现代材料分析与测试技术概要

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1、现代材料分析与测试技术第一章X射线物理学基础第一节X射线的发现1895年伦琴研究阴极射线时发现了X射线。第二节X射线及X射线谱X射线的产生：利用一种类似热阴极二极管的装置，用一定材料制作的板状阳极（A,靶）和阴极（C,灯丝）密封在一个玻璃■金属管壳内，阴极通电加热，在阳极和阴极间加以直流高压U,则阴极产生的大量热电子-e将在高压电场作用下飞向阳极，在它们与阳极碰撞的瞬I'可产生X射线。X射线的性质：①X射线是一种波长很短的电磁波，X射线的波长范围为O.Ol-lOnm,用于衍射分析的X射线波长为0.05〜0.25nm：

2、②X射线是一种横波，由交替变化的电场和磁场组成；③X射线具有波粒二象性。一、连续X射线谱在管电压很低吋，X射线管发出的X射线，其曲线是连续变化的，故称之为连续X射线谱。在不同管压下的连续谱的短波端，都有一个突然截止的极限波长入°,称Z为短波限。E=eV=hi/ft大=11（:/入o432X线强度(相对单位)0.10.20.3披长（n叫图1一5连线谱式屮e——电子电荷，等于1.602x10-19静电单位；V一一电子通过两极时的电压降（静电单位）;h——普朗克常数，等于6.626xl0-34Js二、特征X射线谱特征X射线

3、：当冲向阳极靶的电子具有足够能量将内层电子击出成为自由电子（二次电子），这时原子就处于高能的不稳定状态，必然自发地向稳态过渡。当K层出现空位，原子处于K激发态，若L层电子跃迁到K层，原子转变到L激发态，其能量差以X射线光量子的形式辐射出来，这就是特征X射线。特征X射线谱：当加于X射线管两端的电压增高到与阳极靶材相应的某一特定值Uk时，在连续谱的某一些特定波长位置上，会出现一系列强度很高、波长范围很窄的线状光谱，它们的波长对一定材料的阳极靶有严格恒定的数值，此波长可作为阳极靶材的标志或特征，故称为特征谱或标志谱。特征谱

4、的波长不受管电压、管电流的影响，只取决于阳极靶材元素的原子序。阳极靶材的原子序数越大，相应于同一系的特征波长越短。第三节X射线与物质的相互作用X射线与物质的相互作用：①X射线的吸收；②X射线的透射；③X射线的散射。一、光电效应当入射光子的能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能时，此光子就很容易被电子吸收，获得能量的电子从内层溢出，成为自由电子，原子则处于相应的激发态，这种原子被入射辐射电离的现象即光电效应。由于光电作用而处于激发态的原子还有一种释放能量的方式，原子中一个K层电子电子被入射光量子击出后，L层一个电

5、子跃入K层填补空位，此时多余的能量不以辐射X光量子的方式放出，而是另一个L层电子获得能量跃出吸收体，这样的一个K层空位被两个L层空位代替的过程称为俄歇效应。跃出的L层电子称为俄歇电子。荧光辐射：由入射X射线所激发出来的特征X射线。（也称荧光X射线、二次X射线）。荧光应用于重元素（Z>20）的成分分析，俄歇电子应用于表层轻元素的分析。二、X射线的散射相干散射（经典散射）：当入射线与原子内受核束缚较紧的电子相遇，光量子能量不足以使原子电离，但电子可在X射线交变电场作用下发生受迫振动，这样的电子就成为一个电磁波的发射源，向

6、周围辐射与入射X射线波长相同的辐射，因为各电子所散射的波长相同，有可能相互干涉，故称相干散射。不相干散射（量子散射）：能量为hv的光子与自由电子或受核束缚较弱的电子碰撞，将一部分能量给了电子，使其动量提高，成为反冲电子，光子损失了能量，并改变了运动方向，能量减少为h『，显然v"v,这就是不相干散射。第二章X射线衍射方向第一节晶体几何学简介在研究晶体结构时，一般只抽象出其重复规律，这种抽象的图形称为空间点阵。晶面（hkl）,对于立方晶系，因a=b=c,则晶面间距：Vh2+k2+I2第二节Bragg方程2dsin0=nA

7、.式屮：n一一任意整数，称为反射级数（实际应用屮为了简便起见，常収n=l）；d为（hkl）晶面的晶面间距；入——特征X射线的波长；0——半衍射角（20叫衍射角），也叫Bragg角。第三节X射线衍射方法X射线衍射方法：①劳埃法：采用连续X射线照射不动的单晶体，因X射线的波长连续可变，故可从中挑选出其波长满足布拉格关系的X射线使产生衍射；②周转晶体法：采用单色X射线照射转动的但单晶体，并用一张以旋转轴为轴的圆筒形底片来记录；③粉末法：是衍射分析中最常用的方法，主要用于测定晶体结构，进行物相定性、定量分析，精确测定品体的点

8、阵参数以及材料的应力、织构、晶粒大小。第三章多晶体分析方法衍射图谱的横纵坐标是：2B,纵坐标是：强度。徳拜相机底片安装方法：①正装法；②发装法；③偏装法（不对称装法）。X射线衍射仪由X射线发生器、测角仪、辐射探测器、记录单元或自动控制单元等部分组成，测角仪是仪器的中心部分。衍射仪的X射线探测元件为计数管，计数管及其附属电路称为计数器。目前使用最