普通高等教育十一五规划教材 材料科学研究与测试方法 第4版PDF电子书下载

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1 晶体学基础 1

1.1 晶体及其基本性质 1

1.1.1 晶体的概念 1

1.1.2 空间点阵的四要素 1

1.1.3 布拉菲阵胞 2

1.1.4 典型晶体结构 4

1.1.5 晶体的基本性质 7

1.1.6 准晶体简介 7

1.2 晶向、晶面及晶带 8

1.2.1 晶向及其表征 8

1.2.2 晶面及其表征 9

1.2.3 晶带及其表征 11

1.3 晶体的宏观对称及点群 11

1.3.1 对称的概念 11

1.3.2 对称元素及对称操作 11

1.3.3 对称元素的组合及点群 16

1.3.4 晶体的分类 17

1.3.5 准晶体的点群及其分类 17

1.3.6 点群的国际符号 19

1.3.7 点群的圣佛利斯符号 19

1.4 晶体的微观对称与空间群 20

1.4.1 晶体的微观对称 20

1.4.2 晶体的空间群及其符号 22

1.5 晶体的投影 23

1.5.1 球面投影 24

1.5.2 极式网与乌氏网 26

1.5.3 晶带的极射赤面投影 28

1.5.4 标准极射赤面投影图（标准投影极图或标准极图） 30

1.6 倒易点阵 30

1.6.1 正点阵 31

1.6.2 倒点阵（倒易点阵） 31

1.6.3 正倒空间之间的关系 31

1.6.4 倒易矢量的基本性质 33

1.6.5 晶带定律 34

1.6.6 广义晶带定律 35

本章小结 35

思考题 37

2 X射线的物理基础 39

2.1 X射线的发展史 39

2.2 X射线的性质 39

2.2.1 X射线的产生 39

2.2.2 X射线的本质 40

2.3 X射线谱 41

2.3.1 X射线连续谱 42

2.3.2 X射线特征谱 43

2.4 X射线与物质的相互作用 46

2.4.1 X射线的散射 46

2.4.2 X射线的吸收 47

2.4.3 吸收限的作用 50

本章小结 51

思考题 52

3 X射线的衍射原理 53

3.1 X射线衍射的方向 53

3.1.1 劳埃方程 53

3.1.2 布拉格方程 55

3.1.3 布拉格方程的讨论 56

3.1.4 衍射矢量方程 59

3.1.5 布拉格方程的厄瓦尔德图解 60

3.1.6 布拉格方程的应用 61

3.1.7 常见的衍射方法 61

3.2 X射线的衍射强度 63

3.2.1 单电子对X射线的散射 63

3.2.2 单原子对X射线的散射 65

3.2.3 单胞对X射线的散射 67

3.2.4 单晶体的散射强度与干涉函数 72

3.2.5 单相多晶体的衍射强度 75

3.2.6 影响单相多晶体衍射强度的其他因子 77

本章小结 80

思考题 82

4 X射线的多晶衍射分析及其应用 84

4.1 X射线衍射仪 84

4.1.1 测角仪 84

4.1.2 计数器 86

4.1.3 计数电路 88

4.1.4 X射线衍射仪的常规测量 89

4.2 X射线物相分析 90

4.2.1 物相的定性分析 90

4.2.2 物相的定量分析 96

4.3 点阵常数的精确测定 101

4.3.1 测量原理 101

4.3.2 误差源分析 101

4.3.3 测量方法 102

4.4 宏观应力的测定 106

4.4.1 内应力的产生、分类及其衍射效应 106

4.4.2 宏观应力的测定原理 106

4.4.3 宏观应力的测定方法 109

4.4.4 应力常数K的确定 112

4.5 微观应力的测定 114

4.6 非晶态物质及其晶化后的衍射 115

4.6.1 非晶态物质结构的主要特征 115

4.6.2 非晶态物质的结构表征及其结构常数 115

4.6.3 非晶态物质的晶化 118

4.7 多晶体的织构分析 120

4.7.1 织构及其表征 120

4.7.2 丝织构的测定与分析 123

4.7.3 板织构的测定与分析 127

4.8 晶粒大小的测定 139

4.9 小角X射线散射 141

4.9.1 小角X射线散射的两个基本公式 141

4.9.2 小角X射线散射技术的特点 143

4.9.3 小角X射线散射技术的应用 144

4.10 淬火钢中残余奥氏体的测量 144

4.11 薄膜的测量 145

4.11.1 薄膜厚度的测量 145

4.11.2 薄膜应力的测量 146

本章小结 146

思考题 149

5电子显微分析的基础 151

5.1 电子波的波长 152

5.2 电子与固体物质的作用 153

5.2.1 电子散射 153

5.2.2 电子与固体作用时激发的信息 155

5.3 电子衍射 159

5.3.1 电子衍射与X射线衍射的异同点 159

5.3.2 电子衍射的方向——布拉格方程 160

5.3.3 电子衍射的厄瓦尔德图解 161

5.3.4 电子衍射花样的形成原理及电子衍射的基本公式 162

5.3.5 零层倒易面及非零层倒易面 163

5.3.6 标准电子衍射花样 164

5.3.7 偏移矢量 168

本章小结 170

思考题 172

6透射电子显微镜 173

6.1 工作原理 173

6.2 分辨率 174

6.2.1 光学显微镜的分辨率 174

6.2.2 透射电子显微镜的分辨率 175

6.3 电磁透镜 177

6.3.1 静电透镜 177

6.3.2 电磁透镜 177

6.4 电磁透镜的像差 179

6.4.1 球差 179

6.4.2 像散 180

6.4.3 色差 180

6.5 电磁透镜的景深与焦长 182

6.5.1 景深 182

6.5.2 焦长 182

6.6 电镜的电子光学系统 183

6.6.1 照明系统 183

6.6.2 成像系统 186

6.6.3 观察记录系统 187

6.7 主要附件 187

6.7.1 样品倾斜装置（样品台） 188

6.7.2 电子束的平移和倾斜装置 188

6.7.3 消像散器 189

6.7.4 光阑 189

6.8 透射电镜中的电子衍射 190

6.8.1 有效相机常数 190

6.8.2 选区电子衍射 191

6.9 常见的电子衍射花样 192

6.9.1 单晶体的电子衍射花样 193

6.9.2 多晶体的电子衍射花样 195

6.9.3 复杂的电子衍射花样 196

6.10 透射电镜的图像衬度理论 207

6.10.1 衬度的概念与分类 207

6.10.2 衍射衬度运动学理论与应用 209

6.10.3 非理想晶体的衍射衬度 215

6.10.4 非理想晶体的缺陷成像分析 216

6.11 透射电镜的样品制备 226

6.11.1 基本要求 226

6.11.2 薄膜样品的制备过程 226

本章小结 228

思考题 230

7薄晶体的高分辨像 232

7.1 高分辨电子显微像的形成原理 232

7.1.1 试样透射函数A（x，y） 233

7.1.2 衬度传递函数S（u，v） 235

7.1.3 像平面上的像面波函数B（x，y） 237

7.1.4 最佳欠焦条件及电镜最高分辨率 239

7.1.5 第一通带宽度（sin χ=-1） 的影响因素 239

7.2 高分辨像举例 245

7.2.1 晶格条纹像 245

7.2.2 一维结构像 247

7.2.3 二维晶格像 248

7.2.4 二维结构像 249

本章小结 251

思考题 251

8扫描电子显微镜及电子探针 252

8.1 扫描电镜的结构 252

8.1.1 电子光学系统 253

8.1.2 信号检测处理、图像显示和记录系统 254

8.1.3 真空系统 255

8.2 扫描电镜的主要性能参数 255

8.2.1 分辨率 255

8.2.2 放大倍数 256

8.2.3 景深 256

8.3 表面成像衬度 256

8.3.1 二次电子成像衬度 257

8.3.2 背散射电子成像衬度 257

8.4 二次电子衬度像的应用 259

8.5 背散射电子衬度像的应用 261

8.6 电子探针 262

8.6.1 电子探针波谱仪 262

8.6.2 电子探针能谱仪 264

8.6.3 能谱仪与波谱仪的比较 266

8.7 电子探针分析及应用 266

8.7.1 定性分析 266

8.7.2 定量分析 268

8.8 扫描透射电子显微镜 269

8.9 扫描电镜的发展 271

本章小结 272

思考题 273

9表面分析技术 274

9.1 俄歇电子能谱 274

9.1.1 俄歇电子能谱仪的结构原理 274

9.1.2 俄歇电子谱 275

9.1.3 定性分析 276

9.1.4 定量分析 277

9.1.5 化学价态分析 278

9.1.6 AES的应用举例 278

9.1.7 俄歇能谱仪的最新进展 280

9.2 X射线光电子能谱 280

9.2.1 X射线光电子能谱仪的工作原理 280

9.2.2 X射线光电子能谱仪的系统组成 281

9.2.3 X光电子能谱及表征 283

9.2.4 X光电子能谱仪的功用 285

9.2.5 XPS的应用举例 287

9.2.6 XPS的发展趋势 289

9.3 X射线荧光光谱 290

9.3.1 工作原理 290

9.3.2 结构组成 290

9.3.3 应用 291

9.4 扫描隧道电镜 292

9.4.1 STM的基本原理 292

9.4.2 STM的工作模式 293

9.4.3 STM的特点 294

9.4.4 STM的应用举例 294

9.5 原子力显微镜 297

9.5.1 原子力显微镜的工作原理 297

9.5.2 原子力显微镜的工作模式 298

9.5.3 试样制备 299

9.5.4 形貌成像的应用 299

9.6 聚焦离子束 301

9.6.1 工作原理 301

9.6.2 离子束与材料的相互作用 302

9.6.3 聚焦离子束的应用 303

9.7 低能电子衍射 305

9.7.1 低能电子衍射的基本原理 305

9.7.2 低能电子衍射仪的结构与花样特征 306

9.7.3 LEED的应用举例 307

本章小结 309

思考题 310

10热分析技术 311

10.1 热分析方法 311

10.1.1 热重分析法（TG） 311

10.1.2 差热分析法（DTA） 312

10.1.3 差示扫描量热法（DSC） 316

10.2 热分析测量的影响因素 317

10.2.1 实验条件 318

10.2.2 试样特性 319

10.3 热分析的应用 320

10.3.1 块体金属玻璃 320

10.3.2 硅酸盐 322

10.3.3 陶瓷反应合成 322

10.3.4 内生型复合材料 323

10.3.5 含能材料 325

10.3.6 反应活化能的计算 326

10.4 热分析技术的新发展 327

10.4.1 联用技术 328

10.4.2 温度调制式差示扫描量热技术 329

10.4.3 动态热机械分析技术 329

本章小结 329

思考题 330

11电子背散射衍射 331

11.1 基本原理 331

11.1.1 电子背散射衍射（EBSD） 332

11.1.2 扫描电镜的透射菊池衍射 332

11.2 EBSD仪器简介 333

11.3 EBSD衍射谱标定与晶体取向确定 334

11.3.1 EBSD衍射谱标定 334

11.3.2 晶体取向确定 337

11.4 EBSD分辨率 339

11.5 EBSD样品制备 340

11.6 EBSD的应用 341

11.6.1 取向衬度成像 341

11.6.2 织构分析 342

11.6.3 晶粒取向差及晶界特性分析 342

11.6.4 物相鉴定 343

11.6.5 晶格缺陷分析 344

11.6.6 三维取向成像 346

本章小结 347

思考题 347

12原子探针显微分析 348

12.1 原子探针技术的发展史 348

12.2 场离子显微镜 348

12.2.1 场离子显微镜的结构原理 349

12.2.2 场电离 349

12.2.3 场离子显微图像 351

12.3 原子探针 353

12.3.1 场蒸发 353

12.3.2 原子探针的基本原理 354

12.3.3 原子探针层析 355

12.3.4 原子探针脉冲模式 356

12.3.5 原子探针样品制备 357

12.3.6 原子探针层析的应用 359

本章小结 362

思考题 362

13光谱分析 363

13.1 红外光谱（Infrared Spectroscopy） 364

13.1.1 基本原理 364

13.1.2 红外光谱与分子结构间的关系 366

13.1.3 红外吸收光谱仪 370

13.1.4 试样制备及处理 371

13.1.5 应用实例 372

13.2 拉曼光谱（Raman Spectroscopy） 375

13.2.1 基本原理 375

13.2.2 拉曼光谱仪器和拉曼光谱术 377

13.2.3 拉曼光谱与红外光谱的比较 379

13.2.4 试样的准备与安置 379

13.2.5 拉曼光谱在材料研究中的应用 380

13.3 电感耦合等离子体原子发射光谱 382

本章小结 385

思考题 385

附录 386

附录1常用物理常数 386

附录2 晶体的三类分法及其对称特征 386

附录3 32种点群对称元素示意图 387

附录4宏观对称元素及说明 388

附录5 32种点群的习惯符号、国际符号及圣佛利斯符号 389

附录6质量吸收系数μm 390

附录7原子散射因子f 391

附录8原子散射因子校正值△f 392

附录9粉末法的多重因素Phkl 392

附录10某些物质的特征温度Θ 392

附录11德拜函数φ（χ）/χ＋1/4之值 393

附录12应力测定常数 393

附录13常见晶体的标准电子衍射花样 394

参考文献 399

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