第八章透射電子顯微分析第一節透射電子顯微鏡工作原理及構造第二節

樣品制備第三節透射電鏡基本成像操作及像襯度第四節電子衍射原理第五節TEM的典型應用及其它功能簡介1顯微鏡的發展R.虎克在17世紀中期

制做的復式顯微鏡

19世紀中期的顯微鏡

20世紀初期的顯微鏡

帶自動照相機

的光學顯微鏡

裝有場發射槍的

掃描電子顯微鏡

超高壓透射電子顯微鏡

2電子顯微分析方法的種類透射電子顯微鏡(TEM)簡稱透射電鏡電子衍射(ED)掃描電子顯微鏡(SEM)簡稱掃描電鏡電子探針X射線顯微分析儀簡稱電子探針(EPA或EPMA)波譜儀(波長色散譜儀，WDS)能譜儀(能量色散譜儀，EDS)電子激發俄歇電子能譜(EAES或AES)

3TEM可以以不同的形式出現，如：高分辨電鏡（HRTEM）掃描透射電鏡（STEM）分析型電鏡（AEM）等等入射電子束（照明束）也有兩種主要形式：平行束：透射電鏡成像及衍射會聚束：掃描透射電鏡成像、微分析及微衍射TEM的形式4我的博客

這里精品：http:這5頁PPT沒用，跳過就可以了這里精品：http:這里精品：http:我的博客

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透射電子顯微鏡光學顯微鏡透射電子顯微鏡的成像原理與光學顯微鏡類似。照明束可見光電子為照明束聚焦裝置玻璃透鏡電磁透鏡放大倍數小，不可調大，可調分辨本領一、工作原理低高結構分析不能能10透射電子顯微鏡光路原理圖11二、構造

靜電透鏡電子透鏡恒磁透鏡磁透鏡

電磁透鏡

1.電磁透鏡TEM由照明系統、成像系統、記錄系統、真空系統和電器系統組成。能使電子束聚焦的裝置稱為電子透鏡（electronlens）12（1）電磁透鏡的結構

電磁透鏡結構示意圖13（2）電磁透鏡的光學性質

電子加速電壓透鏡半徑物距像距焦距激磁線圈安匝數與透鏡結構有關的比例常數由此可知，改變激磁電流，可改變焦距f，即可改變電磁透鏡的放大倍數。14成像電子在電磁透鏡磁場中沿螺旋線軌跡運動，而可見光是以折線形式穿過玻璃透鏡。因此，電磁透鏡成像時有一附加的旋轉角度，稱為磁轉角

。物與像的相對位向對實像為180

，對虛像為

。電磁透鏡(通過改變激磁電流)實現焦距和放大倍率調整示意圖減小激磁電流，可使電磁透鏡磁場強度降低、焦距變長(由f1變為f2）。物距u焦距f像距v15（3）電磁透鏡的分辨本領

常數照明電子束波長透鏡球差系數線分辨率

r0的典型值約為0.25~0.3nm，高分辨條件下，

r0可達約0.15nm。

光學顯微鏡可見光：390-760nm，最佳：照明光的波長的1/2。極限值：200nm100KV電子束的波長為0.0037nm；200KV，0.00251nm透射電鏡162.照明系統

作用：提供亮度高、相干性好、束流穩定的照明電子束。組成：電子槍和聚光鏡鎢絲熱電子源電子源LaB6場發射源17熱電子槍示意圖燈絲和陽極間加高壓，柵極偏壓起會聚電子束的作用，使其形成直徑為d0、會聚/發散角為

0的交叉會聚/發散角18雙聚光鏡照明系統光路圖193.成像系統

由物鏡、中間鏡(1、2個)和投影鏡(1、2個)組成。成像系統的兩個基本操作是將衍射花樣或圖像投影到熒光屏上。

衍射操作：通過調整中間鏡的透鏡電流，使中間鏡的物平面與物鏡的背焦面重合，可在熒光屏上得到衍射花樣。

成像操作：若使中間鏡的物平面與物鏡的像平面重合則得到顯微像。透射電鏡分辨率的高低主要取決于物鏡。

20F焦點fFF'焦平面凸透鏡的焦點PQABFQ'P'A'透鏡的成像OOO像平面復習21透射電鏡成像系統的兩種基本操作將衍射譜投影到熒光屏將顯微像投影到熒光屏衍射操作成像操作使中間鏡的物平面與物鏡的像平面重合使中間鏡的物平面與物鏡的背焦面重合22三、選區電子衍射

在物鏡像平面上插入選區光欄實現選區衍射的示意圖操作步驟：（1）使選區光欄以下的透鏡系統聚焦（2）使物鏡精確聚焦（3）獲得衍射譜23第二節樣品制備

TEM的樣品可分為間接樣品和直接樣品。

TEM的樣品要求：（1）對電子束是透明的，通常樣品觀察區域的厚度約100~200nm。（2）必須具有代表性，能真實反映所分析材料的特征。24一、間接樣品(復型)的制備

復型：樣品表面形貌的復制品。對復型材料的主要要求：①復型材料本身必須是“無結構”或非晶態的；②有足夠的強度和剛度，良好的導電、導熱和耐電子束轟擊性能；③復型材料的分子尺寸應盡量小，以利于提高復型的分辨率，更深入地揭示表面形貌的細節特征。常用的復型材料是非晶碳膜和各種塑料薄膜。25復型的種類按復型的制備方法，復型主要分為：一級復型二級復型萃取復型（半直接樣品）26塑料-碳二級復型制備過程示意圖27萃取復型28二、直接樣品的制備

粉末和晶體薄膜樣品的制備。1.粉末樣品制備關鍵：如何將超細粉的顆粒分散開來，各自獨立而不團聚。膠粉混合法：在干凈玻璃片上滴火棉膠溶液，然后在玻璃片膠液上放少許粉末并攪勻，再將另一玻璃片壓上，兩玻璃片對研并突然抽開，稍候，膜干。用刀片劃成小方格，將玻璃片斜插入水杯中，在水面上下空插，膜片逐漸脫落，用銅網將方形膜撈出，待觀察。支持膜分散粉末法：需TEM分析的粉末顆粒一般都遠小于銅網小孔，因此要先制備對電子束透明的支持膜。常用的支持膜有火棉膠膜和碳膜，將支持膜放在銅網上，再把粉末放在膜上送入電鏡分析。292.晶體薄膜樣品的制備一般程序：(1)初減薄——制備厚度約100~200

m的薄片；(2)從薄片上切取

3mm的圓片；(3)預減薄——從圓片的一側或兩則將圓片中心區域減薄至數

m；(4)終減薄。30雙噴電解拋光裝置原理圖31離子減薄裝置原理示意圖32真空鍍膜機33第三節透射電鏡基本成像操作及像襯度

一、成像操作（a）明場像(b)暗場像(c)中心暗場像成像操作光路圖直射束成像衍射束成像衍射束成像明場像與暗場像的襯度相反34二、像襯度像襯度：圖像上不同區域間明暗程度的差別。透射電鏡的像襯度來源于樣品對入射電子束的散射。可分為：

質厚襯度：非晶樣品襯度的主要來源振幅襯度

衍射襯度：晶體樣品襯度的主要來源相位襯度

35質厚襯度成像光路圖質量厚度襯度(簡稱質厚襯度)：由于樣品不同微區間存在原子序數或厚度的差異而形成的襯度（1）質厚襯度來源于電子的非相干彈性散射。當電子穿過樣品時，通過與原子核的彈性作用被散射而偏離光軸，彈性散射截面是原子序數的函數。隨樣品厚度增加，將發生更多的彈性散射。（2）小孔徑角成像

36衍射襯度成像光路圖對晶體樣品，電子將發生相干散射即衍射。所以，在晶體樣品的成像過程中用的是晶體對電子的衍射。衍射襯度：由于晶體對電子的衍射效應而形成的襯度。A、B兩晶粒的結晶學位向不同，滿足衍射條件的情況不同。衍射束強度越大，直射束強度就越小。37高嶺石38蒙脫石纖蛇紋石葉蛇紋石39閃鋅礦之復型觀察,可以見到晶體完好的黃鐵礦小包體用萃取復型法從閃鋅礦中萃取的磁黃鐵礦磁黃鐵礦的電子衍射圖40晶體中的位錯觀察41大腸桿菌透射電鏡照片申克孢子絲菌透射電鏡照片42第四節電子衍射原理按入射電子能量的大小，電子衍射可分為

透射式高能電子衍射（TEM上的電子衍射）高能電子衍射反射式高能電子衍射低能電子衍射ED與XRD一樣，遵從衍射產生的必要條件（布拉格方程+反射定律，衍射矢量方程，厄瓦爾德圖解或勞厄方程等）和系統消光規律。

43電子衍射的特點與X射線衍射相比，電子衍射的特點：（1）電子波波長很短，一般只有千分之幾nm，按2dsin

=

可知，電子衍射的2

角很小（一般為幾度），即入射電子束和衍射電子束都近乎平行于衍射晶面。（2）由于物質對電子的散射作用很強（主要來源于原子核對電子的散射作用，遠強于物質對X射線的散射作用），因而電子（束）穿進物質的能力大大減弱，故電子衍射只適于材料表層或薄膜樣品的結構分析。（3）透射電子顯微鏡上配置選區電子衍射裝置，使得薄膜樣品的結構分析與形貌觀察有機結合起來，這是X射線衍射無法比擬的優點。44一、電子衍射基本公式由衍射矢量方程(s-s0)/

=r*，設K

=s/

、K=s0/

、g=r*，則有K

-K=g此即為電子衍射分析時（一般文獻中）常用的衍射矢量方程表達式。45樣品至感光平面的距離相機長度將此式代入布拉格方程(2dsin=

)，得

/d=R/L即Rd=

L式中：d——衍射晶面間距（nm）

——入射電子波長（nm）。此即為電子衍射（幾何分析）基本公式（式中R與L以mm計）。衍射斑點矢量由圖可知tan2

=R/Ltan2

=sin2

/cos2

=2sin

cos

/cos2

；電子衍射2

很小，有cos

1、cos2

1，故2sin

=R/L46樣品至感光平面的距離相機長度衍射斑點矢量Rd=C按g=1/d[g為(HKL)面倒易矢量，g即

g

]，又可改寫為R=Cg由于電子衍射2

很小，g與R近似平行，近似有R=Cg此式可視為電子衍射基本公式的矢量表達式。R與g相比，只是放大了C倍，這表明，單晶電子衍射花樣是所有與反射球相交的倒易點（構成的圖形）的放大像。當加速電壓一定時，電子波長

值恒定，則

L＝C（C為常數，稱為相機常數）。故47注意：放大像中去除了權重為零的那些倒易點，而倒易點的權重即指倒易點相應的（HKL）面衍射線之

F

2值。電子衍射基本公式的導出運用了近似處理，因而應用此公式及其相關結論時具有一定的誤差或近似性。

48二、多晶電子衍射成像原理與衍射花樣特征多晶電子衍射成像原理樣品中各晶粒同名（HKL）面倒易點集合而成倒易球（面），倒易球面與反射球相交為圓環，因而樣品各晶粒同名（HKL）面衍射線形成以入射電子束為軸、2

為半錐角的衍射圓錐。不同（HKL）衍射圓錐2

不同，但各衍射圓錐均共頂、共軸。各共頂、共軸（HKL）衍射圓錐與垂直于入射束的感光平面相交，其交線為一系列同心圓（稱衍射圓環）即為多晶電子衍射花樣。多晶電子衍射花樣也可視為倒易球面與反射球交線圓環（即參與衍射晶面倒易點的集合）的放大像。電子衍射基本公式及其各種改寫形式也適用于多晶電子衍射分析，式中之R即為衍射圓環之半徑。49多晶金衍射花樣50三、多晶電子衍射花樣的標定指多晶電子衍射花樣指數化，即確定花樣中各衍射圓環對應衍射晶面干涉指數（HKL）并以之標識（命名）各圓環。立方晶系多晶電子衍射花樣指數化將d=C/R代入立方晶系晶面間距公式，得

式中：N——衍射晶面干涉指數平方和，即N=H2+K2+L2。51多晶電子衍射花樣的標定對于同一物相、同一衍射花樣各圓環而言，（C2/a2）為常數，有R12：R22：…：Rn2=N1：N2：…：Nn此即指各衍射圓環半徑平方（由小到大）順序比等于各圓環對應衍射晶面N值順序比。立方晶系不同結構類型晶體系統消光規律不同，故產生衍射各晶面的N值順序比也各不相同。參見表6-1，表中之m即此處之N（有關電子衍射分析的文獻中習慣以N表示H2+K2+L2，此處遵從習慣）52表6-1立方晶系衍射晶面及其干涉指數平方和(m)53金多晶電子衍射花樣標定[數據處理]過程與結果54（1）利用已知晶體（點陣常數a已知）多晶衍射花樣指數化可標定相機常數。衍射花樣指數化后，按計算衍射環相應晶面間距離，并由Rd=C即可求得C值。（2）已知相機常數C，則按d＝C／R，由各衍射環之R，可求出各相應晶面的d值。55四、單晶電子衍射成像原理與衍射花樣特征單晶電子衍射花樣：（uvw）*0零層倒易平面的放大像。（去除權重為零的倒易點）單晶電子衍射成像原理入射線近似平行于晶帶軸[uvw]56一般晶體的電子衍射花樣一種具有沿[111]p方向具有六倍周期的有序鈣鈦礦的電子衍射花樣選自:國家精品課程_材料結構分析(中南大學)57五、單晶電子衍射花樣的標定主要指：單晶電子衍射花樣指數化，包括確定各衍射斑點相應衍射晶面干涉指數（HKL）并以之命名（標識）各斑點和確定衍射花樣所屬晶帶軸指數[uvw]。對于未知晶體結構的樣品，還包括確定晶體點陣類型等內容。單晶衍射花樣的周期性。單晶電子衍射花樣可視為某個（uvw）*0零層倒易平面的放大像[（uvw）*0平面法線方向[uvw]近似平行于入射束方向（但反向）]。因而，單晶電子衍射花樣與二維（uvw）*0平面相似，具有周期性排列的特征。58

R3=R1+R2，且有R23=R21+R22+2R1R2cos

(

為R1與R2之夾角)。設R1、R2與R3終點(衍射斑點)指數為H1K1L1、H2K2L2和H3K3L3，則有H3=H1+H2、K3=K1+K2和L3＝L1+L3單晶電子衍射花樣的標定單晶衍射花樣的周期性表達衍射花樣周期性的基本單元（特征平行四邊形）的形狀與大小可由花樣中最短和次最短衍射斑點(連接)矢量R1與R2描述。平行四邊形中3個衍射斑點連接矢量滿足矢量運算法則：59立方晶系多晶衍射關系式：

R21:R22:…:R2n=N1:N2:…:Nn

同樣適合于立方晶系單晶電子衍射標定此時，R=

R

。單晶電子衍射花樣標定的主要方法為：

嘗試核算法標準花樣對照法

立方晶系單晶電子衍射花樣標定601.嘗試-核算法(1)已知樣品晶體結構(晶系與點陣類型及點陣常數)和相機常數的衍射花樣標定某低碳鋼基體電子衍射花樣由底片正面描繪下來的圖已知鐵素體為體心立方，a=0.287nm，相機常數C=1.41mm·mm。①選取靠近中心斑的不在一條直線上的幾個斑點(應包括與中心斑組成特征平行四邊形的3個斑點)。②測量各斑點R值及各R之夾角。③按Rd＝C，由各R求相應衍射晶面間距d值。④按晶面間距公式(立方系為d2＝a2/N)，由各d值及a值求相應各N值。⑤由各N值確定各晶面族指數{HKL}。⑥選定R最短(距中心斑最近)之斑點指數。⑦按N嘗試選取R次短之斑點指數并用

校核。⑧按矢量運算法則確定其它斑點指數。⑨求晶帶軸61電子衍射花樣標定過程12種選擇62（2）立方晶系樣品（未知點陣類型及點陣常數）

電子衍射花樣標定①選取衍射斑點，測量各斑點R及各R之夾角大小。同(1)中之①與②。②求R2值順序比(整數化)并由此確定各斑點相應晶面族指數。③重復(1)中之步驟⑥~⑧。④以N和

校核按矢量運算求出的各斑點指數。⑤求晶帶軸指數同(1)之⑨。63書中例子R2值順序比亦可寫為只R2A：R2B：R2C：R2D=1：2：3：9，據此，本例亦可按簡單立方結構嘗試標定斑點指數，并用N與

校核，其結果被否定(稱為斑點指數不能自洽)。一般，若僅知樣品為立方晶系，一幅衍射花樣也可能出現同時可被標定為兩種不同點陣結構類型指數或被標定為同一結構類型中居于不同晶帶的指數而且不被否定的情況，這種情況稱為衍射花樣的“偶合不唯一性”。注意：64實質仍為嘗試-核算法（4）非立方晶系樣品電子衍射花樣標定非立方晶系電子衍射花樣仍可采用嘗試-核算法標定，但由于其衍射斑點之R與晶面指數間關系遠不如立方系來得簡單，因而標定工作煩瑣、計算量大。應用計算機解決。（3）立方晶系樣品電子衍射花樣標定的比值法652.標準花樣對照法預先制作各種晶體點陣主要晶帶的倒易平面(圖)，稱為標準花樣。通過與標準花樣對照，實現電子衍射花樣斑點指數及晶帶軸標定的方法即為標準花樣對照法。標準花樣對照法標定過程簡單，不需煩瑣計算。但一般文獻資料中給出的標準花樣(見本書附錄)數量有限，往往不能滿足標定工作的需要。而根據實際需要，利用計算機自行制作標準花樣，可以解決這一問題。

66無論是對于嘗試-核算法還是標準花樣對照法，關于樣品結構的已知條件越少，則標定工作越復雜，且花樣標定的“不準一性”現象越嚴重。在標定單晶電子衍射花樣時，應依據樣品的“背景”情況(如樣品的化學成分、熱處理工藝條件等)，并依據衍射花樣的對稱性特征等盡可能獲得關于樣品所屬晶系、點陣類型以至可能是哪種或哪幾種物相等信息，以減少標定過程的復雜性與“不唯一性”現象。“180

不唯一性”或“偶合不唯一性”現象的產生，根源在于一幅衍射花樣僅僅提供了樣品的“二維信息”。通過樣品傾斜(繞衍射斑點某點列轉動)，可獲得另一晶帶電子衍射花樣。而兩個衍射花樣組合可提供樣品三維信息。通過對兩個花樣的指數標定及兩晶帶夾角計算值與實測(傾斜角)值的比較，即可有效消除上述之“不唯一性”。“180

不唯一性”或“偶合不唯一性”現象67六、復雜電子衍射花樣簡介實際遇到的單晶電子衍射花樣并非都如前述單純，除上述規則排列的斑點外，由于晶體結構本身的復雜性或衍射條件的變化等，常常會出現一些“額外的斑點”或其它圖案，構成所謂“復雜花樣”。主要有：高階勞埃區電子衍射譜菊池花樣(KikuchiPattern)

二次衍射斑點超點陣斑點孿晶（雙晶）衍射斑點等。68（1）高階勞埃區電子衍射譜用途:可以提供許多重要的晶體學信息，如：測定電子束偏離晶帶軸方向的微小角度估算晶體樣品的厚度求正空間單胞常數當兩個物相的零階勞埃區斑點排列相同時，可利用二者高階勞埃區斑點排列的差異，鑒定物相。高階勞埃區衍射譜示意圖(a)對稱入射(b)不對稱入射69（2）菊池花樣(KikuchiPattern)在單晶體電子衍射花樣中，除了前面提到的衍射斑點外，還經常出現一些線狀花樣。菊池(Kikuchi)于1928年(在透射電鏡產生以前)首先描述了這種現象，所以被稱為菊池線。菊池線的位置對晶體取向的微小變化非常敏感。因此，菊池花樣被廣泛用于晶體取向的精確測定，以及解決其它一些與此相關的問題。t-ZrO2菊池衍射花樣70（3）二次衍射斑點二次衍射斑點示意圖（a)重疊的兩個晶體及相應的g矢量(b)用愛瓦爾德球圖解表示各g矢量之間的相對位置71（4）超點陣斑點72（5）孿晶衍射斑點單斜相ZrO2的孿晶衍射斑點73第五節TEM的典型應用及其它功能簡介一、TEM的典型應用1.形貌觀察

晶粒(顆粒)形狀，形態，大小，分布等2.晶體缺陷分析

線缺陷：位錯（刃型位錯和螺型位錯）面缺陷：層錯

體缺陷：包裹體表面、界面（晶界、粒界）等3.組織觀察

晶粒分布、相互之間的關系，雜質相的分布、與主晶相的關系等4.晶體結構分析、物相鑒定（電子衍射）5.晶體取向分析（電子衍射）74高嶺石蒙脫石纖蛇紋石葉蛇紋石75偏離參量s對位錯線像寬的影響（a）明場像，s

0；（b）明場像，s略大于零；（c）g/3g弱束暗場像76傾斜于樣品膜的位錯（a）鋸齒形位錯線像，偏離參量s≈0（b）略增大偏離參量后的位錯線像77位錯Burgers矢量的測定（a）近似似相互垂直排列的位錯構成的位錯網，明場像（b），暗場像（c），暗場像（d），暗場像（e），暗場像78不銹鋼中的網形位錯長石中的位錯79(a)層錯面位置及襯度示意圖(b)層錯明場像(BF)及暗場像(DF)層錯的襯度特征80晶粒（1）與周圍4個晶粒（2、3、4、5）間晶粒邊界的衍襯像8182NiAl（7）合金中的析出相（a）明場像，g=220（b）中心暗場像，g=110（c）SADP（選區衍射譜），B//[]（c）SADP，B//[010]]（c）SADP，B//[010]83二、

TEM的其它功能簡介原位觀察，會聚束衍射分析，高分辨電子顯微術。1．原位觀察利用相應的樣品臺，在TEM中可進行原位實驗(insituexperiments)。如：利用加熱臺加熱樣品觀察其相變過程利用應變臺拉伸樣品觀察其形變和斷裂過程84250℃加熱時Ge/Ag/Ge層反應前端的高分辨原位觀察（a）~（d）每兩幅照片間的時間間隔為8s85在透射電鏡電子束照射下，ZrO2（2Y）陶瓷m片在t晶粒中的形核和長大過程的原位觀察相對于照片（a）各照片對應的電子束照射時間分別為：（a）t=0s；（b）t=10s；（c）t=60s；（d）t=140s；（e）t=350s；（f）t=1200s86TiAl合金

相中孿生過程的原位拉伸觀察從（a）到（b）到（c）應變量逐漸增大872．會聚束衍射分析會聚束電子衍射(CBED)是電子顯微鏡中最早實現的電子衍射方式(Kossel和Mollenstedt，1939)，遠早于前面所講的選區電子衍射(Lepoole，1947)。但是，由于儀器方面的原因，在較長的一段時間內這一技術未得到應有的發展。選區電子衍射有兩個嚴重的局限性：①由于選區誤差，當所選區域直徑＜0.5

m時，對所得衍射譜的分析必須非常謹慎，衍射花樣可能包含了選區以外的物質的信息，即難以實現甚至不能實現對小尺度晶體結構特征的分析；②由于薄樣品使布拉格條件放寬，選區衍射譜僅給出很不精確的二維晶體學信息。會聚束電子衍射技術克服了以上兩個局限性，在許多方面有其獨特的優勢，如測定樣品薄膜厚度、微區的晶體學取向、點陣常數、結構因子、晶體的對稱性等等。88

Si晶體[111]倒聚束衍射花樣面心立方晶體[111]會聚束衍射花樣的示意圖89TiS

[0001]會聚束電子衍射帶軸圖樣作者：馮國光903．高分辨電子顯微術衍襯成像：利用電子束振幅變化的單束(透射束或某一衍射束)成像，可用于揭示≥1.5nm的結構細節。高分辨電子顯微像：利用相位襯度，即利用電子束相位的變化，由兩束及以上電子束相干成像。在電子顯微鏡分辨率足夠高的情況下，所用的電子束越多，圖像的分辨率越高。相位襯度的解釋相當復雜，原因是它對許多因素敏感，如樣品的厚度、取向或散射因子的微小變化以及物鏡在聚焦和像差上的變化都會引起圖像變化。然而，也正是由于這個原因，相位襯度可以用于薄樣品的原子結構成像。高分辨像成像時，往往在不同的離焦量下都能獲得清晰的圖像，但圖像的細節隨離焦量而變化。為了使圖像盡可能地反映物質的結構，并不是在正焦狀態下拍攝，而是需要一定的欠焦量。91SiN中晶界非晶層(厚度1nm左右)半導體材料中CdTe的晶格缺陷晶格像結構像雙束成像三束成像92一些包含容易解釋信息的晶格像尖晶石顆粒與橄欖石基體界面的晶格像InAsSb/InAs異質結上排列的位錯Ge中晶界的原子尺度小刻面測自觀察顯示的表面上的小刻面93第一節活塞式空壓機的工作原理第二節活塞式空壓機的結構和自動控制第三節活塞式空壓機的管理復習思考題單擊此處輸入你的副標題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發布的良好效果，請盡量言簡意賅的闡述觀點。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應用：

1.主機的啟動、換向；

2.輔機的啟動；

3.為氣動裝置提供氣源；

4.為氣動工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時間內所排送的相當第一級吸氣狀態的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor空壓機分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機

piston-aircompressor第一節活塞式空壓機的工作原理容積式壓縮機按結構分為兩大類：往復式與旋轉式兩級活塞式壓縮機單級活塞壓縮機活塞式壓縮機膜片式壓縮機旋轉葉片式壓縮機最長的使用壽命-

----低轉速（1460RPM），動件少（軸承與滑片），潤滑油在機件間形成保護膜，防止磨損及泄漏，使空壓機能夠安靜有效運作；平時有按規定做例行保養的JAGUAR滑片式空壓機，至今使用十萬小時以上，依然完好如初，按十萬小時相當于每日以十小時運作計算，可長達33年之久。因此，將滑片式空壓機比喻為一部終身機器實不為過。滑(葉)片式空壓機可以365天連續運轉并保證60000小時以上安全運轉的空氣壓縮機1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.轉子及機殼間成為壓縮空間，當轉子開始轉動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉子轉動使被吸入的空氣轉至機殼與轉子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉子不斷轉動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內。4.被壓縮的空氣壓力升高達到額定的壓力后由排氣端排出進入油氣分離器內。1.進氣2.開始壓縮3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉子及機殼間成為壓縮空間，當轉子開始轉動時，空氣由機體進氣端進入。2.轉子轉動使被吸入的空氣轉至機殼與轉子間氣密范圍，同時停止進氣。3.轉子不斷轉動，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機是世界上最先進、緊湊型、堅實、運行平穩，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機。螺桿式壓縮機氣路系統：

A

進氣過濾器

B

空氣進氣閥

C

壓縮機主機

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動疏水器的水分離器油路系統：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統：

P

冷凍壓縮機

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機渦旋式壓縮機

渦旋式壓縮機是20世紀90年代末期開發并問世的高科技壓縮機，由于結構簡單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優于其它型式的壓縮機，已經得到壓縮機行業的關注和公認。被譽為“環保型壓縮機”。由于渦旋式壓縮機的獨特設計，使其成為當今世界最節能壓縮機。渦旋式壓縮機主要運動件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽為免維修壓縮機。

由于渦旋式壓縮機運行平穩、振動小、工作環境安靜，又被譽為“超靜壓縮機”。

渦旋式壓縮機零部件少，只有四個運動部件,壓縮機工作腔由相運動渦卷付形成多個相互封閉的鐮形工作腔，當動渦卷作平動運動時，使鐮形工作腔由大變小而達到壓縮和排出壓縮空氣的目的。活塞式空氣壓縮機的外形第一節活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環（單級壓縮）工作循環：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節活塞式空壓機的工作原理一、理論工作循環（單級壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強對氣缸的冷卻，省功、對氣缸潤滑有益。二、實際工作循環（單級壓縮）1.不存在假設條件2.與理論循環不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—殘存的氣體在活塞回行時，發生膨脹，使實際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動發生相撞。第一節活塞式空壓機的工作原理表征Vc的參數—相對容積C、容積系數λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環不同的原因：二、實際工作循環（單級壓縮）第一節活塞式空壓機的工作原理2）進排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環不同的原因：二、實際工作循環（單級壓縮）第一節活塞式空壓機的工作原理3