材料微结构分析原理与方法PDF电子书下载

第1篇 晶体学基础 3

第1章 晶体简介 3

1.1 晶体学发展历程 3

1.2 晶体主要特征 4

1.3 周期点阵 6

第2章 晶体的对称性 8

2.1 宏观对称性 8

2.1.1 宏观对称性的种类 8

2.1.2 点 群 12

2.1.3 晶 系 14

2.1.4 点群符号 15

2.2 点阵描述 17

2.2.1 晶向指数 17

2.2.2 晶面指数 18

2.2.3 晶面间距与晶面夹角 20

2.2.4 晶带 20

2.3 晶体微观对称性及空间群 21

2.3.1 晶体的微观对称性 21

2.3.2 空间群 26

2.4 实际晶体结构 30

2.4.1 实际晶体结构举例 30

2.4.2 常用晶体学手册及软件介绍 32

第3章 倒易点阵 35

3.1 倒易点阵的定义 35

3.2 基本性质 36

3.3 倒易点阵与正点阵的转换 37

习 题 43

参考文献 45

第2篇 X射线衍射分析 49

第1章 X射线物理基础 49

1.1 X射线衍射分析简史 49

1.2 X射线的本质与产生 49

1.2.1 X射线的本质 49

1.2.2 X射线的产生 50

1.2.3 两种X射线 51

1.3 X射线与物质的交互作用 54

1.3.1 散射现象 55

1.3.2 吸收现象 56

1.4 X射线防护 60

第2章 X射线衍射几何 61

2.1 X射线衍射现象 61

2.2 劳厄方程和布拉格方程 62

2.2.1 劳厄方程 62

2.2.2 布拉格方程 65

2.2.3 布拉格方程的讨论 67

2.3 衍射方程的厄瓦尔德图解 68

2.4 X射线衍射方法 69

第3章 X射线衍射强度 72

3.1 单个电子的散射强度 73

3.2 原子的散射强度 74

3.3 晶胞的散射强度 75

3.3.1 结构因子 75

3.3.2 几种典型晶体点阵的消光规律 76

3.4 晶体的散射强度 80

3.4.1 理想小晶体的散射 80

3.4.2 真实晶体的散射强度 82

3.5 多晶体的衍射强度 84

3.5.1 参加衍射的晶粒数 84

3.5.2 多重性因子 84

3.5.3 单位弧长的衍射强度 85

3.5.4 影响衍射强度的其他因素 86

3.6 粉末多晶体衍射强度的计算与应用 88

第4章 粉末多晶体X射线衍射仪 90

4.1 测角仪 91

4.2 计数器 92

4.3 单色器 94

4.4 测量条件 95

第5章 X射线物相鉴定 99

5.1 标准X射线衍射卡片 99

5.1.1 卡片介绍 99

5.1.2 索引方法 101

5.2 物相鉴定 102

5.3 物相含量分析 104

5.3.1 基本原理 104

5.3.2 分析方法 106

第6章 点阵常数的精确测定 112

6.1 粉末衍射线的指标化 112

6.1.1 立方晶系晶体的指标化 112

6.1.2 非立方晶系晶体的指标化（解析法） 114

6.2 点阵常数的精确测定 115

6.2.1 点阵参数测定中的误差来源 115

6.2.2 点阵参数的精确测定方法 118

第7章 X射线宏观应力分析 123

7.1 基本原理 123

7.1.1 残余应力的分类 123

7.1.2 测量原理 124

7.2 宏观应力测定 125

7.2.1 基本公式 125

7.2.2 测量方法 127

7.2.3 样品要求 131

7.2.4 测量参数 131

7.2.5 定峰法 132

第8章 亚晶粒大小和显微畸变的测定 135

8.1 衍射线的宽化 135

8.1.1 仪器引起的宽化 135

8.1.2 物理宽化 135

8.1.3 谱线线形的卷积合成 137

8.2 亚晶尺寸和微观应力的测定 138

8.2.1 Ka1和Ka2双线的分离 138

8.2.2 几何宽化与物理宽化的分离 139

8.2.3 细晶宽化与显微畸变宽化的分离 140

第9章 非晶材料X射线分析及结晶度测定 142

9.1 非晶材料X射线分析 142

9.2 结晶度测定 144

第10章 织构测量 146

10.1 织构的分类 146

10.2 织构的简易测量 146

10.3 织构的精确测量 147

10.3.1 极射赤面投影 147

10.3.2 极图的测量 149

10.3.3 反极图及其测量 153

10.3.4 三维取向分布函数 155

习 题 156

参考文献 159

第3篇 透射电子显微学 167

第1章 电子光学基础 167

1.1 显微镜的分辨率 167

1.2 电磁透镜 169

1.2.1 短磁透镜的聚焦原理 169

1.2.2 电磁透镜的设计 171

1.2.3 磁透镜的焦距与光学性质 172

1.3 电磁透镜的像差 172

1.3.1 几何像差 172

1.3.2 色 差 174

1.3.3 电磁透镜的分辨率 174

1.4 透镜的景深和焦长 175

1.4.1 景 深 175

1.4.2 焦 长 176

第2章 透射电子显微镜 178

2.1 透射电子显微镜的发展简史 178

2.2 透射电子显微镜和光学显微镜的比较 178

2.3 透射电子显微镜的基本结构 180

2.4 透射电子显微镜的实际分辨率 191

2.5 透射电子显微镜的样品制备 192

2.5.1 粉末样品的制备 193

2.5.2 薄膜样品的制备 195

2.5.3 透射电子显微镜样品制备的其他方法 201

第3章 电子与物质的相互作用 204

3.1 电子的弹性散射 205

3.2 电子的非弹性散射 206

3.2.1 透射电子 206

3.2.2 等离子体激发 207

3.2.3 声子激发 207

3.3 辐照损伤 207

第4章 电子衍射 208

4.1 电子衍射与X射线衍射的区别 208

4.2 电子衍射基本原理 209

4.2.1 阿贝成像原理 209

4.2.2 布拉格定律图解 210

4.2.3 晶带定律 210

4.2.4 电子衍射的强度 211

4.2.5 电子衍射基本公式 216

4.3 倒易点阵平面的画法 218

4.4 选区电子衍射 219

4.4.1 有效相机常数 219

4.4.2 磁转角 220

4.4.3 选区电子衍射 220

4.5 单晶电子衍射 223

4.5.1 单晶电子衍射花样的产生及其几何特征 223

4.5.2 单晶电子衍射花样的标定 225

4.6 多晶电子衍射 237

4.6.1 多晶电子衍射花样的产生及其几何特征 237

4.6.2 多晶电子衍射花样的标定 238

4.6.3 多晶织构样品的电子衍射花样 240

4.7 单晶、多晶和非晶电子衍射谱比较 241

第5章 复杂电子衍射谱 244

5.1 超点阵结构 244

5.2 长周期结构 245

5.3 会聚束电子衍射 246

5.4 二次衍射 248

5.5 波纹图 249

5.6 高阶劳厄带 252

5.6.1 高阶劳厄带的种类 252

5.6.2 高阶劳厄带的应用 253

5.7 菊池线 254

5.7.1 菊池线的产生 254

5.7.2 菊池线的几何特征 256

5.7.3 菊池花样应用 258

5.8 孪 晶 260

第6章 透射电子显微术图像衬度 266

6.1 质厚衬度 267

6.2 衍射衬度 269

6.2.1 电子衍衬像的运动学理论 269

6.2.2 电子衍衬像的动力学理论 285

6.3 相位衬度 289

6.3.1 高分辨透射电子显微术的发展史 290

6.3.2 相位衬度的成像原理 290

6.3.3 高分辨透射电子显微镜在材料科学中的应用 295

第7章 扫描透射电子显微镜 298

7.1 扫描透射电子显微镜的工作原理 298

7.2 扫描透射电子显微镜的特点 299

7.3 扫描透射电子显微镜的应用 300

习 题 302

参考文献 304

第4篇 扫描电子显微镜与电子探针显微分析 313

第1章 扫描电子显微镜概述和发展历史 313

1.1 扫描电子显微镜概述 313

1.2 扫描电子显微镜的发展历史 313

第2章 电子与物质的交互作用 315

2.1 电子与固体物质的相互作用区 315

2.1.1 原子序数的影响 315

2.1.2 入射电子束能量的影响 316

2.1.3 样品的倾斜角效应 316

2.2 电子束与样品相互作用产生的信号 316

2.2.1 非弹性散射机制 317

2.2.2 背散射电子 318

2.2.3 二次电子 319

2.2.4 吸收电子 320

2.2.5 透射电子 321

2.2.6 特征X射线 321

2.2.7 俄歇电子 322

2.2.8 阴极荧光 322

第3章 扫描电子显微镜的原理、结构和性能 323

3.1 扫描电子显微镜的工作原理 323

3.2 扫描电子显微镜的结构 324

3.2.1 电子光学系统 324

3.2.2 扫描系统 325

3.2.3 信号的检测及放大系统 326

3.2.4 图像的显示与记录系统 326

3.2.5 真空系统与电源系统 326

3.3 扫描电子显微镜的主要性能 326

3.3.1 分辨率 326

3.3.2 景 深 329

3.3.3 放大倍率 329

3.3.4 加速电压 330

3.4 扫描电子显微镜样品的制备 332

第4章 表面形貌衬度原理及其应用 334

4.1 二次电子检测器 334

4.2 二次电子成像原理 335

4.3 二次电子形貌衬度的应用举例 337

第5章 原子序数衬度原理及其应用 339

5.1 背散射电子检测器 339

5.2 背散射电子像衬度原理 340

5.3 背散射电子像衬度的应用举例 342

5.4 吸收电子衬度原理及应用 343

第6章 电子背散射衍射 344

6.1 EBSD的结构及基本原理 344

6.1.1 EBSD系统的组成 344

6.1.2 EBSD系统硬件 345

6.1.3 菊池带 345

6.1.4 取向标定原理 346

6.1.5 菊池带的自动识别原理 347

6.2 EBSD的分辨率 348

6.3 取向显微术及取向成像 349

6.4 EBSD样品的制备 349

6.5 EBSD数据采集与处理步骤 350

6.6 EBSD的应用 350

6.6.1 物相鉴定及相含量测定 350

6.6.2 晶体取向信息 351

6.6.3 应变信息 354

第7章 电子探针显微分析 355

7.1 电子探针仪的理论基础与构造 356

7.1.1 理论基础 356

7.1.2 仪器构造 356

7.2 X射线谱仪——能谱仪与波谱仪 358

7.2.1 能谱仪 359

7.2.2 波谱仪 362

7.2.3 波谱仪与能谱仪的比较 366

7.3 电子探针分析 366

7.3.1 电子探针用样品与标样 366

7.3.2 电子探针分析方法 368

7.3.3 电子探针微区分析应用举例 375

习题 376

参考文献 377

第5篇 其他显微分析方法 385

第1章 能谱分析类 385

1.1 俄歇电子能谱 385

1.1.1 俄歇电子能谱的基本分析原理 385

1.1.2 俄歇电子能谱仪的结构 386

1.1.3 俄歇电子能谱仪的应用 388

1.2 X射线光电子能谱 390

1.2.1 X射线光电子能谱的测量原理 391

1.2.2 X射线光电子能谱的结构 392

1.2.3 X射线光电子能谱的应用 393

1.3 X射线荧光光谱 396

1.3.1 X射线荧光光谱的原理 396

1.3.2 X射线荧光光谱的结构 397

1.3.3 X射线荧光光谱的应用 399

1.3.4 几种表面微区成分分析技术的对比 400

1.4 电子能量损失谱分析 400

1.4.1 电子能量损失谱的原理 401

1.4.2 电子能量损失谱仪的基本结构 401

1.4.3 电子能量损失谱的应用 402

第2章 光谱分析类 404

2.1 红外光谱 404

2.1.1 红外光谱仪的工作原理 404

2.1.2 红外光谱与分子振动 406

2.1.3 红外光谱 408

2.1.4 影响基团频率的因素 409

2.1.5 红外光谱分析应用 409

2.2 拉曼光谱 410

2.2.1 拉曼光谱概述及原理 410

2.2.2 拉曼光谱仪的工作原理 411

2.2.3 拉曼光谱的特点 412

2.2.4 红外光谱与拉曼光谱比较 413

2.2.5 拉曼光谱分析应用 414

2.3 紫外－可见吸收光谱 415

2.3.1 紫外－可见吸收光谱的产生机理 416

2.3.2 紫外－可见吸收光谱法的特点及其影响因素 418

2.3.3 紫外－可见吸收光谱仪的工作原理 418

2.3.4 紫外－可见吸收光谱法的应用 418

第3章 探针型显微镜分析类 420

3.1 场离子显微镜与原子探针 420

3.1.1 场离子显微镜的结构 420

3.1.2 场离子显微镜的成像原理 421

3.1.3 原子探针 423

3.1.4 场离子显微镜的应用 424

3.2 扫描隧道显微镜与原子力显微镜 425

3.2.1 扫描隧道显微镜 425

3.2.2 原子力显微镜 430

参考文献 433

附录 434

附录Ⅰ 晶面间距计算公式 434

附录Ⅱ 晶面夹角计算公式 434

附录Ⅲ 质量吸收系数μm/ρ 435

附录Ⅳ 原子散射因子f 436

附录Ⅴ 粉末法的多重性因子PHKL 437

附录Ⅵ 标准电子衍射花样 437