材料分析方法 第3版 教学课件 作者 周玉 第1章、绪论.ppt

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1、材料分析方法第3版获2002年全国普通高等学校优秀教材一等奖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1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2本教材主要内容第二篇材料电子显微分析第八章电子光学基础第九章透射电子显微镜第十章电子衍射第十一章晶体薄膜衍衬成像分析第十二章高分辨透射电子显微术第十三章扫描电子显微镜第十四章电子背散射衍射分析技术第十五章电子探针显微分析第十六章其他显微分析方法3绪

2、论本课程的特点：以分析仪器和实验技术为基础本课程的内容主要包括：X射线衍射仪、电子显微镜等分析仪器的结构与工作原理、及与此相关的材料微观组织结构和微区成分的分析方法原理及其应用本课程的意义在于：通过材料微观组织结构和微区成分分析，揭示材料组织结构与性能的关系，即组织是性能的内在根据，性能是组织的对外表现；确定材料加工工艺和组织结构的关系，以实现微观组织结构控制本课程的基本要求：了解常用的现代分析仪器的基本结构和工作原理；掌握常用的实验分析方法；能正确选用合适的分析方法解决实际工作中的问题4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，

3、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，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

4、定6第一章X射线物理学基础本章主要内容第一节X射线的性质第二节X射线的产生及X射线谱第三节X射线与物质的相互作用7第一节X射线的性质X射线是一种波长很短的电磁波X射线的波长范围为0.01~10nm，用于衍射分析的X射线波长为0.05~0.25nmX射线一种横波，由交替变化的电场和磁场组成X射线具有波粒二相性，因其波长较短，其粒子性较为突出，即可以把X射线看成是一束具有一定能量的光量子流，E=h=hc/(1-2)式中，h是普朗克常数；c是光速；是X射线的频率，是X射线的波长图1-1电磁波谱8第一节X射线的性质X射线穿过不同介质时，折射系数接近1，几乎不产生折射现象X射线肉眼不

5、可见，但具有能使荧光物质发光、能使照相底板感光、能使一些气体产生电离的现象X射线的穿透能力大，能穿透对可见光不透明的材料，特别是波长在0.1nm以下的硬X射线X射线照射到晶体物质时，将产生散射、干涉和衍射等现象，与光线的绕射现象类似X射线具有破坏杀死生物组织细胞的作用9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射线图1-2X射线管结构示意图第二节X射线的产生及X射线谱连续X射线和特征X射线10一、连续X射线谱

6、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第二节X射线的产生及X射线谱11一、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保持不变第二节X射线的产生及X射线谱12一、连续X射线谱连续谱强度

7、分布曲线下的面积即为连续X射线谱的总强度，其取决于X射线管U、i、Z三个因素I连=K1iZU2(1-4)式中，K1是常数。X射线管仅产生连续谱时的效率=I连/iU=K1ZU可见，X射线管的管电压越高、阳极靶原子序数越大，X射线管的效率越高。因K1约(1.1~1.4)10-9，即使采用钨阳极(Z=74)、管电压100kV，1%，效率很低。电子击靶时大部分能量消耗使靶发热第二节X射线的产生及X射线谱13一、连续X射线谱为什么连续X射线谱存在短波限SWL？用量子