前 言 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院拥有热处理、铸、锻、焊四个博士点和一个博士 后流动站，拥有三个国家重点学科和两个国家重点实验室，有24名博士指导教师和一批 崭露头角的中青年专家。面对市场经济，面对学科，专业结构的调整与经济、科技、社会发 展的要求相比仍相对滞后的局面，根据国家教育改革和我校面向21世纪教育改革的思 路，该院锐意改革，实行了材料D工意义下的宽口径教育，提出了材料加工类人才培养的 新模式，把拓宽专业和跟踪科学技术发展趋势结合起来，制定了适应材料加工专业人才培 养的教学计划和各门课程的敦学大纲，并推出了这套教材、教辅实用性丛书。 这套《材料科学与工程》丛书是具有“总结已有、通向未来”，“面向世界、面向21世纪” 特色的“优化教材链”，以给培养材料科学与工程人才提供一个捷径为原则，力求简明、深 入浅出，既利于教、又利于学。这套丛书包括本科生教材、教辅和研究生学位课教材及与 之相适应的实用性工具书。且已由195年南京全国出版局会议确定为“九·五"国家重点 图书选题。 本书是根据拓宽专业口径、加强专业基础的需要，为适应材料（金属材料、无机非金属 材料及有机高分子材料)及热加工（热处理、铸造、锻压，焊接）专业的公共技术基础课程的 内容要求编写的。 以往“X射线衍射分析”与“电子显微镜”是金属材料及热处理专业的2门专业课，各 自学时都在40左右。近年来，材料现代显微分析技术（特别是X射线衍射分析与电子显 微术)在材料及其工艺研究中的应用日趋普遍。因此，在高等工科院校中，除了金属材料 及热处理专业以外，其它热加工（铸造、锻压、焊接）及有机高分子和无机非金属等有关专 业的本科生和研究生都开设了“材料现代分析方法”课程，内容包括X射线衍射与电子显 微镜（包括电子探针）两大方面，总学时40左右。但却没有相应的教材，多年来一直采用 金属材料及热处理专业用的《金属X射线学》与《金属电子显微分析》两本教材，每本书的 内容都在40学时左右。因此教师讲课与学生学习都从中取其所需，难免支离脱节，给教 学带来不便。为此，需编写与本门课内容要求相适应的教材。 该教材的内容已于1991年印成讲义，在哈工大材料学院使用了7年，收到较好效果 此次正式出版，对其内容进行了适当的调整和补充。本书在编写过程中，以培养学生的科 研能力为出发点，突出基本概念、分析和解决问题的思路，力求精练内容、增大信息量。每 章之后附有一定量的习题以助于对课程内容的理解。 本书的第一、二、三、四、五、六章由武高犀教授编写，绪论、第七、八、九、十、十 十 二、十三、十四章、实验一、二、三、四及附录由周玉救授编写，全书由周玉教投统稿定稿，并 经杨德庄教授审阅。 由于作者水平所限，加之时间仓促，书中不当之处在所难免，敬请读者批评指正。 编者 1997年10月于哈工大
条 绪论.(1) 第一章X射线的性质.(3) 81-1引言 (3) 81-2X射线的本质 (3) 51-3 X射线的产生及X射线管 员1-4X射线谱. (6 15X射线与物质的相互作用 (0 习题. 第二章X射线衍射方向 (17) 得2l引言.（17）》 2-2晶体几何学基础.(18) 52-3 衍射的概念与布拉格方程 (26 号24布拉格方程的讨论+*+++。(28】 25 衔射方法 .(30 习题* (32) 第三章X射线衍射强度 (34 83-1引言 (34 832结物因子： .(34》 33 多晶体的衍射强度 (41) §34积分强度计算举例. 习题 (50 第阳四章多晶体分析方法. (53 §4-l引言. (53 S4-2粉末照相法 (53) S43X射线行射仪. (60 844 衍射仪的测量方法与实验参数 (67) 84-5点阵常数的精确测定4++4++。 (70} 习题 (78) 第五章X射线物相分析 $51 引言 (80y s5-2 定性分析的原理和分析思路.，. (80) 53粉末衍射卡片的组成 (81) §5-4PDF卡片的索引.(83) §5-5物相定性分析方法.(84) §5-6物相定量分析
习题 .(94 第六章 宏观应力测定 (96 (96) 6-2 单轴应力测定原理 (97 s6- 平面应力测定原理 (98 564 试验方法 (100 865试验精度的保证及则试原理的适用条件 (103 习题 (107) 第七章 电子光学基础. (108 7-电子波与电磁透镜 (108 §7-2 电磁透镜的像差与分辨本领 (1) T.3电磁透镜的景深和焦长 (115 习题 (116 第八章透射电子显微镜. (117) 58-1 透射电子显微镜的结构与成像原理 (117 S8-2主要部件的结构与工作原理. (122) 883诱射由子显微箱分辨本领和边大倍救的测定 .(125 习题. (126 第九章复型技术. (127) 9】 概述 127 &92质厚村度原理 127 93-一级复型和二级复型 (130 §94萃取复型与粉末样品 (132 (134) 第十章 电子衍射. (135 510-1概述 (135 §10-2 电子衍射原理 (136 §0-3电子显微镜中的电子衍射 (146) §104单品体电子衎射花样标定 (149 510-5复杂电子行射花样+*. (153) 习题. (160 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 (161 911-1 7术， (161) 511-2 薄膜样品的制备 161 §1-3衍衬成像原理 (164) §114消光距离 166 §115衍村运动学简介 (168) 1-6晶体缺陷分析 175 习题. (182} 第十二章 扫描电子显微镜 (183 2
S12-1电子束与固体样品作用时产生的信号.(183) 512-2扫描电子显微镜的构造和工作原理.(185 612-3 扫描电子显微镜的主要性能 (187 8124表面形貌度原理及其应用 (190》 812-5 原子序数衬度原理及其应用. (195 (197) 第十三章 电子探针显微分析· 198 S13-】电子探针仪的结构与工作原理. (198) 913-2 电子探针仪的分析方法及应用. (203) (205 第十四章其它显微分析方法简介. *444444044444 206) 3141离子探针. (206) 6142低能电子衍射， (209) §14-3 俄数电子能谱仪 (213 6144 场离子显微镜. (217 $45 扫描隧道显微镜(STM)与原子力显微镜(AFM 223 814-6X射线光电子能普仪. (229 (237 实验指导书. (238) 生要参老文献. (253) 附录 (255 ·3
绪论 本课程是一门试验方法课，主要介绍采用X射线衍射和电子显微镜来分析材料的微 观组织结构与显微成分的方法。 一、材料的组织结构与性能 1.组织结构与性能的关系 结构决定性能是自然界永恒的规律。材料的性能（包括力学性能与物理性能）是由其 内部的微观组织结构所决定的。不同种类材料固然具有不同的性能，即使是同一种材料 经不同工艺处理后得到不同的组织结构时，则具有不同的性能（例如：同一种锅淬火后得 到的马氏体硬，而退火后得到珠光体软)。有机化合物中同分异构体的性能也各不相同。 2.微观组织结构控制 在我们认识了材科的组织结构与性能之间的关系及显微组织结构形成的条件与过 机理的基础上，我们则可以通过~定的方法控制其显微组织形成条件，使其形成预期的组 织结构，从而具有所希望的性能。例如：在加工齿轮时，预先将钢材进行退火处理，使其硬 度降低，以满足容易车、铣等加工工艺性能要求；加工好后再进行渗碳淬火处理，使其猛度 硬度捉高，以满足耐磨损等使用性能要求。 二、显微组织结构的内容 材料的显微组织结构所涉及的内容大致如下：1，显微化学成分（不同相的成分，基休 与析出相的成分，偏析等)：2.晶体结构与晶体缺陷（面心立方、体心立方、位错、层错等）： 3,品粒大小与形态（等轴晶、柱状晶、枝品等）：4.相的成分、结构、形态、含量及分布（球、 片、棒、沿晶界聚集或均匀分布等)：5.界面（表面、相界与晶界）：6位向关系（惯习面、孪生 面、新相与母相)；7.夹杂物：8.内应力（喷丸表面，焊缝热影响区等）。 三、传统的显微组织结构与成分分析测试方法 1.光学显微镜：光学显缴镜是最常用的也是最简单的观察材料显做组织的工具。它 能直观地反央材料样品的组织形态（如晶粒大小，珠光体还是马氏体，焊接热影响区的组 织形态，铸造组织的晶粒形态等)。但由于其分辨本领低（约200m)和放大倍率低（约 1000倍)，因此只能观察到10m尺寸级别的组织结构，而对于更小的组织形态与单元 (如位错，原子排列等)则无能为力。同时由于光学显微镜只能观察表面形态而不能观察 材料内部的组织结构，更不能对所观察的显微组织进行同位微区成分分桥，而目前材料研 究中的微观组织结构分析已深入到原子的尺度，因此光学显微镜已远远满足不了当前材 料研究的需要。 2.化学分析：采用化学分析方法测定钢的成分只能给出一块试样的平均成分（所含每 种元素的平均含量)，并可以达到很高的特度，但不能给出所含元素分布情况（如偏析，同 。”正