材料科学研究与测试方法 第2版PDF电子书下载

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多晶体的衍射强度 74

3.2.6影响多晶体衍射强度的其他因子 75

本章小结 78

思考题 80

4 X射线的多晶衍射分析及其应用 81

4.1 X射线衍射仪 81

4.1.1测角仪 81

4.1.2计数器 83

4.1.3计数电路 85

4.1.4 X射线衍射仪的常规测量 86

4.2 X射线物相分析 87

4.2.1物相的定性分析 87

4.2.2物相的定量分析 94

4.3点阵常数的精确测定 98

4.3.1测量原理 98

4.3.2误差源分析 99

4.3.3测量方法 99

4.4宏观应力的测定 103

4.4.1内应力的产生、分类及其衍射效应 103

4.4.2宏观应力的测定原理 104

4.4.3宏观应力的测定方法 107

4.4.4应力常数K的确定 110

4.5微观应力的测定 111

4.6非晶态物质及其晶化后的衍射 112

4.6.1非晶态物质结构的主要特征 112

4.6.2非晶态物质的结构表征及其结构常数 112

4.6.3非晶态物质的晶化 115

4.7膜厚的测量 117

4.8多晶体的织构分析 117

4.8.1织构及其表征 117

4.8.2丝织构的测定 120

4.8.3板织构的测定 122

4.8.4反极图的测绘与分析 126

4.8.5织构的三维取向分布函数法 129

4.9晶粒大小的测定 130

4.10小角X射线散射 132

4.10.1小角X射线散射的基本原理 132

4.10.2小角X射线散射实验 136

4.10.3小角X射线散射技术的特点 138

4.10.4小角X射线散射技术的应用 138

4.11淬火钢中残余奥氏体的测量 142

本章小结 142

思考题 145

5电子显微分析的基础 147

5.1光学显微镜的分辨率 148

5.2电子波的波长 149

5.3电子与固体物质的作用 150

5.3.1电子散射 151

5.3.2电子与固体作用时激发的信息 153

5.4电子衍射 156

5.4.1电子衍射与X射线衍射的异同点 157

5.4.2电子衍射的方向——布拉格方程 158

5.4.3电子衍射的厄瓦尔德图解 158

5.4.4电子衍射花样的形成原理及电子衍射的基本公式 159

5.4.5零层倒易面及非零层倒易面 160

5.4.6标准电子衍射花样 161

5.4.7偏移矢量 164

本章小结 166

思考题 168

6透射电子显微镜 169

6.1工作原理 169

6.2电磁透镜 170

6.2.1静电透镜 170

6.2.2电磁透镜 170

6.3电磁透镜的像差 172

6.3.1球差 172

6.3.2像散 173

6.3.3色差 173

6.4电磁透镜的景深与焦长 175

6.4.1景深 175

6.4.2焦长 175

6.5电镜分辨率 176

6.5.1点分辨率 176

6.5.2晶格分辨率 177

6.6电镜的电子光学系统 178

6.6.1照明系统 178

6.6.2成像系统 180

6.6.3观察记录系统 181

6.7主要附件 181

6.7.1样品倾斜装置（样品台） 181

6.7.2电子束的平移和倾斜装置 182

6.7.3消像散器 182

6.7.4光阑 183

6.8透射电镜中的电子衍射 184

6.8.1有效相机常数 184

6.8.2选区电子衍射 185

6.9常见的电子衍射花样 186

6.9.1单晶体的电子衍射花样 186

6.9.2多晶体的电子衍射花样 189

6.9.3复杂的电子衍射花样 190

6.10透射电镜的图像衬度理论 196

6.10.1衬度的概念与分类 196

6.10.2衍射衬度运动学理论与应用 199

6.10.3非理想晶体的衍射衬度 204

6.10.4非理想晶体的缺陷成像分析 205

6.11透射电镜的样品制备 213

6.11.1基本要求 213

6.11.2薄膜样品的制备过程 214

本章小结 215

思考题 217

7薄晶体的高分辨像 219

7.1高分辨电子显微像的形成原理 219

7.1.1试样透射函数的近似表达式 219

7.1.2衬度传递函数S（u，v） 221

7.1.3像平面上的像面波函数B（x，y） 223

7.1.4最佳欠焦条件及电镜最高分辨率 225

7.1.5第一通带宽度（sinx=-1）的影响因素 226

7.2高分辨像举例 231

7.2.1晶格条纹像 231

7.2.2一维结构像 233

7.2.3二维晶格像 234

7.3.4二维结构像 235

本章小结 237

思考题 237

8扫描电子显微镜及电子探针 238

8.1扫描电镜的结构 238

8.1.1电子光学系统 239

8.1.2信号检测处理、图像显示和记录系统 240

8.1.3真空系统 241

8.2扫描电镜的主要性能参数 241

8.2.1分辨率 241

8.2.2放大倍数 242

8.2.3景深 242

8.3表面成像衬度 242

8.3.1二次电子成像衬度 243

8.3.2背散射电子成像衬度 244

8.4二次电子衬度像的应用 245

8.5背散射电子衬度像的应用 247

8.6电子探针 248

8.6.1电子探针波谱仪 248

8.6.2电子探针能谱仪 251

8.6.3能谱仪与波谱仪的比较 252

8.7电子探针分析及应用 253

8.7.1定性分析 253

8.7.2定量分析 255

8.8扫描电镜的发展 255

本章小结 256

思考题 257

9表面分析技术 258

9.1俄歇电子能谱分析（Auger Electron Spec-troscopy， AES） 258

9.1.1俄歇电子能谱仪的结构原理 258

9.1.2俄歇电子谱 259

9.1.3定性分析 260

9.1.4定量分析 261

9.1.5化学价态分析 262

9.1.6 AES的应用举例 262

9.1.7俄歇能谱仪的最新进展 264

9.2 X射线光电子能谱仪（X-Ray Pho-toelectron Spectroscopy， XPS） 265

9.2.1 X射线光电子能谱仪的工作原理 265

9.2.2 X射线光电子能谱仪的系统组成 265

9.2.3 X光电子能谱及表征 267

9.2.4 X光电子谱仪的功用 269

9.2.5 XPS的应用举例 271

9.2.6 XPS的发展趋势 274

9.3扫描隧道电镜（Scanning Tunneling Microscope，STM） 274

9.3.1 STM的基本原理 274

9.3.2 STM的工作模式 275

9.3.3 STM的特点 276

9.3.4 STM的应用举例 277

9.4原子力显微镜（Atom Force Microscope，AFM） 279

9.4.1原子力显微镜的工作原理 279

9.4.2原子力显微镜的工作模式 280

9.4.3试样制备 281

9.4.4形貌成像的应用 281

9.5低能电子衍射（Lower Energy Electron Diffraction， LEED） 283

9.5.1低能电子衍射的基本原理 284

9.5.2低能电子衍射仪的结构与花样特征 285

9.5.3 LEED的应用举例 285

本章小结 287

思考题 289

10热分析技术 290

10.1热分析技术的发展史 290

10.2热分析方法 290

10.2.1热重分析法（TG） 291

10.2.2差热分析法（DTA） 292

10.2.3差示扫描量热法（DSC） 295

10.3热分析测量的影响因素 297

10.3.1实验条件 297

10.3.2试样特性 298

10.4热分析的应用 299

10.4.1块体金属玻璃 299

10.4.2硅酸盐 301

10.4.3陶瓷反应合成 302

10.4.4内生型复合材料 303

10.4.5含能材料 304

10.4.6反应活化能的计算 305

10.5热分析技术的新发展 307

10.5.1联用技术 307

10.5.2温度调制式差示扫描量热技术 309

10.5.3动态热机械分析技术 309

本章小结 309

思考题 310

11红外光谱和拉曼光谱 311

11.1红外光谱 311

11.1.1基本原理 311

11.1.2红外光谱与分子结构 313

11.1.3影响基团频率的因素 314

11.1.4红外光谱仪 314

11.1.5试样的处理和制备 315

11.1.6图谱解析 315

11.1.7红外光谱法的应用 315

11.1.8红外光谱新技术 318

11.2拉曼光谱法 319

11.2.1基本原理 319

11.2.2拉曼光谱仪与样品的放置 320

11.2.3拉曼光谱与红外光谱比较 321

11.2.4拉曼光谱在材料中的应用 321

本章小结 325

思考题 326

附录 327

附录1 常用物理常数 327

附录2 晶体的三类分法及其对称特征 327

附录3 32种点群对称元素示意图 328

附录4 宏观对称元素及说明 329

附录5 32种点群的习惯符号、国际符号及圣佛利斯符号 330

附录6 质量吸收系数μm 331

附录7 原子散射因子f 332

附录8 原子散射因子校正值△f 333

附录9 粉末法的多重因素Phkl 333

附录10 某些物质的特征温度？ 333

附录11 德拜函数ф（x）/x+1/4之值 334

附录12 应力测定常数 334

附录13 常见晶体的标准电子衍射花样 335

参考文献 340