636-0729/02 – Structural and Phase Analysis (SFA)
| Gurantor department | Department of Material Engineering | Credits | 6 |
| Subject guarantor | prof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc. | Subject version guarantor | prof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc. |
| Study level | undergraduate or graduate | Requirement | Compulsory |
| Year | 2 | Semester | summer |
| | Study language | Czech |
| Year of introduction | 1993/1994 | Year of cancellation | 2005/2006 |
| Intended for the faculties | FMT | Intended for study types | Bachelor |
Subject aims expressed by acquired skills and competences
-Define principal aims of structural and phase analysis.
-Characterise fundamentals of image analysis.
-Compare possibilities and limitations of electron diffraction, neutron diffraction and X ray diffraction.
-Characterise basic principles of high resolution transmission electron microscopy.
-Outline possibilities of modern techniques in scanning electron microscopy.
-Compare possibilities and limitations of modern spectral analysis techniques.
-Characterise basic scanning probe microscopy techniques.
-Propose a procedure of structural analysis of a defective material.
Teaching methods
Summary
The course covers fundamental experimental techniques which can be used for
microstructural characterisation of technical materials. Attention is paid to
optical microscopy, electron microscopy and X ray diffraction analysis.
Lectures include such topics as physical principles of individual techniques,
experimental equipment, preparation of samples for investigations and
intepretation of results. Applications of individual experimental techniques in
research and testing of materials are illustrated on practical examples.
Compulsory literature:
1. Saltykov S.A.: Stereometrická metalografie, SNTL, Praha, 1980
2. Jandoš F, Říman R., Gemperle A.: Využití moderních laboratorních metod v
metalografii, SNTL, Praha 1985
3. Hubáčková J.: Strukturně fázová analýza I, Texty PGS, VŠB-TU Ostrava, 1999
4. Jonšta Z., Vodárek V.: Strukturně fázová analýza II, Texty PGS, VŠB-TU
Ostrava, 1999
Recommended literature:
Additional study materials
Way of continuous check of knowledge in the course of semester
E-learning
Other requirements
Prerequisities
Subject has no prerequisities.
Co-requisities
Subject has no co-requisities.
Subject syllabus:
Přednášky:
1. Strukturní charakteristiky získané metalografickou analýzou. Vnitřní
stavba a mikrostruktura kovů a slitin. Faktory působící na formování
mikrostruktury. Typy struktur.
2. Světelná mikroskopie - základní metoda studia struktury kovů. Příprava
vzorků pro světelnou mikroskopii. Světelná optika, objektivy a okuláry,
základní charakteristiky. Světelné mikroskopy. Zviditelňování mikrostruktu-
ry.Optické metody zvyšování kontrastu. Temné pole, polarizované světlo,
fázový kontrast. Mikrotvrdost.
3. Kvantitativní metalografie a stereologie. Úvod do stereologie. Základní
stereologické symboly a veličiny. Postupy při určování základních
stereologických veličin. Statistické vztahy mezi základními veličinami.
Určení objemového podílu Vv, specifického povrchu Sv, specifické délky čar
Lv a specifického počtu bodů Pv.
4. Základní typy kvantitativních analýz. Bodová analýza, lineární analýza,
plošná analýza, jejich použití, přesnost. Směrodatná odchylka, chyba
měření.Histogramy četnosti strukturních útvarů. Metoda průměrů. Metoda
tětiv. Orientované a částečně orientované struktury. Statistické přepočty
při stereologické analýze.Podstata komplexní metalografické analýzy.
Metodika. Pomůcky pro stereologickou analýzu: optické, mechanické,
semiautomatické. Přístroje televizního typu – obrazové analyzátory.
5. Interakce elektronového svazku s hmotou. Krystalové soustavy, vlastnosti
reciproké mříže. Geometrické podmínky difrakce: Braggův zákon a Ewaldova
reflexní koule.
6. Porovnání rozlišovací schopnosti současných mikroskopických technik.
Princip prozařovacího elektronového mikroskopu. Mechanismy vzniku kontrastu
v prozařovacím mikroskopu: amplitudový kontrast – zobrazení ve světlém a v
tmavém poli, fázový kontrast – zobrazení mřížky a struktury.
7. Příprava preparátů pro prozařovací elektronovou mikroskopii: extrakční
uhlíkové repliky a tenké kovové fólie.
8. Metody elektronové difrakce: princip selekční elektronová difrakce a
difrakce konvergentního svazku elektronů. Interpretace difraktogramů při
studiu polykrystalů a monokrystalů. Srovnání metod rtg a elektronové
difrakce – možnosti a omezení. Kvantitativní analýza elektronomikro-
skopických zobrazení.
9. Princip řádkovacího elektronového mikroskopu. Základní mechanismy
vzniku kontrastu na zobrazení. Environmentální řádkovací elektronové
mikroskopy. Difrakce zpětně odražených elektronů. Příprava preparátů pro
řádkovací elektronovou mikroskopii.
10. Rtg spektrální mikroanalýza. Základní principy vlnově a energiově
disperzní mikroanalýzy. Kvalitativní a kvantitativní analýza. Spektroskopie
¨ Augerových elektronů.Spektroskopie energetických ztrát elektronů. Energiová
filtrace v prozařovací elektronové mikroskopii.
11. Praktické příklady využití elektronové mikroskopie v materiálovém
inženýrství.
12. Interakce rtg záření s hmotou. Absorbce rtg záření. Difrakce rtg
paprsků na krystalických látkách. Rentgenometrické metody.
13. Experimentální technika difrakční analýzy struktury materiálů.
Fotografická registrace. Debye-Schererova metoda. Metoda zpětného odrazu.
Difraktometr.
14. Praktické příklady využití rtg difrakce v různých oborech materiálové
technologie.
Cvičení:
1. Hodnocení mikrostruktury za využití základních stereologických veličin. Sta-
novení velikosti zrna. Použití lineární, plošné a srovnávací metody.
2. Zpracování dat získaných při hodnocení jednofázových struktur. Počet zrn
v objemové jednotce (Scheil-Schwartz-Saltykov). Histogram - polygon
četnosti.
3. Hodnocení dvoufázových struktur. Martensiticko- austenitické struktury.
Perlitické struktury - měrný povrch cementitu, mezilamelární vzdálenost.
4. Zpracování a vyhodnocení dat. Test 1.
5. Základy krystalografie, Millerovy indexy krystalografických rovin a směrů,
Miller-Bravaisovy indexy, osa zóny, transformační matice.
6. Jevy absorbce rtg záření hmotou, strukturní faktor.
7. Stereografická projekce, konstrukce Wulfovy síťky, konstrukce standardní
stereografické projekce.
8. Stanovení difrakční konstanty mikroskopu, analýza kružnicových
difraktogramů.
9. Analýza bodových difraktogramů, stanovení orientačního vztahu.
10. Měření hustoty dislokací, kvantitativní obrazová analýza částic minoritních
fází.
11. Exkurze do laboratoří Vítkovice - Výzkum a vývoj, spol. s r. o. , příprava
extrakční uhlíkové repliky.
12. Kvalitativní rtg difrakční analýza.
13. Kvantitativní rtg difrakční analýza.
14. Test 2 (elektronová mikroskopie a rtg. difrakční analýza). Zápočty.
Conditions for subject completion
Occurrence in study plans
Occurrence in special blocks
Assessment of instruction
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.