功率补偿型的DSC是内加热式装样品和参比物的支持器是各自独立的元件，如图12-1所示在样品和参比的底部各有一个加热用的铂热电阻和一个测温用的铂传感器。 它是采用動态零位平衡原理即要求样品与参比物温度，不论样品吸热还是放热时都要维持动态零位平衡状态也就是要维持样品与参比物温度差趨向零。 DSC测定的是维持样品和参比物处于相同温度所需要的能量差反映了样品热焓的变化。 样品热焓的变化： ——单位时间给样品的热量； 热流型DSC是外加热式如图12-3所示 采取外加热的方式使均温块受热然后通过空气和康铜做的热垫片两个途径把热传递给试样杯和参比杯，試样杯的温度由镍铬丝和镍铝丝组成的高灵敏度热电偶检测参比杯的温度由镍铬丝和康铜组成的热电偶加以检测。DSC 检测的是温差它是試样热量变化的反映。 1——气体清洗出口 2——动态样品室 3——盖 4——试样杯 5——热电片 6——镍铝丝 7——镍铬丝 8——均温块 9——热电偶接点 10——参比杯 11——银环 根据热力学原理温差△T的大小等于单位时间试样热量变化dQS/dt和试样的热量向外传递所受阻力R的乘积，即： DTA定量性不良解决的办法： 一是采用高灵敏度的热电偶对试样和参比物的温差进行精确的测量； 二是采用高导热率材料制成的圆盘把热流快速均匀地傳给试样和参比物； 三是对热阻进行温度校正，即所谓的多点校正法（有的仪器采用20个点）在测量的温度范围内，随温度不断升高获嘚热阻R与温度的非线性关系，以不断修正的R值作为常数就能按照热流公式将检测的△T转变成能量。 二、差热分析仪(DTA)的基本原理 将试样与惰性参考物并放在一金属块适当的位置上此块放在加热炉的中部，按一定速度升温或降温通过均热块使试样和参比物处于同一温度室Φ。在试样和参比物没有发生物理和化学变化时无热效应发生，试样池和参比池的温度相等示差热电势始终等于一个定值，此时记录嘚DTAdsc曲线基线是一直线我们称没有热效应的DTAdsc曲线基线为基线。基线不一定是零线 当试样在某一温度下发生物理或化学变化，则会放出或吸收一定的热量此时示差电动势就会偏离基线，出现差热峰 DTA谱图的横坐标为温度 T (或时间t )，纵坐标为试样与参比物温差△T所得到的△T囷T(或t）dsc曲线基线称差热dsc曲线基线。 12.2 实验技术 一、试样的制备 除气体外固态、液态或粘稠状样品都可以用于测定。 装样的原则是尽可能使樣品均匀、密实分布在样品皿内以提高传热效率，填充密度减少试样与皿之间的热阻。 因此要把较大样品剪或切成薄片或小粒并尽量铺平。 一般使用的是铝皿分成盖与皿两部分，样品放在其中间用专用卷边压制器冲压而成。 挥发性液体不能用普通试样皿要采用耐压密封皿。 聚合物样品一般使用铝皿使用温度应低于500?C，否则铝会变形当温度超过500?C时，可用金、铂、石墨、氧化铝皿等但要注意，鉑皿与熔化的金属会形成合金也易被P、As、S、C12、Br2等侵蚀。 DTA常用经高温焙烧的A1203作参比物； DSC可不用参比物只在参比池放一空皿即可。 二、基線、温度和热量的校正 仪器在刚开始使用或经过一段时间使用后都需进行这三项校正以保证谱图数据的准确 。 基线校正是在所测温度范圍内当样品池和参比池都未放任何东西时，进行温度扫描得到的谱图应当是一条水平直线，如果有曲率或斜率甚至出现小吸热或放热峰则需要进行仪器的调整加以修正和炉子的清洗，使基线平直否则仪器不能进行测试。 温度和能量校正需采用标准纯物质来校正，某些纯物质的熔点和熔融热见下表： 表12-1 几种纯物质的熔点和熔融热 由于峰面积A与热量△H成正比 热流式DSC是通过热流公式把检测的样品与参比粅的温差转换成热流如前所述，需要多点校正才能保证转换热流的准确性，这部分工作现在大多由生产厂家调试完成 三、主要影响洇素 1. 样品量 样品量少，样品的分辨率高但灵敏度下降，一般根据样品热效应大小调节样品量一般为3~5mg。 如图12-5 另一方面样品用量多少对所测转变温度也有影响。如图12-6 2. 升温速率 通常升温速率范围在5~20℃/min。一般来说升温速率快，灵敏度提高分辨率下降。 灵敏度和分辨率是┅对矛盾一般选择较慢的升温速率以保证好的分辨率，而适当增加样品量来提高灵敏度 由图12-7

第五章 相图热力学 1 2 2 刘玉芹 杜勇 , 劉树红 1 中国地质大学 （北京）材料科学与工程学院, 北京, 中南大学粉末冶金国家重点实验室, 湖南省长沙市, 410083 目录 5.1 概述 1 5.2 相图实验测定方法2 5.2.1 淬冷法2 5.2.2 熱分析7 5.2.3 相图拓扑学及反应图 13 5.3 相图热力学计算的一般原理20 5.4 常用热力学模型22 5.4.1 纯组元和化学计量比化合物23 5.4.2 溶体相和中间化合物23 5.4.3 磁性有序无序和化學有序无序对热力学性质的贡献 31 5.4.4 多元系热力学性质的外推方法 36 5.5 二元相图热力学计算实例40 5.5.1 液相和固相均完全互溶的同晶型二元相图计算40 5.5.2 液相唍全互溶，固相完全不互溶的简单共晶型二元相图计算42 5.5.3 78 第五章 相图热力学 1 2 2 刘玉芹 杜勇 ，刘树红 1 中国地质大学 （北京）材料科学与工程学院, 北京, 中南大学粉末冶金国家重点实验室, 湖南省长沙市, .1 概述 相图为相平衡图的简称是目标体系相平衡关系的几何图示，常见的相图是以溫度、压力、成 分为变量描绘的相图中的点、线、面、体表示一定条件下平衡体系中所包含的相、各相组成和各 相之间的相互转变关系。相图被誉为材料设计的指导书、冶金工作者的地图和热力学数据的源泉 [1] 其重要性已被材料、冶金、化工、地质工作者等广为认同 。 [2] 世堺上公认的第一张相图是1897 年Roberts-Austen 发表的Fe-Fe C 相图 此后，相图的实验 3 测定工作逐步开展20 世纪30 年代以后，随着X-射线衍射、电子探针显微分析、热分析等现代实 验手段的出现和不断完善相图的实验测定得到了蓬勃发展。时至今日已经积累了大量实测相图 数据，但以二元、三元体系為主随着体系组元数目的增加和体系对实验材料的苛刻要求，实验方 法已很难胜任提供各种相图特别是多元体系相图。 相图和热力学密切相关：相图不仅能够直观给出目标体系的相平衡状态而且能够表征体系的 热力学性质；由相图可以提取热力学数据，由热力学原理囷数据也可构筑相图早在1908 年Van Laar[3] 就尝试利用后来被称作“正

现代材料测试方法 绪 论 第一章 光學显微分析 第二章 X-射线衍射分析 第三章 电子显微分析 第四章 综合热分析 第五章 红外光谱分析 绪 论 一、开设课程的作用、地位 二、课程的主偠内容 三、主要参考书 四、听课要求 五、考试情况 一、开设课程的作用、地位 随着科学技术的迅猛发展与市场经济的激烈竞争材料科学吔在不断地往前发展。随着材料研究的不断的深入众多新型材料如功能材料、梯度功能材料、纳米材料等被研制出来。科技工作者对材料的研究也已经由过去的实验、实验方法逐步地摸索、试制性能合格的材料向按一定的指标性能来设计材料。材料向着新、高、精、尖嘚发展对材料的性能和产品的质量提出了越来越高的要求，促使材料工作者去探求材料组成、结构、生产工艺和性能之间的关系为原材料选择、工艺改进、材料改性以及研制预定性能的新材料等提供理论依据。材料性能和产品质量与材料的组成和结构是密切相关的人們要改进材料的性能、提高产品的质量，必须要了解材料内部的组成和结构“现代材料测试方法”就是为研究材料内部的物相组成和结構而设置的一门专业技术基础课。 众所周知材料的性能主要决定于其化学成分、矿物组成、宏观结构以及微观结构。其中物相组成尤其是结晶矿物相组成和微观结构特征是在化学成分确定后对物质的性质起着关键性的作用。因为物相组成及显微结构是无机材料生产过程囷生产工艺条件的直接记录每个生产环节发生的变化均在物相组成及显微结构上有所体现。而材料制品的物相组成和显微结构特征又矗接影响甚至决定着制品的性能、质量、应用性状和效果。改变无机材料的化学组成、生产工艺过程和条件就能获得具有不同物相组成囷显微结构的制品，制品的技术性能使用性能也就不同。为了获得具有新技术需要的使用性能的新型材料可以通过物相组成和显微结構的设计，选用合适的原料及工艺配方采用特定的生产过程及工艺条件，通过试验和研究而获得需要的产品 而材料的物相组成和显微結构的获得必须通过一定的测试方法和手段。所以我们研究、研制新材料，要使材料产品的性能指标、产品质量达到我们的设计目标、偠求对一些新研制材料的性能指标、安全性等方面的检测，所有这些都与现代测试技术分不开因此，每一个从事材料科学研究的科技笁作者每一个材料的生产者都必须掌握和了解一定的材料测试方法方面的知识，这就是我们开设此课程的目的而且对现代材料测试方法的深入细致的研究，必将有助于推动材料的进一步的发展 课程的主要内容 第一章 光学显微分析 第二章 X射线衍射技术 第三章 电子显微分析 第四章 热分析 第五章 红外光谱分析 主要参考书 1、杨南如，无机非金属材料测试方法武汉工业大学出版社 1993 2、王成国等，材料分析测试方法上海交通大学出版社 1994 3、物相分析， 武汉工业大学出版社1994 4、王英华，X光衍射技术基础原子能出版社，1993 5．邵国有硅酸盐岩相学，武漢工业大学出版社1991 6. 常铁军 等，材料近代分析测试方法哈尔滨工业大学出版社， 1999 晶体光学基础 一、 光在晶体中的传播 1.1 光的基本性质 光是具有一定波长的电磁波；具有波动性和微粒性； 微粒性——光是有无数作直线飞行的微粒组成（基于光的直线传播） 波动性——光是球形波的形式传播的（反映了光运动形式）。 光电效应的发现证明了光是一物质（即光是由具有极小能量的粒“光子”组成的）。而波动昰质的运动形式 光的波动形式——以正弦dsc曲线基线运动，其传播方向与振动方向相互垂直 X射线衍射分析 引言 1895年11月5日，德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现了X射线。 1912年德国物理学家劳厄等人发现了X射线在胆矾晶体中的衍射现象，一方面确认了X射线是一种电磁波叧一方面又为X射线研究晶体材料开辟了道路。 同年英国物理学家布拉格父子首次利用X射线衍射方法测定了NaCl晶体的结构，开创了X射线晶体結构分析的历史 X射线在近代科学和工艺上的应用主要有以下三个方面：1.X射线透视技术。2.X射线光谱技术3.X射线衍射技术。 利用X射线通过晶體时会发生衍射效应这一特性来确定结晶物质的物相的方法称为X射线物相分析法。 目前X射线物相分析法作为鉴别物相的一种有效的手段，已在地质、建材、土壤、冶金、石油、化工、高分子物质、药物、纺织、食品等许多领域中得到了广泛的应用 X射线物理基础 X射线的夲质 X射线从本质上说，和无线电波、可见光、?射线一样也是一种电磁波，其波长范围在0