《材料分析测试技术》试卷(答案)

《材料分析测试技术》试卷（答案）

一、填空题：（20分，每空一分）

1. X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。

2. X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X射线、和热。

3. 德拜照相法中的底片安装方法有：正装、反装和偏装三种。

4. X射线物相分析方法分：定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。

5. 透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。

6. 今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。

7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。

8. 扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。

二、选择题：（8分，每题一分）

1. X射线衍射方法中最常用的方法是（ b ）。

a．劳厄法；b．粉末多晶法；c．周转晶体法。

2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是（b）。

a．Co ；b. Ni ；c. Fe。

3. X射线物相定性分析方法中有三种索引，如果已知物质名时可以采用（c ）。

a．哈氏无机数值索引；b. 芬克无机数值索引；c. 戴维无机字母索引。

4. 能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是（b）。

a．第二聚光镜光阑；b. 物镜光阑；c. 选区光阑。

5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是（ b ）。

a．球差；b. 像散；c. 色差。

6. 可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是（a）。

a．高阶劳厄斑点；b. 超结构斑点；c. 二次衍射斑点。

7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nm厚表层成分的信号是（b）。

a．背散射电子；b.俄歇电子；c. 特征X射线。

8. 中心暗场像的成像操作方法是（c）。

a．以物镜光栏套住透射斑；b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。

三、问答题：（24分，每题8分）

1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么？

答：X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小

适中，在1um-5um之间；其次粉末不能有应力和织构；最后是样品有一

个最佳厚度（t =

2.分析型透射电子显微镜的主要组成部分是哪些？它有哪些功能？在

材料科学中有什么应用？

答：透射电子显微镜的主要组成部分是：照明系统，成像系统和观察记

录系统。

透射电镜有两大主要功能，即观察材料内部组织形貌和进行电子衍射以了解选区的晶体结构。分析型透镜除此以外还可以增加特征X射线

探头、二次电子探头等以增加成分分析和表面形貌观察功能。改变样品

台可以实现高温、低温和拉伸状态下进行样品分析。

透射电子显微镜在材料科学研究中的应用非常广泛。可以进行材料组织形貌观察、研究材料的相变规律、探索晶体缺陷对材料性能的影响、分析材料失效原因、剖析材料成分、组成及经过的加工工艺等。

3.什么是缺陷的不可见性判据？如何用不可见性判据来确定位错的布

氏矢量？

答：所谓缺陷的不可见性判据是指当晶体缺陷位移矢量所引起的附加相

位角正好是π的整数倍时，有缺陷部分和没有缺陷部分的样品下表面衍

射强度相同，因此没有衬度差别，故而看不缺陷。

利用缺陷的不可见性判据可以来确定位错的布氏矢量。具体做法是先看到位错，然后转动样品，选择一个操作反射g1，使得位错不可见。

这说明g1和位错布氏矢量垂直；再选择另一个操作反射g2，使得位错不

可见；那么g1×g2 就等于位错布氏矢量b。

四、证明题：20分

1.证明衍射分析中的厄瓦尔德球图解与布拉格方程等价。

以入射X射线的波长λ的倒数为半径作一球（厄瓦尔德球），将试样放

在球心O处，入射线经试样与球相交于O*；以O*为倒易原点，若任一

倒易点G落在厄瓦尔德球面上，则G对应的晶面满足衍射条件产生衍射。

证明：如图，令入射方向矢量为k（k = 1/λ），衍射方向矢量为k，，衍射

矢量为g。则有g = 2ksinθ。∵g=1/d；k=1/λ，∴2dsinθ=λ。即厄瓦

尔德球图解与布拉格方程等价。

2.作图并证明公式：Rd=Lλ。

作图：以1/λ

交于O*点，与荧光屏交于O，点；衍射线与厄瓦尔德球面交于G点，与

荧光屏交于A点。O*G 是倒易矢量g，O，A=R，O O，=L。

∵透射电子显微镜的孔径半角很小（2-3∴可近似认为g//R

有⊿OO*G ≌⊿O O ，A

OO*/L = g/R

将OO*=1/λ，g = 1/d 代入上式

得：Rd=L λ

五、

综合题：（28分）

1. 为使Cu k α线的强度衰减1/2，需要多厚的Ni 滤波片？（Ni 的 μm =49.2/cm 2g -1 ,ρ=8.9/gcm -3）。（10分）

解：根据强度衰减公式I = I 0e -μm ρX

1/2 = e -49.2*8.9X

X = ln2/49.2*8.9 = 15.83um

2. 有一金属材料的多晶粉末电子衍射花样为六道同心圆环，其半径分别是：8.42mm ，11.88mm ，14.52mm ，16.84mm ，18.88mm ，20.49mm ；相机常数L λ=17.00mmÅ。请标定衍射花样并求晶格常数。（10分）

解：已知R 1=8.42；R 2=11.88；R 3=14.52；R 4=16.84；R 5=18.88；R 6=20.49

有R 12=70.8964；R 22=141.1344；R 32=210.8304；R 42=283.5856；

R 52=356.4544；R 62=419.8401。

R 12/ R 12= 1；R 22/R 12= 1.99； R 32/R 12= 2.97；R 42 /R 12= 4；R 52/ R 12= 5.02；

R 62/ R 12=5.92。

有N 数列为：1 ：2 ：3 ：4 ：5 ：6 。

由于金属材料中很少是简单立方结构，故考虑N 数列为：2 ：4 ：

6 ：8：10 ：12。这是体心立方晶体结构，其值对应的晶面族指数是：110；200；211；220；310；222。

根据电子衍射基本公式Rd=L λ，有

d 1=2.019；d 2=1.431；d 3=1.171；d 4=1.009；d 5=0.900；d 6=0.829。

根据立方晶体晶面间距公式222l k h a

d ++=

a = 2.86Å

3. 分析电子衍射与X 射线衍射有何异同？（8分）

答：电子衍射的原理和X 射线衍射相似，是以满足（或基本满足）布拉格方程作为产生衍射的必要条件。

首先，电子波的波长比X 射线短得多，在同样满足布拉格条件时，它的衍射