材料科学研究的基本方法与规律

《材料科学研究的基本方法与规律》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、材料科学研究的基本方法与规律扌商要本文首先从广义和狭义上对材料研究方法进行了定义，从材料的组成和结构出发，根据不同的应用场合和不同的结构层次对材料进行层次划分。对非宏观层次的材料按信息形式分为图像分析法和非图像分析法，并对它们进行了阐述和讨论。关键i司材料结构层次，图像分析法，非图像分析法MethodsandRulesofMaterialsScienceResearchLIUChensiSochowUniversity,MechanicalandElectricalEngineeringABSTRACTInthispaper,materialsresearchmeth

2、odsfromthebroadandnarrowaredefinedatfirst,thenaccordingtodifferentapplicationsanddifferentstructurallevelsofmaterialsthematerialcompositionandstructureofthehierarchydivided.Formsofinformationintonon-macro-levelmaterialsaredividedintoimageanalysisandimageanalysis,andtheyareelaboratedandd

3、iscussed・KEYWORDSlevelofthematerialstructure,imageanalysis,non-imageanalysis材料科学的主要任务是研究材料，而研究材料必须以正确的研究方法为前提。研究方法从广义來讲，包括技术路线、实验技术、数据分析等。具体來说，就是充分了解研究对象所处的现状的基础上，根据具体冃标，详细制定研究内容、工作步骤及所采用的实验手段，并将实验获得的数据进行数学分析和处理，最后得出规律或建立数学模型。其中，技术路线的制定是至关重要的，实验方法的选择也是非常关键的。譬如说，虽然制定出完整的技术路线，但若没有相应的实验方法或

4、先进的测试手段与之对应，则难以达到预期的目的；反过来，若仅有先进的测试手段，而没有正确的技术路线，也同样难以达到预期目的。两者相辅相成，缺一不可。从狭义上來说，研究方法就是某一种测试方法。如X射线衍射分析、电子显微技术、红外光谱分析等,包括实验数据（信息）获取和分析。因为每一种实验方法均需要一定的仪器，所以也可以说，研究方法指测试材料组成和结构的仪器方法。图1材料结构分析研究方法Figure1AalysisMethodsofMterialStructure如图1（参考［1］）所示，材料的组成和结构的测试方法有多种，应根据不同的应用场合进行选择。材料的结构，是指材料系统

5、内各组成单元之间的相互联系和相互作用方式。材料的结构从存在形式上来讲,无非是品体结构、非品体结构、孔结构及它们不同形式且错综复杂的组合或复合；而从尺度上来讲，又分为微观结构、亚微观结构、显微结构和宏观结构等四个不同的层次。每个层次上观察所用的结构组成单元均不相同。材料层次大体上是按观察用具或设备的分辨率范围来划分的，如宏观与显微结构的划分以人眼的分辨率为界，显微结构和亚显微结构的划分以光学显微镜的分辨率为界，亚显微结构和微观结构的分界相当于普通扫描电子显微镜的分辨率。表1材料结构层次的划分及所用观察设备Table1ClassificationandObservatio

6、nEquipmentofMaterialStructureLevel~物体尺寸结构尺寸观测设备研究对象wi>100um宏观结构（大结构）肉眼放大镜实体显微镜大晶粒颗粒集团断面结构外观缺陷裂纹、空洞100~10um显微结构偏光显微镜反光显微镜相衬显微镜干涉显微镜晶粒多相集团相分定性和定量晶形、分布及物相的光学性质10〜0.2um微晶集团物相或颗粒形状、大小、取向、分布和结构物相的部分光学性质：消光、干涉色、延性、多色性等0.2〜0.01urn亚显微结构（细观结构）暗场显微镜超视显微镜干涉相衬显微镜电子显微镜扫描电子显微镜微品胶团液相分离体，沉积，凝胶结构界面形貌晶体构造

7、的位错缺陷<0.01um微观结构场离了显微镜高分辨电子显微镜晶格点阵鹄晶格高岭石点阵除宏观结构可直接用肉眼观察外，其他层次结构的研究手段一般需要借助仪器。仪器分析按信息形式可分为图像分析法和非图像分析法；按工作原理，前者主要是显微术，后者主要是衍射法和成分谱分析。显微术和衍射法均基于物理方法，其工作原理是以电磁波（可见光、电子、离子和X射线等）轰击样品激发产生特征物理信息，这些信息包括电磁波的透射信息、反射信息和吸收信息（图2（参考［2］））,将其收集并加以分析从而确定物相组成和结构特征。基于这种物理原理的具体仪器有光学显微镜、电子显微镜、场离子显微