金属和合金的微观分析X射线能谱仪 主要由半导体探测器及多道分析器或微处理机组成（图3），用以将在电子束作用下产生的待测元素的标识 X射线按能量展谱(图4)。X射线光子由硅渗锂 Si(Li)探测器接收后给出电脉冲信号。由于X射线光子能量不同,产生脉冲的高度也不同，经放大整形后送入多道脉冲高度分析器，在这里，按脉冲高度也就是按能量大小分别入不同的记数道，然后在-记录仪或显像管上把脉冲数-脉冲高度（即能量）的曲线显示出来。图4就是一个含钒、镁的硅酸铁矿物的 X射线能谱图，纵坐标是脉冲数,横坐标的道数表示脉冲高度或X射线光子的能量。X射线能谱仪的分辨率及分析的精度不如根据波长经晶体分析的波谱仪,但是它没有运动部件,适于装配到电子显微镜中，而且探测器可以直接插到试样附近，接受X射线的效率很高，适于很弱的X射线的检测。此外，它可以在一、二分钟内将所有元素的 X射线谱同时记录或显示出来。X射线能谱仪配到扫描电子显微镜上,可以分析表面凸凹不平的断口上的第二相的成分；配到透射电子显微镜上可以分析薄膜试样里几十埃范围内的化学成分,如相界、晶界或微小的第二相粒子。因此X射线能谱仪已在电子显微学中得到广泛应用。

金属和合金的微观分析金属和合金的微观分析X 射线能谱分析的一个较大弱点是尚不能分析原子序数为11(Na)以下的轻元素，因为这些元素的标识X射线波长较长,容易为半导体探测器上的铍窗所吸收。正在试制无铍窗及薄铍窗的探测器，目的是检测碳、氮、氧等轻元素。

电子能量损失谱(electron energy loss spectro-scopy,简写为EELS) 能量为的入射电子与试样中原子的非弹性碰撞使后者电离而处于较高能量的激发态（图2a中是K激发态、能量为）,入射电子损失的能量为 ,为二次电子的逸出功。由此可见，对于不同元素，电子能量损失有不同的特征值。使透射电子显微镜中的成像电子经过一个静电或电磁能量分析器，按电子能量不同分散开来。除了有一个很强的无能量损失的弹性电子能量峰外，还会出现一些与试样中各元素相对应的较弱的具有特征能量损失的峰。尽管这些峰不很明锐（较好的水平是2～3eV），定量分析还存在一定困难，但是由于它有下列两个显著优点而在透射电子显微术中逐渐得到广泛应用：一是可以分析B、C、N、O等轻元素；二是将电子束聚焦到几十埃就可以测出微小区域的组成。显然,入射电子由于产生标识X射线而损失一定能量（图2a、b）,可见电子能量损失谱和X射线能谱有着密切关系。

俄歇电子谱 图2中所描述的K电子复位所释放出来的能量-，除了产生K辐射这种可能性外，还有一种可能性是继续产生电离，使另一核外电子脱离原子变成二次电子。如->,这就有可能使L、L、M、N层以及导带V上的电子逸出,产生相应的电子空位(图2c），图2c中的二次电子称为KLL电子,它的能量等于－－－（为电子逸出功），因此也有固定值，随元素不同而异。这种具有特殊能量的电子是俄歇(Auger)首先发现的,称为俄歇电子。既然俄歇电子有特征能量值，因此也可以利用来进行元素分析，称为俄歇电子谱(Auger electron spectroscopy，简写为AES)。俄歇电子的能量很低，一般是几百电子伏，因此其平均自由程非常短，一般小于10┱。大于这个距离,俄歇电子就要损失能量，不再有特征能量值；即具有特征能量的俄歇电子的来源仅限于表面二、三层原子。因此，俄歇电子谱绘出的是表面二、三个原子层的成分，用离子枪逐层剥离表面上的原子层，还可以分析几十到几千埃深度内的成分变化。轻元素的荧光（X射线）产额低而俄歇电子产额高，因此俄歇电子谱宜于用来检测表面或界面上的轻元素。但俄歇电子的信号是很微弱的，需要用灵敏度高的镜筒（能量）分析器及锁定放大器将它挑选并检测出来,这是俄歇谱仪的关键部件；此外,试样还需要在超高真空中制备，以免表面上吸附气体分子造成不真实的分析结果。图5是一种铬钼钒钢在具有回火脆性状态下晶界断口的俄歇电子谱,磷峰很明显,相当于晶界上单原子中有8%是磷原子。用离子枪从断口表面剥离几个原子层后，磷峰即迅速减弱，说明在具有回火脆性的钢中磷在晶界的偏析也仅是几个原子层, 但浓度很高, 这是产生沿晶界脆断的原因。除了界面偏析外，俄歇电子谱仪还可以用来研究金属与合金的氧化、腐蚀、催化作用等表面化学反应。将电子束聚焦到微米量级并在试样上扫描，配上俄歇电子谱仪进行成分分析,就构成一台扫描俄歇电子谱仪,它可以检测出表面和界面上化学成分的变化，并可显示出组成元素的二维分布，因而也称为扫描俄歇显微镜（scanning Auger microscope,简写为SAM）。

金属和合金的微观分析电子能谱化学分析(electron spectroscopy for chemical analysis,简写为ESCA) 是用光子或X射线光子（如Al的K或Mg的K）照射试样，使其中的原子电离产生光电子。这种电子有特征能量，一般在20～1500eV之间， 可以用来分析4～20┱厚的表面成分。X射线光子不能聚焦，因此试样上的照射面积比较大，不能象俄歇电子谱那样分析微区的表面成分；但是，由于电子的结合能与元素的价态有关，因此这种电子谱可以给出表面原子的化学结合状态（键），因此称为电子能谱化学分析。这对于研究金属与合金的氧化、腐蚀、催化作用等也是很有利的。将电子能谱化学分析仪，俄歇电子谱仪，二次离子质谱仪等表面分析仪器组合在一起，便成为多功能表面分析仪。

低能电子衍射只反映表面几层原子的分布，也就是表面的二维晶体结构。低能电子衍射与俄歇电子谱结合在一起是研究晶体表面结构和成分的有力工具。

场离子显微镜(fieldion micro-scope，简写为FIM) 是结构简单而放大率可达几百万倍的显微镜,其原理是利用施加到试样上的高压,在试样尖端处（曲率半径为几百埃）产生强电场使附近的惰性气体原子电离，射向荧光屏产生试样的场离子象，其放大倍数由投影距离和试样尖端半径之比确定。图6是钨的场离子象,反映试样尖端的原子排列,图像中的亮点是表面上处于凸出位置的原子。原子在一些平行的原子平面上排列，形成许多台阶，这里场强最大，容易产生气体离子并成像，因此比较容易观察到原子平面边缘处的一圈一圈的原子。但是在一些原子排列稀疏的平面上，可以观察到整个原子平面上诸原子的规则排列。由此可见，场离子显微镜是研究空位等晶体缺陷及固体表面结构的重要手段。场离子显微镜的缺点是试样难于制备，并且要观察大量试样才能得到要观察的视场。

金属和合金的微观分析原子探针 将场离子显微镜配上飞行时间质谱仪，以测定表面上原子的种类与数量，就构成一台原子探针(atom probe, 简写为AP)。除原来施加在试样上的高压外，再利用短时间（几微秒）的脉冲电压使试样尖端表面上的原子电离和蒸发并离开表面飞向检测器，由它将飞来的离子逐个地接收记录下来，不同离子的质量与电荷比不同，达到检测器的飞行时间也不同，据此可以鉴定原子类型及数量。此外，还可将试样尖端各种原子的分布图象直观地显示在荧光屏上,图7是金属钼中M o离子及O离子的图像。从钼离子图像可以看出在这个视场内有三个晶粒形成的一个三重结点晶界;而氧离子图象说明晶界处有氧的富集,这可能就是钼变脆的原因。此外，还可以在原子探针内将试样表面的原子逐层剥除，研究金属表层内的成分在垂直表面方向的变化。

金属和合金的微观分析离子探针 用能量为1～30keV 的一次离子束轰击试样表面，也可以使表面原子电离变成离子溅出，用双聚焦质谱仪检测并分析这种二次离子就可以得出试样表面4～20┱的成分及其随深度的变化，这就是二次离子质谱(secondary ion mass spectroscopy,简写为SIMS)。如果将一次离子束聚焦到1m 甚至更小，并令其在试样上扫描，就可以得到表面上定点的微区成分分析或二维的成分图像。这种微束二次离子质谱仪称为离子探针(ion micro-prooe)。二次离子质谱的特点是:①可以分析包括氢在内的各种同位素，如用离子探针检测出钢中夹杂物内吸附有氢,以及氢在钛的晶界上的偏聚;②灵敏度极高(10%),可以分析半导体中的杂质及注入元素的深度分析;③可以进行同位素的丰度分析。缺点是图谱比较复杂,不易辨识, 最好与其他分析手段结合在一起使用。为了表面及深度分析，又常使用大焦斑 (≥100m)的一次离子束。如果使一次离子束在试样表面扫描,可直接得到离子束照射范围内的二次离子象，得出有关原子分布的信息。这种离子探针也称为离子显微镜(ion microscope)。（见彩图)

金属和合金的微观分析2100433B

金属和合金的微观分析人们最早是使用光学显微镜观察钢的相变及各种相的形貌，在此基础上形成了金相学这门学科(见光学金相显微术)。后来又用 X射线衍射研究晶体结构(见X射线衍射)，曾以此证明 β-Fe与铁素体相同，不是一种新相。到了30年代，这种晶体结构研究阐明了电子化合物的晶体结构类型与电子浓度间的关系，发现了固溶体在预沉淀阶段中溶质原子偏聚成的GP区，确定了金属晶体在范性形变中的滑移面与滑移方向，并在此基础上发展出位错概念和其几何模型（见晶体缺陷）等等。这种X射线金相研究的建立为金属学奠定了基础。

过去，合金中的第二相颗粒的化学成分，主要是用化学或电化学方法,先将它们从基体中分离出来,再用常规化学分析方法测定，如过渡族金属在铝合金中与铝形成的化合物和在合金钢中与碳形成的合金碳化物等（见合金相）。应用激光技术，在光学显微镜中安装激光源，使激光通过透镜中心孔射到金相试样上选好的第二相颗粒上，测定所含各元素的发射光谱，可以测定微区成分，但是激光束的直径在10m以上，因此这种激光探针只适用于分析如钢中夹杂物、矿物及炉渣中较粗大的颗粒。

电子显微镜的问世把放大倍率由光学显微镜的一千多倍提高到扫描电子显微镜(SEM)的几万倍或透射电子显微镜(TEM)的几十万倍（见电子显微学）。不仅如此，电子显微镜还发展成为一个全面的微束分析仪器，既能观察几个埃(┱)的微观细节,还能进行几十埃范围的晶体结构分析(选区或微束电子衍射)和成分分析（X射线谱或电子能量损失谱）。

X射线波谱和电子探针 聚焦的电子束照射到试样上，使其中的原子失掉核外电子而处于激发的电离态（图2a），这是不稳定的，外层电子会迅速填补内层电子空位而使能量降低（图2b）。4释放出来的能量(在图中是-)可以产生该元素的具有特征波长或能量的标识X射线谱。根据这些X射线的波长不同，经分析晶体展谱(X射线波谱，wave dispersive spectroscopy，简写为 WDS)或根据X射线光子能量不同由半导体探测器等展谱(X射线能谱,energy dispersive spectroscopy,简写为EDS)。X射线波谱仪的构造原理与X射线荧光谱仪基本相同，只不过是用电子而不是用X射线作为激发源。X射线波谱仪的特点是分辨率高，因此分析的精度高而检测极限低，此外，根据布喇格定理2sin=,采用晶面间距大的分光晶体，可以分析标识X射线波长为的硼、碳、氮、氧等轻元素。它的缺点是分光晶体接受X射线的立体角小，X射线的利用率低；此外,试样要求象金相试样那样表面平正光洁，不能分析凸凹不平的试样。电子探针(electron microprobe,简写为EMP)就是由几个电磁透镜组成的照明系统与 X射线波谱仪结合在一起的微束分析仪器，电子束焦斑直径一般是0.1～1m。将金相试样置于电子探针仪中，用静止的电子束可以得到定点的分析结果，也可以用扫描电子束得到一些元素在一条直线上的一维分布或一个面上的二维分布。电子探针在分析合金中第二相的成分、偏析、晶界与表层成分方面用途很广（见界面）。

第1章 概论

1.1 材料工程与微观分析技术

1.2 微观分析技术的发展历程

1.3 现代微观分析仪器简介

1.3.1 电子与物质的相互作用

1.3.2 微观分析仪器简介

习题

第2章 电子光学基础

2.1 电子射线的特性

2.2 电子枪

2.2.1 热电子发射型电子枪

2.2.2 场发射型电子枪

2.3 电磁透镜

2.3.1 电磁透镜的结构

2.3.2 电磁透镜的像差

2.3.3 电磁透镜的分辨率

2.3.4 电磁透镜的景深与焦长

习题

第3章 透射电子显微镜

3.1 透射电子显微镜的分类

3.2 透射电子显微镜的基本构成

3.2.1 电子光学系统

3.2.2 真空系统

3.2.3 电源系统

3.3 透射电子显微镜的基本操作方法

3.3.1 合轴操作

3.3.2 图像观察与记录

3.4 透射电子显微镜的样品制备

3.4.1 金属薄膜样品的制备方法

3.4.2 纳米粉末样品的制备方法

3.4.3 界面薄膜样品制备

3.4.4 复型样品的制备方法

习题

第4章 电子衍射

4.1 电子衍射实验

4.2 电子衍射原理

4.2.1 布拉格定律

4.2.2 埃瓦尔德球图解

4.2.3 倒易点阵

4.2.4 电子衍射基本公式

4.2.5 结构因素与结构消光

4.2.6 晶带定律和零层倒易面

4.2.7 偏离矢量以及影响倒易点形状的因素

4.3 单晶电子衍射谱的标定

4.3.1 单晶电子衍射谱的对称性

4.3.2 单晶电子衍射谱的标定方法

4.4 多晶电子衍射谱的标定

4.4.1 多晶电子衍射谱的形成

4.4.2 多晶电子衍射谱的标定方法

4.5 复杂电子衍射谱

4.5.1 高阶劳埃斑

4.5.2 超点阵斑点

4.5.3 二次衍射

4.5.4 孪晶斑点

4.5.5 菊池花样

习题

第5章 透射电镜的图像衬度及其应用

5.1 质厚衬度

5.1.1 质厚衬度成像原理

5.1.2 质厚衬度的应用实例

5.2 衍射衬度

5.2.1 衍射衬度成像原理

5.2.2 衍射衬度的应用

5.3 相位衬度

5.3.1 相位衬度成像原理

5.3.2 相位衬度像的种类

5.3.3 相位衬度像的应用

5.4 成像模式的相互关系

习题

第6章 扫描电子显微镜

6.1 扫描电子显微镜的结构原理

6.1.1 电子光学系统

6.1.2 信号检测放大系统

6.1.3 图像显示记录系统

6.1.4 真空系统

6.1.5 电源系统

6.2 扫描电子显微镜的主要性能

6.2.1 扫描电子显微镜的分辨率

6.2.2 扫描电子显微镜的放大倍数

6.2.3 扫描电子显微镜的景深

6.3 扫描电子显微镜的样品制备

6.4 扫描电子显微镜的图像衬度及应用

6.4.1 表面形貌衬度及应用

6.4.2 原子序数衬度及应用

习题

第7章 背散射电子衍射

7.1 背散射电子衍射仪的工作原理

7.1.1 背散射电子衍射仪的基本构成

7.1.2 背散射电子衍射仪的工作原理

7.2 背散射电子衍射的应用

7.2.1 晶粒尺寸及形状的分布

7.2.2 材料织构分析

7.2.3 晶粒之间取向差分析

7.2.4 物相鉴定及相比率计算

7.2.5 应变测量

习题

第8章 成分分析

8.1 特征X射线的产生

8.2 波谱仪工作原理

8.3 能谱仪工作原理

8.4 波谱仪和能谱仪比较

8.5 X射线谱仪的分析方法及其应用

习题

第9章 X射线衍射

9.1 X射线物理学基础

9.1.1 X射线的本质

9.1.2 X射线的产生

9.1.3 X射线谱

9.1.4 X射线与物质的相互作用

9.1.5 X射线的防护

9.2 X射线衍射原理及衍射强度

9.2.1 X射线衍射原理

9.2.2 X射线衍射强度的处理过程

9.2.3 多晶体的X射线衍射强度

9.3 X射线衍射仪

9.3.1 X射线衍射仪的结构原理

9.3.2 X射线衍射仪的样品制备

9.3.3 X射线对物质的衍射谱

9.4 X射线衍射定性物相分析

9.4.1 定性分析的基本原理

9.4.2 PDF卡片的组成

9.4.3 PDF卡片索引

9.4.4 物相分析方法

9.4.5 物相分析时应注意的问题

习题

第10章 扫描探针显微镜

10.1 扫描隧道显微镜

10.1.1 隧道效应

10.1.2 扫描隧道显微镜的工作原理

10.1.3 扫描隧道显微镜的结构

10.1.4 扫描隧道显微镜的工作模式

10.1.5 扫描隧道显微镜的特点

10.1.6 扫描隧道显微镜的应用举例

10.2 原子力显微镜

10.2.1 原子之间的作用力

10.2.2 原子力显微镜的结构及工作原理

10.2.3 原子力显微镜的工作模式

10.2.4 原子力显微镜的特点

10.2.5 原子力显微镜的应用举例

习题

实验指导书

实验一 材料显微组织与相结构的TEM分析

实验二 材料显微组织以及微区成分分析

实验三 多相物质X射线衍射物相分析

关于Jade软件

附录

附录1 物理常数、换算系数和电子波长等

附录2.1 常用材料的化学减薄液

附录2.2 常用材料的电解减薄液

附录3 常用材料的电解抛光液

附录4 常见晶体标准电子衍射花样

附录5 立方晶体晶面(或晶向)夹角表

附录6 常用晶体学公式

附录7 常见晶体的晶面间距

附录8 钢中相的电子衍射谱标定用数据表

附录9 特征X射线的波长和能量表

参考文献

采用Al−10%Mg 合金还原制备的高钛铁合金氧存在的区域明显减少，尤其是钛基体b 区和钛铁共溶体c区，其中已无氧明显存在。这说明采用Al−10%Mg 做还原剂具有更强的还原能力，此条件下金渣分离效果也更显著，合金微观结构更均匀致密。定氧分析表明，Al 还原制备的高钛铁中氧含量高达12。20%，Al−10%Mg 还原制备高钛铁中氧含量仅为3。87%，可见TiO2 还原程度得到极大的加强。以上结论与热力学分析结果一致。

合金中各元素分布并不均匀，特别是Fe 元素只在部分区域内分布，说明熔池内渣金流动性不好；铝元素含量高的区域，氧元素含量也很高，主要以Al2O3 夹杂物存在的，与XRD 和SEM 电镜分析结果一致。铁元素存在的区域钛的含量也很高，可推测铁基本以钛铁合金的形式存在；硅元素含量高的地方，钛元素的含量高，而氧元素等含量也较低，推测硅可能是以硅钛合金形式存在的 。

分析介绍

对材料的微观形貌、物相组成，相变，微区、相界面、表面化学成分分布，结晶偏析，晶体、玻璃体结构，分子结构，元素在材料中的化学状态（价态、配位数）、空间分布，电子能态及离子周围的化学环境和键合情况等等的观测、分析。各种建筑材料具有不同的微观结构，从而决定了他们的物理、化学及机械性能。建筑材料微观结构分析的方法有以下各种（见表）。

主要用电子光学显微镜观察。

电子显微术　也称电子显微镜（简称电镜）分析方法，是一种应用电镜对物体的微观结构进行观测的技术，所采用的电镜主要有以下几种：

① 电子显微镜。一种以高速运动的电子束作为“光源”或激发源，对物体的微观结构进行放大分析观测的电子光学仪器，可分为透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、扫描透射电镜 （STEM）、反射电镜（REM）、点投影电镜(PPEM)及场发射电镜(FEEM)等，其中以透射电镜和扫描电镜应用为最广泛。近十几年来，还发展了分析透射电镜、 分析扫描电镜以及附有俄歇电子能谱仪（AES）、扫描俄歇电镜(SAM)、X射线光电子谱 (XPS)及紫外光电子谱(UPS)等功能的表面微观分析电镜,广泛用于材料的微区形貌、化学组成、化学价态和电子能态的研究。

② 透射电镜。由电子枪发射的高速电子束透过试样，经电磁透镜成像放大，在终端荧光屏、电视荧光屏或电子摄影底片上获得试样的显微图像。

透射电镜的电子放大率可从数百倍连续改变到 100万倍以上，其点分辨率已近1埃，晶格分辨率可达1埃以内，能直接观察到一些特殊样品中单个重原子和薄晶体中的原子排列图像。

一般透射电镜的电子枪加速电压为50～150千伏。超高压电镜的加速电压可达500千伏至3兆伏，其电子束穿透力强，对试样辐照损失小，可配备环境试样室，用以直接观察材料在自然环境中的化学反应及相变过程。

透射电镜已向多功能方向发展，兼有透射扫描、选区电子衍射、高分辨率电子衍射、 X射线能量色散谱仪、电子能量损失谱仪等功能，可在观察试样微观形貌的同时进行微区化学成分、物相、晶体结构、元素化学价态、电子能态的综合分析。

③ 扫描电镜。 由电子束在试样表面逐行逐点扫描，与试样相互作用产生二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子和透射电子等信息，由探测器接收并放大后在电视荧光屏上获得试样表面显微结构图像。通过接收不同的被激发出的信息，可分别获得试样的二次电子图像、背散射电子图像和吸收电子图像等。

扫描电镜的二次电子图像分辨率已达30埃左右，电子放大率可以从20倍连续改变到30万倍以上。配备X射线晶体谱仪(wdx)及X射线能量色散谱仪(EDX)附件后,可在试件中0.5×0.5微米、深度约1微米区域内,只用1～2分钟同时对多个化学元素作定量分析。从Be到U 均可分析,灵敏度达10%,并可作元素微区线、面扫描分析,确定试样中元素的分布状况。配备二次离子质谱仪(SIMS)附件，可分析试样微区范围内各种元素。配备高温、低温、拉伸、弯曲、疲劳及压痕等试验装置后，可观察试样在不同温度和受力状态下的微观结构变化，为材料的强度与断裂理论研究和应用研究提供大量新的信息。仪器采用1.33×(10～10)帕超高真空技术，减少试样的污染，配备微型电子计算机控制操作及处理数据，提高了仪器的自动化程度和图像质量。配备电影摄影机或电视录像机，可连续记录试样微观结构的变化情况。

扫描俄歇电子显微术(SAM)　由扫描电镜分析技术和俄歇电子能谱分析技术结合而成的微观结构分析技术。俄歇电子的能量和试样表面激发原子的原子序数及化学价态等有关。当直径为几十至几百埃的电子束在试样表面扫描时，通过筒镜型能量分析器接收从试样原子发射出来的俄歇电子，可得到试样表面形貌及表面结构图像。新型扫描俄歇电子显微镜，可观察试样表面深度为10埃以内的元素分布图像,分辨率达500埃。适用于除氢、氮以外的各种元素,用于原子序数为3～10的轻元素。在钢铁、有色金属、玻璃、陶瓷等材料的表面物理、表面化学研究工作中得到应用。

光学显微术　应用光学显微镜观测材料微观形貌、物相的技术。新型光学显微镜由光源系统、载物台、物镜系统、目镜或投影屏幕及摄影系统等组成。通过变换物镜和目镜可使仪器放大率由几十倍调到2000倍，点分辨率可达0.3微米左右。

按光线和试样的作用方式，光学显微镜可分为透射式和反射式两种。透射式显微镜常用于观察粉状材料颗粒形状、尺寸及透明材料的缺陷，如玻璃中的结石、析晶等。反射式显微镜常用于不透明固体材料，如金属、陶瓷、水泥石等的物相定性、定量分析及微观形貌、缺陷观察。带起偏镜、检偏镜的偏光显微镜，常用于建筑材料中透明矿物的物相定性、定量分析。配有摄影机或录像机的光学显微镜能连续记录试样微观结构的变化情况。配有高、低温装置（2200～80开）及拉伸、压缩装置的光学显微镜，可观察试样在不同温度和不同受力状态下微观结构的变化情况。

由光学显微镜与扫描技术及电子计算机技术结合而成的图像分析仪，利用试样各相透光、返光性能的差别（即成像灰度）可进行物相定量分析及粒度分析等。

对构成材料的各种物相的种类和含量进行分析测定的技术。

岩相分析法　利用材料中各相光学性质（折射率、透光率、颜色、晶轴对称性、消光角度等）及形状的特点，通过光学显微镜观察，确定各相种类、数量、尺寸及分布状态的技术。按试样处理方式可分为粉末油浸法、抛光薄片法、光薄片法、显微化学法等。试样中矿物的定量分析方法常使用直线法、计点法、面积法和目测法等。发展起来的超薄光薄片法，是将试样磨抛成几个微米厚的光薄片，提高了试样显微图像的质量和分析的准确度。岩相分析法在水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料的原料和制品物相组成的分析研究中得到广泛应用。

X射线物相分析法　利用单色X射线和多晶体物质相互作用产生的特征衍射谱进行试样物相定性、定量分析的方法。当单色X射线照射到多晶体物质上,其特征衍射谱与组成晶体的元素、晶胞内各原子的排列及各种晶体的含量有关。通过测量特征衍射谱的分布位置和强度，可定性或定量分析试样中晶体的种类和含量。常用于分析水泥、玻璃、陶瓷原料及制品，金属材料、矿石原料的物相组成及研究水泥水化、陶瓷烧结、玻璃晶化、金属热处理等过程的结晶相变规律。

仪器主要由X射线管、旋转试样台、衍射谱探测系统和数据处理系统等组成。 常用X射线管的阳极(也称靶)有旋转式和固定式两种，系由铜、钴、钨、钼、铁等制成，能发出不同波长的特征X射线,用于分析不同的晶体。衍射谱探测系统有照相式和测角计式等。 新型X射线衍射仪附有高、低温试样台或带有高、低温照相机，能研究1800～80开温度下试样的结晶相变规律。配备电子计算机自动检索系统的仪器，能快速准确分析试样中各种晶体的种类及含量。细聚焦X射线结构分析仪的X射线束，直径细达15～20微米，可用于分析试样微小区域中的结晶物相，如玻璃中的微小结石和陶瓷晶粒间界微小相。

电子衍射分析法　利用电子射束照射晶体试样产生衍射现象，通过探测衍射谱的分布位置和强度，对试样的原子排列、晶相、微观缺陷等进行分析的技术，分为低能电子衍射和高能电子衍射。前者常用于试样表层几十埃厚度范围的结构分析，后者常用于多晶、单晶薄膜的结构分析和粉末试样的物相分析。与电镜结合的选区电子衍射，可分析尺寸为1微米以下单晶体的结构。

中子衍射分析法　利用中子和构成晶体的元素的原子核相互作用产生衍射现象，通过探测衍射谱的分布位置和强度，对试样中晶体物相及其结构进行分析的技术。适用于研究轻元素晶体特别是含氢晶体的结构，确定其中氢原子位置。

X射线晶体结构分析法是利用X射线与晶体相互作用产生衍射现象,探测衍射谱的分布位置和强度，进行晶体微观结构分析的技术。主要有用于测定晶体结构、点阵常数、晶粒大小，研究晶体内应力和点阵畸变的多晶体分析方法。

主要有以下几种：

俄歇电子能谱法(AES) 可根据测量试样受激后发射出来的俄歇电子的固有能谱，对试样表面原子的价态、结合状态进行研究，并通过测量因化学结合状态，即价电子变化引起原子内壳层能级变化而出现的俄歇电子能谱的能量和峰的形状发生的化学位移（也称化学效应），进行表面原子的状态分析。

电子探针法(EPMA)　当直径约为0.1～1微米的电子束轰击试样表面时,原子受激而产生特征X射线谱。通过探测X射线谱的精细结构,如谱的波长、形状、相对强度比的变化及产生的体线等，从而确定试样中元素的化学状态和结构状态。

光电子能谱法　用一定能量的 X射线或光激发固体表面或气体分子,通过探测激发出的光电子的能量,确定试样表层原子的种类、内部电子的各种能级，获得电子束缚能、原子的结合状态和电荷分布等电子状态的信息。试样的分析深度一般为5～20埃。

以特征X射线为激发源的X射线光电子能谱法 (XPS)也称化学分析电子能谱法(ESCA)，可通过测定内壳层电子能级谱的化学位移，确定原子结合状态和电子分布状态。能分析试样表面氢以外元素的化学组成及价态，研究所有电子能级的能量。

以真空紫外线为激发源的紫外光电子能谱法 (UPS)，能研究试样表面价电子能带的精细结构及其随反应、配位和吸附而产生的变化。

包括以下几种：

核磁共振波谱法　利用在磁场作用下定向排列的磁性原子核在量子化能态之间的射频诱生跃迁获得的核磁共振波谱，确定出特定的原子核的种类、数量、位置、排列状态，进而描绘出分子内原子团或原子排列顺序的分析方法，是通过观测核子共振频率偏移，即化学位移和自旋－自旋耦合常数与结构之间的关系进行试样结构分析。

电子自旋共振波谱法　也称电子顺磁共振波谱法，是利用微波辐射对具有不成对自旋的电子诱生磁能之间的跃迁，通过静电场使磁能分裂，以获得原子分子中的未耦电子及电荷分布、化学键等信息。已成功地应用于具有未耦电子的顺磁性物质的结构研究，如具有奇数个电子的原子，内电子壳层未被充满的过渡族元素的离子、具有奇数个电子的分子以及固体缺陷中的F中心、V中心等。

红外光谱法　利用试样分子和红外辐射作用吸收其特定波长形成的光谱，确定分子内官能团和原子的总体结构的分析方法。

热分析方法　利用试样在加热或冷却过程中产生的吸热、放热、增重、减重、膨胀、收缩、软化、变形以及电导率随温度变化的规律，研究物质的物理化学变化规律的方法。 常将各种热分析法获得的信息与X射线物相分析、电镜形貌分析和成分分析的结果综合对比，以确定材料的微观结构变化规律。

差热分析法(DTA) 将待测试样和一种热惰性参比物质放在同一个加热器中，按一定程序改变温度，当达到某一温度试样结构发生变化引起释放或吸收能量，从而使其自身温度与参比物质之间产生相应的差别，达到了解试样结构发生变化的温度范围、对应该结构变化的吸热或放热过程以及结构变化的定量关系。通过测量整个温度区间热谱的各种吸热、放热特征的数目、形状和位置，即可对试样的结构变化进行描述。

差示扫描量热法(DSC) 将待测试样和热惰性参比物质放在严格控制程序的温度中，当试样结构发生变化时，向试样容器或参比物质容器加热或减热而使其两者保持相同温度，通过测量输入、取出的热量及转变时的温度范围，可以获得试样结构变化的定量关系。

热重分析法(TGA) 试样在温度改变过程中产生结构变化而引起重量改变,通过温度-重量关系曲线获得材料的化学反应热力学、动力学、反应机理、中间产物及最终产物数据的分析方法。可用于研究建筑材料加热制备过程中的脱水、分解、化学反应等规律。

热机械分析法(TMA)　通过测量试样在温度变化过程中的膨胀、收缩、软化、延伸变形规律，定量描述材料结构变化的分析方法。

电热分析法(ETA) 通过测量试样在温度变化过程中电导率等电气性能的变化规律，研究材料结构的分析方法。广泛用于聚合物结构研究、表面气体吸附、水分和增塑剂含量及聚合物系统中痕量杂质的研究。

测定多孔材料孔径大小、孔隙体积及其孔径分布的技术。常用的孔结构测定方法有水银压入法、气体吸附法和显微镜观测法等。①水银压入法，可测定试样中直径为 50埃至750微米的孔径分布。常用的水银测孔仪有高压和低压两种，可根据试样孔径分布情况选用。压力为 300兆帕的高压测孔仪适于测50埃至11微米的孔。压力为0.15兆帕的低压测孔仪适于测11～750微米的孔。②气体吸附法，适于测定直径小于600埃的孔。③利用光学显微镜和电子显微镜，可直接观察孔隙的形状和分布状况。2100433B