第16章-哈工大-第三版-材料分析测试-周玉_图文
第1章绪论材料分析方法哈工大
第一篇 材料X射线衍射分析
推测出x射线的波长和晶体中的原子间距数量级相同 劳埃提出晶体可以作为X射线的天然立体衍射光栅 弗里德里克和克尼平实验 1912年劳埃设想被初步证实
CuSO4· 5H2O晶体为光栅， 获得了第一张X射线衍射图 X 射线是波长 很短的电磁波 晶体内部结构 的周期性
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第一篇 材料X射线衍射分析
1895年德国物理学家伦琴发现了 X射线，随后医学界将其 用于诊断和医疗，后来又用于金属材料和机械零件的探伤
1912年德国物理学家劳埃发现了X射线在晶体中的衍射现 象，为物质结构研究提供了一种崭新的方法，后来发展成 为X射线衍射学 1912年英国物理学家布拉格提出了晶面“反射”X射线的 概念，推导出至今被广泛应用的布拉格方程 1914年莫塞来发现特征X射线波长和原子序数有定量的对 应关系（莫塞来定律），这一原理应用于材料成分检测 X射线衍射分析研究内容很广，主要包括相分析、精细结 构研究和晶体取向测定等 20
图1-2 X射线管结构示意图
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第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 强度随波长连续变化的谱线称连续X射线谱，见图1-3
图1-3 管电压、管电流和阳极靶原子序数对连续谱的影响 a) 管电压的影响 b) 管电流的影响 c)阳极靶原子序数的影响
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第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 由图1-3可见，连续 X 射线谱的特点是，X 射线的波长存 在最小值SWL，其强度在m处有最大值 当管电压U 升高时，各波长X射线的强度均提高，短波限 SWL和强度最大值对应的波长m减小 当管电流 i 增大时，各波长X射线的强度均提高，但SWL 和m保持不变 随阳极靶材的原子序数Z 增大，连续X射线谱的强度提高， 但SWL和m保持不变
材料分析方法课后答案周玉
材料分析方法课后答案周玉【篇一：材料分析方法考试重点】纹衍射的图样，条纹间距随小孔尺寸的变大，衍射的图样的中心有最大的亮斑，称为埃利斑。
2、差热分析是在程序的控制条件下，测量在升温、降温或恒温过程中样品和参比物之间的温差。
3、差示扫描量热法（dsc）是在程序控制条件下，直接测量样品在升温、降温或恒温过程中所吸收的或放出的热量。
4、倒易点阵是由晶体点阵按照一定的对应关系建立的空间点阵，此对应关系可称为倒易变换。
5、干涉指数在（hkl）晶面组（其晶面间距记为dhkl）同一空间方位，设若有晶面间距为dhkl/n（n为任意整数）的晶面组（nh，nk，nl）即（h,k,l）记为干涉指数。
6、干涉面简化布拉格方程所引入的反射面（不需加工且要参与计算的面）。
7、景深当像平面固定时（像距不变）能在像清晰地范围内，允许物体平面沿透镜轴移动的最大距离。
8、焦长固定样品的条件下，像平面沿透镜主轴移动时能保持物象清晰的距离范围。
9、晶带晶体中，与某一晶向【uvw】平行的所有（hkl）晶面属于同一晶带，称为晶带11、数值孔径子午光线能进入或离开纤芯（光学系统或挂光学器件）的最大圆锥的半顶角之余弦，乘以圆锥顶所在介质的折射率。
12、透镜分辨率用物理学方法(如光学仪器)能分清两个密切相邻物体的程度 13 衍射衬度由样品各处衍射束强度的差异形成的衬度成为衍射衬度。
15质厚衬度由于样品不同区间存在原子序数或厚度的差异而形成的非晶体样品投射电子显微图像衬度，即质量衬度，简称质厚衬度。
制造水平。
（√）二、填空题6）按入射电子能量的大小，电子衍射可分为（高能电子衍射）、（低能电子衍射）及（反射式高能电子衍射）。
18）阿贝成像原理可以简单地描述为两次（干涉）：平行光束受到有周期性特征物体的衍射作用形成（衍射波），各级衍射波通过（物镜）重新在像平面上形成反映物的特征的像。
12）按照出射信号的不同，成分分析手段可以分为两类：x光谱和电子能谱），出射信号分别是（x射线，电子）。
材料分析方法哈尔滨工业大学周玉原子力显微镜讲义
STM
§12.2 原子力显微镜(AFM)
原子力显微镜(AFM)也称扫描力显微镜，是针 对扫描隧道显微镜不能直接观测绝缘体表面形貌 的问题，在其基础上发展起来的又一种新型表面 分析仪器。
一.结构
A是AFM待测样品，B是AFM针尖，C是STM 的针尖，D是微杠杆(悬臂梁)，又是STM的样品。 E为使微杠杆发生周期振动的调制压电晶体，用 于调节隧道间隙。样品A固定在三维压电晶体驱 动器(图中用AFM SF表示) 上，由驱动器进行x、 y扫描和z方向控制。两者都装在绝缘体 (氟橡 胶)F上，并固定在金属框架上。
二、STM的结构
STM由隧道显微镜主体、电子控制系统 和计算机系统组成。
隧道显微镜主体包括针尖（或样品）的平面 扫描机构、样品与针尖间距离控制调节机构、 系统与外界振动等的隔离装置。世界各国实验 室发展了有各自特色的STM，其中比较常用的 扫描机构（x,y, z三维细调）是压电陶瓷扫描 管或压电陶瓷杆组成的三维互相垂直的位移器。 三维扫描控制器如图所示。
3.表面的弹性、塑性、硬度测定
当杠杆针尖B为硬质材料如金刚石时， 可测通过测定试样压入深度Z（试样移动 距离－STM移动距离）、杠杆的弯曲变 形力（F=K △Z, △Z杠杆的弯曲大小）， 绘出Z—F曲线，从而反映材料的弹塑性。
AFM
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◆固定在压电陶瓷传感器(三维扫描控制器)上的 探针可沿样品表面在x、y两个方向扫描； ◆隧道电流强度对针尖与样品表面之间距非常敏 感，如果距离 S 减小0.1nm，隧道电流 I 将增 加一个数量级，因此，利用电子反馈线路控制 隧道电流的恒定，并用压电陶瓷材料控制针尖 在样品表面的扫描，则探针在垂直于样品方向 上高低的变化就反映出了样品表面的起伏。将 针尖在样品表面扫描时运动的轨迹直接在荧光 屏或记录纸上显示出来，就得到了样品表面态 密度的分布或原子排列的图象。
第1章绪论材料分析方法哈工大
第二节 X射线的产生及X射线谱
连续X射线和特征X射线
图1-2 X射线管结构示意图
图1-2所示的X射线管是产生 X射线的装置
主要由阴极 (W灯丝) 和用 (Cu, Cr,Fe,Mo) 等纯金属制 成的阳极(靶)组成
阴极通电加热，在阴、阳 极之间加以直流高压 (约数 万伏)
阴极发射的大量电子高速飞 向阳极，与阳极碰撞产生X 射线
绪论
2. 化学分析
给出平均成分，可以达到很高的精度； 实际上，材料中的成分分布存在不均匀性，
导致微观组织结构的不均匀性， 进而造成材料微观区域性能的不均匀性， 对材料的宏观性能产生影响。
不能给出所含元素的分布
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绪论
四、X射线衍射与电子显微镜
1. X射线衍射（XRD, X-Ray Diffraction） XRD是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的 相组成、晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、 不同结构相的含量以及内应力的方法。
材料分析方法
第3版
主 编 哈尔滨工业大学 周 玉 参 编 漆 璿 范 雄 宋晓平
孟庆昌 饶建存 魏大庆 主 审 刘文西 崔约贤
获2002年全国普通高等学校优秀教材一等奖
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本教材主要内容
绪论 第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础 第二章 X射线衍射方向 第三章 X射线衍射强度 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定 第七章 多晶体织构的测定
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第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 强度随波长连续变化的谱线称连续X射线谱，见图1-3
图1-3 管电压、管电流和阳极靶原子序数对连续谱的影响 a) 管电压的影响 b) 管电流的影响 c)阳极靶原子序数的影响 29
材料分析方法课后答案周玉
材料分析方法课后答案周玉【篇一：材料分析方法考试重点】纹衍射的图样，条纹间距随小孔尺寸的变大，衍射的图样的中心有最大的亮斑，称为埃利斑。
2、差热分析是在程序的控制条件下，测量在升温、降温或恒温过程中样品和参比物之间的温差。
3、差示扫描量热法（dsc）是在程序控制条件下，直接测量样品在升温、降温或恒温过程中所吸收的或放出的热量。
4、倒易点阵是由晶体点阵按照一定的对应关系建立的空间点阵，此对应关系可称为倒易变换。
5、干涉指数在（hkl）晶面组（其晶面间距记为dhkl）同一空间方位，设若有晶面间距为dhkl/n（n为任意整数）的晶面组（nh，nk，nl）即（h,k,l）记为干涉指数。
6、干涉面简化布拉格方程所引入的反射面（不需加工且要参与计算的面）。
7、景深当像平面固定时（像距不变）能在像清晰地范围内，允许物体平面沿透镜轴移动的最大距离。
8、焦长固定样品的条件下，像平面沿透镜主轴移动时能保持物象清晰的距离范围。
9、晶带晶体中，与某一晶向【uvw】平行的所有（hkl）晶面属于同一晶带，称为晶带11、数值孔径子午光线能进入或离开纤芯（光学系统或挂光学器件）的最大圆锥的半顶角之余弦，乘以圆锥顶所在介质的折射率。
12、透镜分辨率用物理学方法(如光学仪器)能分清两个密切相邻物体的程度 13 衍射衬度由样品各处衍射束强度的差异形成的衬度成为衍射衬度。
15质厚衬度由于样品不同区间存在原子序数或厚度的差异而形成的非晶体样品投射电子显微图像衬度，即质量衬度，简称质厚衬度。
制造水平。
（√）二、填空题6）按入射电子能量的大小，电子衍射可分为（高能电子衍射）、（低能电子衍射）及（反射式高能电子衍射）。
18）阿贝成像原理可以简单地描述为两次（干涉）：平行光束受到有周期性特征物体的衍射作用形成（衍射波），各级衍射波通过（物镜）重新在像平面上形成反映物的特征的像。
12）按照出射信号的不同，成分分析手段可以分为两类：x光谱和电子能谱），出射信号分别是（x射线，电子）。
哈工大 材料测试分析技术
第二章1. X射线的定义、性质。
连续X射线和特征X射线的产生、特点A：X射线，又被称为伦琴射线或X光，是一种波长范围在0.01埃到1000埃之间（对应频率范围30 PHz到30EHz）的电磁辐射形式。
X射线的性质：1）x射线的波长范围为0.01—1000埃；2）x射线是一种本质与可见光相同的电磁波，具有波粒二象性；3）波长短、能量大而显示其特性：①穿透能力强。
②折射率几乎等于1。
③通过晶体时发生衍射。
4）x射线对生物细胞与组织有较强的杀伤力。
X射线的产生：高速运动的电子突然受阻时，由于与物质的能量交换作用，从而产生x射线。
在实验室里，产生x射线是利用具有高真空度的x射线管。
连续X射线谱: —部分是具有连续波长的“白色”X射线谱，称为连续谱或“白色”谱；从阴极发出的电子经高压加速到达阳极靶材时，由于单位时间内到达的电子数目极大，而且达到靶材的时间和条件各不相同，并且大多数电子要经过多次碰撞，能量逐步损失掉，因而出现连续变化的波长谱。
特征X射线谱: 是由阳极金属材料成分决定的波长确定的特征X射线，称为特征谱，也称为单色谱或标识谱。
从阴极发出的电子在高压加速后，如果电子的能量足够大而将阳极靶原子中内层电子击出留下空位，原子中其他层电子就会跃迁以填补该空位，同时将多余的能量以X射线光子的形式释放出来，结果得到具有固定能量，频率或固定波长的特征X 射线。
其X射线的频率和能量由电子跃迁前后的电子能级(E2和E1)决定，即ℎν=E2−E1。
2. X射线与物质的相互作用A：X射线与物质的作用是通过X射线光子与物质的电子相互碰撞而实现的。
与物质作用后会产生X射线的散射（相干散射和非相干散射），X射线的透射，X射线的吸收，光电效应与荧光辐射等现象。
X射线穿过物质时，物质的原子可能使X射线光于偏离入射线方向，即发生散射。
X射线的散射现象可分为相干散射和非相干散射。
X射线透过物质后强度的减弱是X射线光子数的减少。
吸收时，能量向其他形式转变。
《材料分析测试技术》课件
在生物学领域，材料分析测试技术用于研 究生物大分子的结构和功能，以及生物材 料的性能和生物相容性。
医学领域
环境科学领域
在医学领域，材料分析测试技术用于药物 研发、医疗器械性能评价以及人体组织与 器官的生理和病理研究。
在环境科学领域，材料分析测试技术用于 环境污染物检测、生态系统中物质循环的 研究以及环保材料的性能评估。
反射光谱测试技术
通过测量材料对不同波长光的反射率，分 析材料的表面特性、光学常数和光学性能 。
发光光谱测试技术
研究材料在受到激发后发射出的光的性质 ，包括荧光、磷光和热辐射等，以了解材 料的发光性能和光谱特性。
透射光谱测试技术
通过测量材料对不同波长光的透射率，分 析材料的透光性能、光谱特性和光学常数 。
磁粉检测技术
总结词
通过磁粉与材料相互作用，检测其表面和近表面缺陷。
详细描述
磁粉检测技术利用磁粉与被检测材料的相互作用，通过观察磁粉的分布和排列，检测材 料表面和近表面的裂纹、折叠等缺陷。该技术广泛应用于钢铁、有色金属等材料的检测
。
涡流检测技术
总结词
通过电磁感应在材料中产生涡流，检测其表 面和近表面缺陷。
《材料分析测试技术》ppt课件
目录
• 材料分析测试技术概述 • 材料物理性能测试技术 • 材料化学性能测试技术 • 材料力学性能测试技术 • 材料无损检测技术 • 材料分析测试技术的应用与展望
01
材料分析测试技术概述
Chapter
定义与目的
定义
材料分析测试技术是指通过一系列实验手段对材料 进行物理、化学、机械等性能检测，以获取材料组 成、结构、性能等方面的信息。
电学性能测试技术
电容率测试技术
材料分析方法第3版(周玉)出版社配套PPT课件第1章机械工业出版社-文档资料
式中， W2、W1分别为电子跃迁前后原子激发态能量， En2 和En1是所在壳层上的电子能量。根据经典原子模型，原子 内电子分布在一系列的壳层上，最内层(K层)能量最低，按 L、 M、N、顺序递增
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第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱 在莫塞莱定律 (1-6)式中，
1 1 m e4 1 1 2 K2 R 2 2 3 2 2 8 0 h c n2 n1 n2 n1
1914年莫塞来发现特征X射线波长和原子序数有定量的对 应关系，这一原理应用于材料成分检测
X射线衍射分析研究内容很广，主要包括相分析、精细结 构研究和晶体取向测定等 5
第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础
第二章 X射线衍射方向
第三章 X射线衍射强度 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定 第七章 多晶体织构的测定
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第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 为什么连续X射线谱存在短波限SWL？ 用量子理论可以解释连续谱和短波限，若管电压为U， 则电子到达阳极靶的动能为eU，当电子在一次碰撞中将全部 能量转化为一个光量子，可获得最大能量hmax ，其波长即 为SWL， eU = hmax = hc /SWL
式中，K3为常数；Un为特征谱的临界激发电压，对于K系， Un = UK ；m为常数(K系m = 1.5， L系m = 2)
为了提高特征谱的强度，应采用较高的管电压，当U/Uk =4时，I特/I连最大，所以X射线管适宜的电压为， U = (3~5)UK
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第三节 X射线与物质的相互作用
一、衰减规律和吸收系数 如图1-6，强度为I0的X射线照射厚度为t的均匀物质上， 穿过深度为x处的dx厚度时的强度衰减量dIx/Ix与dx成正比，