材料分析方法第3版(周玉)配套课件第8章机械工业.ppt

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1、绪论一、材料的组织结构与性能的关系1.组织结构与性能的关系2.微观组织结构控制二、显微组织结构的内容材料显微组织是指相组成、尺寸形状及其分布显微组织是性能的内在根据，性能是显微组织的对外表现材料与工艺显微组织性能1.晶体结构和晶体缺陷；2.晶粒的大小与空间形态；3.第二相的成分、结构、尺寸形态、数量及分布；4.微区成份及分布；5.界面；6.两相间的取向关系1三、为什么需要电子显微镜绪论2第二篇材料电子显微分析利用电子显微镜观察和分析材料的组织结构，称为电子显微分析术电子显微镜是以电子束为光源的显微分析仪

2、器，主要包括：透射电子显微镜、扫描电子显微镜和电子探针电子显微镜的分辨率很高，目前透射电子显微镜的分辨率已优于0.1nm，达到了原子尺度电子显微镜的分析功能很多，目前一台电子显微镜可兼有微观组织形貌、晶体结构、微区成分等多种分析功能第一台电子显微镜于20世纪30年代问世，经历了几个阶段的发展，使电子显微分析技术已成为材料科学等研究领域中最重要的分析手段之一3第二篇材料电子显微分析第八章电子光学基础第九章透射电子显微镜第十章电子衍射第十一章晶体薄膜衍衬成像分析第十二章高分辨透射电子显微术第十三章扫描电子显

3、微镜第十四章电子背散射衍射分析技术第十五章电子探针显微分析第十六章其他显微结构分析方法4第八章电子光学基础本章主要内容第一节电子波与电磁透镜第二节电磁透镜的像差与分辨率第三节电磁透镜的景深和焦长5一、光学显微镜的分辨率极限分辨率指物体上所分辨的两个物点的最小间距。光学显微镜的分辨率为，(8-1)式中，为光源波长。表明，光学显微镜的分辨率取决于光源波长，约为波长的一半。可见提高分辨率关键在于减小光源的波长。在可见光波长范围内，其分辨率极限为200nm显微镜光源首先要具有波动性，其次要有能使其聚焦的装置1

4、924年电子衍射实验证实电子具有波动性，波长比可见光短十万倍；1926年发现用轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦；1933年设计并制造出世界上第一台透射电子显微镜第一节电子波与电磁透镜6二、电子波的波长特性电子波的波长取决于电子运动速度和质量，即(8-2)式中，h是普朗克常数；m是电子质量；v是电子的速度，它与加速电压U的关系即(8-3)式中e为电子的电荷。由式(8-2)和式(8-3)得(8-4)第一节电子波与电磁透镜7二、电子波的波长特性若电子速度较小，其质量和静止时相近，mm0；否则，m需经相对论校正

5、(8-5)式中，c为光速。不同加速电压下电子波的波长见表8-1可见光波长为390~760nm，在常用加速电压下，电子波波长比可见光小5个数量级U/kV/nmU/kV/nmU/kV/nm200.00859800.004182000.00251400.006011000.003715000.00142600.004871200.0033410000.00087表8-1不同加速电压下电子波的波长(经相对论校正)第一节电子波与电磁透镜8三、电磁透镜电子显微镜中利用磁场使电子波聚焦成像的装置称电磁透镜如图8

6、-1所示，通电的短线圈是最简单的电磁透镜，形成一种轴对称不均匀的磁场速度v的电子平行进入透镜，在A点受Br的作用，产生切向力Ft而获得切向速度Vt；在Bz分量作用下，形成使电子向主轴靠近的径向力Fr，而使电子作螺旋近轴运动图8-1电磁透镜聚焦原理示意图a)b)c)第一节电子波与电磁透镜9图8-1电磁透镜聚焦原理示意图a)第一节电子波与电磁透镜10三、电磁透镜电子显微镜中利用磁场使电子波聚焦成像的装置称电磁透镜如图8-1所示，通电的短线圈是最简单的电磁透镜，形成一种轴对称不均匀的磁场速度v的电子平行进入透

7、镜，在A点受Br的作用，产生切向力Ft而获得切向速度Vt；在Bz分量作用下，形成使电子向主轴靠近的径向力Fr，而使电子作螺旋近轴运动图8-1电磁透镜聚焦原理示意图a)b)c)第一节电子波与电磁透镜11三、电磁透镜比较图8-1d、e可见，电磁透镜对平行主轴的电子束的聚焦与玻璃透镜相似，其物距L1、像距L2、焦距f的关系为(8-6)放大倍数M为(8-7)焦距f可由下式近似计算(8-8)式中，K是常数；Ur为经校正的加速电压；IN为线圈安匝数d)e)图8-1电磁透镜聚焦原理示意图第一节电子波与电磁透镜12二、

8、电磁透镜式(8-8)表明，电磁透镜的焦距总是正的，焦距大小可通过改变激磁电流而变化，电磁透镜是变焦距或变倍率的会聚透镜图8-3是电磁透镜结构及轴向磁感应强度分布示意图，短线圈外加铁壳和内加极靴后，可明显改变透镜的磁感应强度分布第一节电子波与电磁透镜图8-3电磁透镜及其轴向磁感应强度分布示意图a)有铁壳b)有极靴c)磁感应强度分布a)b)c)13一、像差电磁透镜像差分为两类，即几何像差和色差几何像差包括球差和像散，又称为单色光引起的像差。球差