材料分析測試方法課件

材料分析測試方法10級緒論

本課程是一門試驗方法課，主要介紹X射線衍射分析的基本原理、實驗方法及應(yīng)用，掃描電鏡、透射電鏡顯微分析的基本原理、方法及應(yīng)用。目錄第一篇材料X射線衍射分析第1章X射線的物理學(xué)基礎(chǔ)第2章X射線衍射方向第3章X射線衍射強(qiáng)度第4章多晶體X射線衍射分析方法第5章物相分析及點(diǎn)陣參數(shù)精確測定第6章宏觀殘余應(yīng)力的測定第7章多晶體結(jié)構(gòu)的測定第二篇材料電子顯微分析第8章掃描電子顯微鏡第9章透射電子顯微鏡參考文獻(xiàn)第一章X射線的物理學(xué)基礎(chǔ)

引言第一節(jié)X射線的性質(zhì)第二節(jié)X射線的產(chǎn)生及X射線譜第三節(jié)X射線與物質(zhì)的相互作用引言1、1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線。（這種射線：肉眼看不到，可使底片感光，有很強(qiáng)的穿透力，當(dāng)時不了解這種輻射的性質(zhì)）

2、1912年勞厄及合作者進(jìn)一步推動了X射線的發(fā)展。（硫酸銅單晶衍射實驗）3、勞厄衍射實驗后，X射線學(xué)出現(xiàn)兩個新的分支：一是波長已知，根據(jù)衍射花樣研究與結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)變化相關(guān)的各種問題（X射線衍射學(xué)）；二是分光晶體結(jié)構(gòu)已知，根據(jù)衍射花樣測定物質(zhì)發(fā)出X射線的波長和強(qiáng)度，來研究物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)和成分（X射線光譜學(xué)）。

一天晚上倫琴很晚也沒回家，他的妻子來實驗室看他，于是他的妻子便成了在那不明輻射作用下在照相底片上留下痕跡的第一人。

當(dāng)時倫琴要求他的妻子用手捂住照相底片。當(dāng)顯影后，夫妻倆在底片上看見了手指骨頭和結(jié)婚戒指的影象。

指環(huán)第一節(jié)X射線的性質(zhì)X射線是波長為0.01～10nm范圍的電磁波，它與可見光紅外線、宇宙射線等相類似。它在電磁波譜中的位置如圖1-1X射線的性質(zhì)①波動性②粒子性以一定的頻率和波長在空間傳播由大量的不連續(xù)粒子流組成圖1-1電磁波譜X射線用數(shù)學(xué)式子表示波函數(shù)：式中：y:所研究的位置離光源的距離；

t:時間；λ:波長；T：周期；φ：初位相角；c：光速；ε0：真空介電常數(shù)在X射線分析中我們記錄的是電場強(qiáng)度矢量E引起的物理效應(yīng)，因此只討論E的變化，不考慮磁場強(qiáng)度矢量H的響。

電場強(qiáng)度E隨X射線傳播時間或傳播距離的變化呈周期性波動。波動振幅為A0（或E0），如圖1－2所示。

一束沿y軸方向傳播的波長為λ的X射線波方程如下：式中：A0:電場強(qiáng)度振幅；ν:頻率（c/λ）;c：光速;t:時間；φ：初位相角圖1-2E的變化

（a）x一定時，E隨t的變化；（b）t一定時，E隨x的變化

X射線的強(qiáng)度用波動的觀點(diǎn)描述：

單位時間內(nèi)通過垂直于X射線傳播方向的單位截面上的能量的大小。

強(qiáng)度與振幅A的平方成正比。I∝X射線的強(qiáng)度用粒子性的觀點(diǎn)描述：

單位時間內(nèi)通過垂直于傳播方向單位面積光量子數(shù)與光量子能量的乘積。

波粒二象性是X射線的客觀屬性：

波動性反映在物質(zhì)運(yùn)動的連續(xù)性，在傳播過程中可發(fā)生干涉、衍射等現(xiàn)象。粒子性特征突出表現(xiàn)在物質(zhì)的相互作用和能量的相互交換。第二節(jié)X射線的產(chǎn)生及X射線譜2.1X射線的產(chǎn)生2.2X射線譜圖1-4X射線接收方向焦點(diǎn)的形狀和尺寸是X射線管的重要特性之一。①希望有較小的焦點(diǎn)，可提高分辨率。②希望有較強(qiáng)的X射線強(qiáng)度，可縮短曝光時間。

2.2X射線譜X射線譜是指X射線強(qiáng)度隨波長變化的關(guān)系曲線X射線譜①連續(xù)X射線譜②特征X射線譜波長連續(xù)變化的X射線組成一定波長的若干X射線疊加在連續(xù)X射線譜上構(gòu)成①連續(xù)X射線譜圖1-5所示的曲線是管電流恒定，管電壓從5kV逐漸增加到25kV鉬鈀X射線管中發(fā)出的X射線譜。圖1-5連續(xù)X射線譜①曲線均有一個最短波長限λ0和最大強(qiáng)度點(diǎn)所對應(yīng)的波長λm②恒定管電流，逐漸升高電壓，λ0和λm均向短波方向移動。③當(dāng)電壓增加時，各個波長所對應(yīng)的強(qiáng)度增加，曲線下所圍的面積增加。②特征X射線譜圖1-6鉬靶X射線管在某電壓下產(chǎn)生的特征譜線①當(dāng)電壓升高到一定值時，在某些特定的波長處，強(qiáng)度急劇增加。②繼續(xù)升高電壓，峰尖所對應(yīng)的波長不變，強(qiáng)度增加圖1-5所示的曲線是管電流恒定，管電壓升高到一程度，除產(chǎn)生連續(xù)譜外，還產(chǎn)生少量強(qiáng)譜線，它們就是特征X射線譜。莫塞萊定律——莫塞萊定律式中：K、σ為常數(shù)莫塞萊定律說明：標(biāo)識X射線的波長取決于物質(zhì)的原子序數(shù)。不同的物質(zhì)原子序數(shù)不同，標(biāo)識X射線的波長不同，一種物質(zhì)有它自己的標(biāo)識X射線的波長。物質(zhì)對X射線的散射主要是電子與X射線的相互作用的結(jié)果。3.1X射線的衍射X射線散射①相干散射②非相干散射入射X射線與物質(zhì)中原子核束縛較緊的的電子相互作用所產(chǎn)生的衍射效應(yīng)入射X射線與物質(zhì)中原子核束縛較松的的電子相互作用所產(chǎn)生的衍射效應(yīng)物質(zhì)對X射線的散射主要是電子與X射線的相互作用的結(jié)果。3.2X射線的吸收3.3吸收限的應(yīng)用第2章X射線衍射方向

引言第一節(jié)倒易點(diǎn)陣第二節(jié)布拉格方程第三節(jié)X射線衍射方法引言

X射線衍射分析是以X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象作為基礎(chǔ)的，衍射可歸結(jié)為兩個方面，即衍射方向及衍射強(qiáng)度。本章介紹的布拉格方程是闡明衍射方向的基本理論，而倒易點(diǎn)陣與受瓦爾德圖解是解決衍射方向的工具。第一節(jié)倒易點(diǎn)陣

倒易點(diǎn)陣是晶體學(xué)中極為重要的概念，也是衍射理論的基礎(chǔ)。

晶體點(diǎn)陣：－－實空間由晶體的周期性直接抽象出的