能分辨相距0.1mm以上物点，即人眼的以上物点，即人眼的分辨率为分辨率为0.1mm），因此，不可能对材料的显微结构），因此，不可能对材料的显微结构进行研究。进行研究。v2 2、测试技术是材料研究水平的重要标志、测试技术是材料研究水平的重要标志P11绪论绪论v17世纪中期，光学显微镜世纪中期，光学显微镜问世，使人们对事物的观问世，使人们对事物的观察能力得到很大的提高，察能力得到很大的提高，光学显微镜的分辨率可达光学显微镜的分辨率可达0.2m，比肉眼的分辨率，比肉眼的分辨率高几百倍。利用光学显微高几百倍。利用光学显微镜可以对材料的显微结构镜可

11、以对材料的显微结构(100-0.2m的结构的结构)进行研进行研究，使人们对材料的研究究，使人们对材料的研究水平产生了一次飞跃。水平产生了一次飞跃。v(2) 利用光学显微镜可以对材料的显微结构利用光学显微镜可以对材料的显微结构(100-0.2m的结构的结构)进行研究。进行研究。P12绪论绪论v(3) 20世纪世纪30年代以前，人们对材料显微结构的研究年代以前，人们对材料显微结构的研究还只能依靠光学显微镜，由于光学显微镜的分辨率有还只能依靠光学显微镜，由于光学显微镜的分辨率有限，对于超显微限，对于超显微(0.20.01m)的结构和微观结构的结构和微观结构(0.01m的结构的结构)不可能进行研究，也

12、不可能对材料中不可能进行研究，也不可能对材料中的某个微小区域的成分进行分析。的某个微小区域的成分进行分析。v20世纪世纪30年代发展起来的年代发展起来的电子显微技术电子显微技术，为人类进行，为人类进行超显微结构、微观结构研究和微区成分分析创造了良超显微结构、微观结构研究和微区成分分析创造了良好的条件。好的条件。P13绪论绪论v现在，透射电子显微镜的分辨率已达现在，透射电子显微镜的分辨率已达0.20.1nm，比，比光学显微镜的分辨率提高了光学显微镜的分辨率提高了1000多倍。多倍。v利用透射电子显微镜可以直接观察原子在晶格中的排利用透射电子显微镜可以直接观察原子在晶格中的排列情况，列情况，v利用

13、扫描电子显微镜和透射电子显微镜可以对材料的利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜可以对材料的超显微结构和微观结构进行研究，超显微结构和微观结构进行研究，v利用电子探针利用电子探针X射线显微分析可以对材料中射线显微分析可以对材料中1m3的微的微小区域进行化学成分分析。小区域进行化学成分分析。v这又使材料科学的研究水平产生了一次新的飞跃这又使材料科学的研究水平产生了一次新的飞跃P14绪论绪论v 采用普通的化学分析方法只能得到一个样品整体的化学成分采用普通的化学分析方法只能得到一个样品整体的化学成分;v 利用电子探针却可以得到材料中利用电子探针却可以得到材料中1m3的微小区域的化学成分的微小区域的化学成

14、分P15绪论绪论v 发现发现X射线以前人们无法研究晶体的内部结构。射线以前人们无法研究晶体的内部结构。v 发现发现X射线以后，利用射线以后，利用X 射线在晶体中的衍射可以研究晶体的射线在晶体中的衍射可以研究晶体的内部结构。内部结构。P16绪论绪论结构层次结构层次物体尺寸物体尺寸研究对象研究对象研究方法研究方法宏观结构宏观结构 100 m大晶粒、颗粒集团大晶粒、颗粒集团肉眼、放大镜肉眼、放大镜显微结构显微结构0.2-100 m多晶集团多晶集团光学显微镜光学显微镜扫描电镜扫描电镜亚显微结构亚显微结构10-200 nm微晶集团微晶集团扫描电镜扫描电镜透射电镜透射电镜微观结构微观结构 10 nm晶格点

15、阵晶格点阵高分辨透射电高分辨透射电镜、扫描隧道镜、扫描隧道显微镜显微镜P17绪论绪论v科学技术上的重大成就和科学研究新领域的开辟，往科学技术上的重大成就和科学研究新领域的开辟，往往是以测试方法和仪器的突破为先导，往是以测试方法和仪器的突破为先导，“在诺贝尔物在诺贝尔物理和化学奖中，大约有理和化学奖中，大约有四分之一四分之一是属于测试方法和仪是属于测试方法和仪器创新的器创新的”v从以上例子不难看出，测试技术水平对材料研究水平从以上例子不难看出，测试技术水平对材料研究水平有着十分重要的影响。测试技术不解决，材料研究是有着十分重要的影响。测试技术不解决，材料研究是无法深入进行的。无法深入进行的。P1

16、8绪论绪论v3 3、测试技术是材料质量检测的必要手段、测试技术是材料质量检测的必要手段v研制出来的材料、生产出来的材料其成分、结构、性研制出来的材料、生产出来的材料其成分、结构、性能是否达到使用要求，是否达到用户要求，是否达到能是否达到使用要求，是否达到用户要求，是否达到行业标准、国家标准、国际标准，必须采用一定的测行业标准、国家标准、国际标准，必须采用一定的测试手段进行检测后才能得出结论。试手段进行检测后才能得出结论。P19绪论绪论v四、现代测试技术的发展趋势四、现代测试技术的发展趋势1、两微：、两微：微量、微区。微量、微区。2、两高、两高：高精度、高速度。：高精度、高速度。3、与计算机相结合，分析测试和数据处理与计算机相结合，分析测试和数据处理自动化自动化，以及一机多用以及一机多用多功能化多功能化。P20本课程的的教学内容本课程的的教学内容x射线衍射分析射线衍