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图书分类 > 物理 > 中子和同步辐射在工程材料科学中的应用
中子和同步辐射技术是工程材料结构分析的一对互补的物理分析方法，能够无损的对材料表面区域和体相的微结构信息进行研究。与传统实验室的X射线相比，利用同步辐射能使空间分辨率和能够得到的深层信息增加几个量级，为高级材料和多种材料微结构的分析带来了可能，满足了材料工程对此不断增长的需求。中子和同步辐射在很多年里一直是物理学家和其他自然科学家的领域。伴随着在反应堆、散裂源和电子储存环上建立的专门的材料科学应用的装置的发展，适于对复杂的工程材料性能研究的实验技术的发展，中子和同步辐射吸引了工作在大学、研究所和工业界的材料学家和工程师们。中子和同步辐射在工程材料科学研究中最主要的实验技术包括衍射、小角散射和形貌。这本书将会成为该中子和同步辐射在工程材料科学研究领域的入门参考书，将会促进利用中子和同步辐射进行工业研究的学生、科学家和研究人员在该研究领域的深入研究和发展兴趣。
样章试读
目录
译者序
第一部分概 述
第1章 工程材料的显微结构和特性 3
1.1引言 3
1.2显微结构 4
1. 2.1晶体缺陷 6
1.2.2晶界f相界)和孪晶 6
1.2.3沉淀相和弥散物 7
1.3显微结构及性能 9
1.4显微结构的表征 12
参考文献 15
第2章 工程材料中的内应力 18
2.1定义 18
2.1.1应力张量?应变张量和弹性张量 18
2.1.2定义,残余应力 20
2.2宏观和微观残余应力的产生 23
2.2.1主要成型过程中残余应力的形成 24
2.2.2热处理过程中残余应力的形成 25
2.2.3成型过程中残余应力的形成 29
2.2.4切削加工中残余应力的形成 33
2.2.5焊合过程中的残余应力 35
2.2.6涂层中残余应力的形成 39
2.3相关内容 41
2.3.1温度变化引发残余应力形成或释放导致的失效 42
2.3.2静态和动态机械加载对失效零部件上残余应力的影响 43
2.3.3腐蚀环境中残余应力对工伴失效的影响 45
2.3.4残余应力对耐磨性的影响 45
参考文献 46
第3章 工程材料的织构与织构分析 50
3.1引言 50
3.2极图 52
3.3实验室尺度上的织构测量 53
3.3.1 X射线衍射 53
3.3.2电子衍射 55
3.4大型设备织构测量 56
3.4.1中子衍射 56
3.4.2同步X射线在织构分析中的应用 60
参考文献…64
第4章 光子和中子的物理性能 67
4.1引言 67
4.2 X射线光子和中子与单个原子的相互作用 68
4.2.1中子 68
4.2.2 X射线 70
4.3原子集群的X射线光子和中子的散射 73
参考文献 75
第5章 辐射源 76
5.1 中子的产生和特性 76
5.1.1引言 76
5.1.2中子的产生 76
5.1.3谱仪 80
参考文献 81
5.2同步辐射的产生和特性 81
5.2.1引言 81
5.2.2同步辐射的特性 83
5.2.3同步辐射光源 87
5.2.4展望:自由电子激光器 91
5.2.5总结 93
参考文献 93
第二部分方 法
第6章 用于内应力分析的衍射方法介绍 97
6.1 -般性质 97
6.2衍射原理 97
6.3用衍射方法确定应变的原理 .99
6.4无应力晶面间距do的确定 101
6.5 siri2yj技术102
6.6非线性的晶格应变分布 103
6.6.1各向异性 103
6.6.2应力/应变梯度 104
6.6.3剪切应力/应变 105
6.7衍射弹性常数 106
6.7.1 DEC的计算 107
6.7.2 DEC的实验测定 107
6.8实验装置和测量步骤 108
6.8.1实验装置 108
6.8.2测量步骤 110
6.9深度和局部残余应力分析综述 111
参考文献 111
第7章 利用角度色散中子衍射方法分析应力 114
7.1引言 114
7.2残余应力分析衍射仪 115
7.2.1应变扫描衍射仪的布局 115
7.2.2单色器 116
7.2.3狭缝系统 116
7.2.4样品定位 117
7.2.5探测器 117
7.3测量和数据分析 118
7.3.1测试体积与样品定位 118
7.3.2数据简化和分析…120
7.4实例 122
7.4.1搅拌摩擦焊薄铝片中的残余应力分析 122
7.4.2水淬火涡轮盘中的残余应力 124
7.5总结与展望 126
参考文献 126
第8章利用中子能量色散衍射方法分析应力 128
8.1引言 128
8.2飞行时间中子衍射 128
8.2.1飞行时间的衍射峰形状与数据分析包 129
8.3飞行时间应变扫描仪 131
8.3.1计数时间与分辨率 132
8.3.2中子光学与时间聚焦 134
8.4虚拟应变扫描实验室 135
8.5晶粒间的应力演化 137
8.6飞行时间透射分析 138
8.6.1布拉格边 139
8.6.2绘制应变图 139
8.6.3定量物相分析 140
8.6.4其他方面的应用 141
8.7小结 142
参考文献 142
第9章 利用高能单色X射线分析残余应力 145
9.1基本装置 145
9.2狭缝成像原理及数据重建 147
9.3锥形狭缝 148
9.3.1工作原理 148
9.3.2性能 149
9.3.3实例 150
9.4螺线形狭缝 151
9.4.1功能原理 151
9.4.2性能 152
9.4.3实例 153
9.5同时测量几个大晶粒的应变…154
9.6粗粒度效应…156
9.7面探测器获取的衍射数据分祈…157
9.8针对具体问题选择实验技术…158
参考文献…159
第10章 高能X射线白光分析残余应力 161
10.1反射模式 161
10.1.1原因…161
10.1.2反射几何下深度分辨能量色散X射线应力分析(XSA)的基本关系式…161
10.1.3实验装置…164
10.1.4用能量色散衍射法分析深度方向的残余应力实例 166
10.1.5结束语和展望 69
参考文献…170
10.2透射模式 171
10.2.1原因…171
10.2.2实验装置和实验细节 171
10.2.3数据处理…175
10.2.4例子 176
10.2.5总结. 179
参考文献…179
第11章 微结构分析的衍射成像方法…183
11.1介绍和衍射成像的原理 183
11.2 HASYLAB光源G3束线上的MAXIM实验…183
11.3数据结构 184
11.4数据处理和可视化策略 185
11.5展望,块体成像 187
参考文献…189
第12章 小角散射方法基础…190
12.1小角散射装置的共同特征 190
12.2衬度…190
12.3散射曲线 191
12.4幂定律/分形系统的散射 193
12.5纪尼叶(Guinier)和波罗德(Porod)近似 193
12.6宏观微分散射截面…194
12.7尺寸分布的模型计算…195
12.8礅结构 195
参考文献…196
第13章 小角中子散射 198
13.1氢可逆存储的二氢化镁纳米晶体 198
13.2钢铁中的析出物 201
13.3聚合物基体中的Si02纳米颗粒——工业应用…203
13.4绿色表面活性剂 204
参考文献…205
第14章 Cu-Co合金的分解动力学:小角X射线散射应用 207
14.1引言 207
14.2反常小角X射线散射(ASAXS)的基本原理 207
14.3表征铜钴合金分解的ASAXS实验结果 209
14.4展望…211
14.5总结…212
参考文献…212
第15章 B3成像 214
15.1射线投影成像 214
15 .1.1基本原理一…214
15.1.2 中子与物质的相互作用 215
15.1.3几何结构一…218
15.1.4分辨率函数 220
15.1.5图像退化…223
15.1.6其他成像技术 224
15.2断层成像 228
15.2.1数学处理方法介绍228
15.2.2切片定理和香农定理 230
15.2.3图像重建…231
15.3中子断层成像的新进展 234
参考文献…238
第16章 基于中子和同步辐射的成像在材料科学中的应用一一从宏观到
纳米断层成像 240
16.1引言…240
16 .1.1吸收衬度投影 240
16.1.2相位衬度投影 241
16.1.3相位增强投影 241
16.1.4直接相位衬度投影242
16.1.5非直接相位衬庋投影 242
16.2平行束断层成像 242
16.2.1数据测量和重建 243
16.2.2密度分辨率和探测器质量 244
16.2.3数据评估和可视化…245
16.3中子宏观断层成像…247
16.3.1实验装置一…247
16.3.2测量和结果 248
16.4基于同步辐射的显微断层成像 249
16.4.1束线光学…250
16.4.2实验装置252
16.5总结和展望…254
参考文献…254
第17章 工程材料的微断层成像技术(IJ-CT) 257
17.1 同步辐射断层成像的优点 257
17.2应用和3D图像分析…257
17.2.1碱性电池的放电过程 257
17.2.2 Nb3Sn多丝超导线的微结构检测 260
17.2.3发泡剂在金属泡沫结构中的影响 261
17.3图像伪影 .263
17.3.1环状伪影 …263
17.3.2图像噪声…263
17.3.3边缘伪影…264
17.3.4运动伪影…264
17.3.5旋转轴的中心误差265
参考文献…265
第18章 衍射增强成像 268
18.1引言…268
18 .1.1理论基础…268
18.1.2消光衬度270
18.1.3 DEI的原理 270
18.2实验装置 272
18.3实例…273
18.3.1 -套完整的DEI图像 273
18.3.2材料科学274
18.3.3矿物学研究举例…274
18.4结论…275
参考文献…276
第三部分新出现的方法
第19章 三维X射线衍射显微术 279
19.1基本实验装置和方法 .279
19.1.1 3DXRD显微镜 282
19.2晶粒指标化和平均特性表征 282
19.2.1应用I:成核和生长研究 283
19.2.2应用II:塑性形变 284
19.2.3应用III:亚晶粒和纳米晶粒材料研究…285
19.3晶粒和取向分布图…286
19.3.1模式III:无形变样品中晶粒分布图…286
19.3.2模式IV:形变样品的晶粒取向分布图…287
19.3.3应用I:再结晶 288
19.3.4应用II:晶粒生长 289
19.4 3DXRD和断层成像术的结合… ….290
19.4.1利用断层成像术获取晶粒分布图 290
19.5展望…291
参考文献…291
第20章 三维微米分辨劳埃衍射 293
20.1引言…293
20.1.1多色微衍射的需求293
20.2先进的多色微衍射理论基础…294
20.2.1劳埃衍射的修正埃瓦球描述 294
20.2.2定量信息:相,织构,弹性应变,位错密度 295
20.3针对自动3D探针的技术发展 296
20.3.1光源 297
20.3.2微束单色器 298
20.3.3非色散聚焦先学元件 .299
20.3.4面探测器…299
20.3.5差分孔径…299
20.3.6软件 300
20.4研究例子 300
20.4.1 晶粒边界的3D网络 300
20.4.2形变行为与晶界…301
20.4.3单晶中的形变 302
20.4.4表面及三维尺度上的晶粒生长 302
20.4.5反常晶粒的生长…304
20.5未来展望与机遇 304
参考文献…305
第21章 利用标记物和X射线吸收断层成像技术开展三维塑性应变场的
定量分析…307
21.1引言…307
21.2实验方法 307
21.2.1标记物…307
21.2.2颗粒跟踪和位移梯度张量(DGT)计算 308
21.2.3空间分辨率 308
21.3测试结果 309
21.3.1均匀形变…309
21.3.2非均匀形变 309
21.3.3微结构效应 310
21.4展望…311
参考文献…311
第22章 衍射和断层成像联合技术 313
22.1引言…313
22.2实验设备 313
22.3例子:合并的衍射/断层成像实验研究蠕变损伤 314
22.3.1科学背景…314
22.3.2实验细节…314
22.3.3结果 316
22.4结论和展望 317
参考文献 318
第四部分工业应用
第23章 残余应力衍射分析技术在航空工业中的应用 321
23.1概况 321
23.2涡轮盘的残余应力 322
23.2.1引言. 322
23.2.2材料 .323
23.2.3育限元建模 324
23.2.4中子衍射…325
23.2.5结果 326
23.2.6结语 329
23.3激光焊接铝接头的残余应力 329
23.3.1引言….… ….329
23.3.2材料与焊接 330
23.3.3中子衍射…332
23.3.4激光焊T形接头残余应力 333
23.3.5激光焊对接接头残余应力 334
23.3.6小结 336
23.4结论 336
参考文献 337
第24章 曲轴残余应力的优化…341
24.1引言 341
24.2残余应力的实验测试 342
24.3实验结果和意义 343
24.4结论 345
参考文献 345
索引 347]]>
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