材料分析技术

材料分析技术

⼀、

1.什么是材料科学？

研究材料的成分、组织结构（显微组织、析出、位错、亚晶等）、制备⼯艺、性能、应⽤相互关系的科学。

2.常⽤的分析技术有哪些？研究内容是什么？

（1）光学显微镜

（2）电⼦显微镜扫描电⼦显微镜（SEM）

透射电⼦显微镜（TEM）

（3）X射线衍射（XRD）

3.什么是晶体、结构基元、空间点阵？

（1）晶体：原⼦、分⼦在空间规则排列。

（2）结构基元：分⼦离⼦周期性排列构成的基本单元。

（3）空间点阵：是结构基元的⼀种数学抽象，在空间内规则排列。

4.空间点阵四要素是什么？

阵点、阵列、阵⾯、阵胞

5.阵胞的选取原则是什么？

○1宏观对称；

○2尽可能多直⾓；

○3相等棱边夹⾓尽可能多；

○4阵胞体积尽可能多。

6.常见的晶体结构有哪些？具体有哪些性质？

（1）简单⽴⽅结构、体⼼⽴⽅结构、⾯⼼⽴⽅结构、密排六⽅结构、⾦刚⽯结构、NaCl结构、CsCl结构、闪锌矿结构。

（2）均匀性、异向性、对称性、⾃限性、最⼩内能、稳定性

7.概念：背散射电⼦、⼆次电⼦、透射电⼦、吸收电⼦。

（1）背散射电⼦：被固体样品原⼦核或核外电⼦反弹回来的⼀部分⼊射电⼦。

（2）⼆次电⼦：在⼊射电⼦的作⽤下，被轰击出来并离开样品表⾯的原⼦核外电⼦。

（3）透射电⼦：

（4）吸收电⼦：⼊射电⼦进⼊样品后，经过多次⾮弹性散射，能量殆尽，最后被样品吸收的电⼦。

8.SEM⼯作原理是什么？组成系统有哪些？

（1）电⼦枪发射电⼦束，在加速电压作⽤下，经过聚光镜汇聚成⼀束电⼦，再经过扫描线圈偏转，经过物镜到样品表⾯呈光栅状扫描得到各种电⼦信号，由信号采集器将电⼦信号转换成光⼦，再由前置放⼤器得到调制信号，最后由图像显⽰和记录系统的显像管、扫描发⽣器得到可见的成像。

（2）电⼦光学系统、信号检测处理系统、图像显⽰和记录系统、真空系统。

9.SEM为什么在真空下⼯作？

提⾼灯丝的使⽤寿命，防⽌极间放电和样品在观察中受污染，保证电⼦光学系统正常⼯作。

10.SEM电⼦光学系统有哪些部分组成，各部件作⽤？

（1）电⼦枪：产⽣束流稳定的电⼦束。（分场发射型和热发射型）

（2）电磁透镜：聚焦电⼦束斑，前两个为强透镜，聚光能⼒强；后两个为弱透镜，除汇聚电⼦束外，还将电⼦束汇交于样品表⾯。

（3）扫描线圈：使电⼦束发⽣偏转，有规则扫描。

（4）样品室：夹持住样品，还使样品进⾏平移、转动、倾斜、上升或下降等活动。

（5）光栏：挡掉⽆⽤电⼦，主要是配电磁透镜使⽤。在物镜上调整张⾓，使成像清晰。

11.SEM主要性能参数有哪些？主要性能指标是什么？

（1）分辨率、放⼤倍数、景深

（2）分辨率

12.何谓分辨率？影响分辨率的主要因素？

（1）清晰的分开两物体之间的距离

（2）电⼦束的直径、信号种类、原⼦序数、其他因素（机械振动和磁场）

13.什么是衬度？其分类和应⽤各是什么？

（1）指两点的明暗差异。

（2）分类：成分衬度、形貌衬度（⼆次电⼦、背散射电⼦）

（3）应⽤：⼆次电⼦主要被⽤于分析样品的表⾯形貌；背散射电⼦⽤来调制成多种衬度，主要有成分衬度和形貌衬度。

14.详细阐述SEM特点。

（1）分辨率强。其分辨率可达1nm以下，介于光学显微镜的极限分辨率和投射电⼦显微镜的分辨率之间。（2）有效放⼤倍率⾼。可以改变放⼤倍数，⽆需重新聚焦。

（3）景深长。

（4）制样简单。

（5）电⼦损伤⼩。

（6）实现综合分析。可以与其他观察仪同时进⾏⼯作。

15.电⼦探针能做哪些分析？

电⼦探针分析主要包括定性分析、定量分析。

16.电⼦探针点、线、⾯分析结果有何不同？

定点分析：分析点的全部元素所对应的特征X线的谱线，从⽽确定该点所含元素及相对含量。

定线分析：⼀种元素的浓度分布曲线，进⾏线扫。

定⾯分析：⼀种元素在扫描⾯内浓度的分布曲线，进⾏⾯扫。

17.阐述晶粒取向分布图式样的制备过程。

取样；打磨；电解抛光。

18.普通SEM和场发射SEM有何不同？

场发射扫描电镜分辨率⼤，场发射扫描电镜电⼦枪由阴极和第⼀、第⼆阳极组成

19.写出下列结果应⽤的是什么仪器，哪个功能得到的？

（1）显微组织；

（2）元素成分；化学分析

（3）拉伸端⼝；

（4）拉伸时组织碎裂形貌；

（5）材料的磨⾯形貌；

（6）Fe基⾦属背散射电⼦成分衬度像；

（7）表⾯荷电现象；SEM

（8）晶粒取向分布图。SEM

20.原位拉伸实验能得到哪些结果？

断⼝形貌

21.SEM的EBSD功能能得到什么结果？

表⾯晶体学位向分析

⼆、

1.X射线产⽣的原理、本质、特性。

（1）原理：电源可使阴阳极间产⽣强电场，促使阴极发射电⼦，当两极电压⾼达数万伏时，电⼦从阴极发射，射向阳极靶材，电⼦运动受阻，与靶材作⽤后，电⼦的动能⼤部分转化为热能散发，仅有1%左右的动能转化为X射线能产⽣的X射线通过铍窗⼝射出。

（2）本质：以光速传播的电磁波。

（3）特性：波粒⼆象性，不可见，折射率≈1，投射性强，杀伤作⽤。

2.X射线产⽣必须具备的条件。

○1产⽣⾃由电⼦（阴极）；

○2电⼦要⾼速定向运动（动能）；

○3电⼦运动路径上要有障碍物（阳极）；

○4系统内要有良好的循环冷却。

3.概念：光电效应、X射线强度、X射线谱

（1）光电效应：⼊射的X射线激发原⼦产⽣辐射的过程。

（2）X射线强度：单位时间内通过单位⾯积的X光⼦的能量总和。

（3）X射线谱：X射线强度与波长的关系曲线。

4.X射线谱的分类及其产⽣机理。

（1）X射线连续谱：⼀个电⼦在管压U的作⽤下撞向靶材，其能量为eU，每碰撞⼀次产⽣⼀次辐射，即产⽣⼀个能量为hν的光⼦。

（2）X射线特征谱：当管压增⾄阳极靶材对应的特征值Uk时，在连续谱的某些特定点波长位置上出现⼀系列陡峭的尖峰。

5.X射线与物质的相互作⽤将产⽣哪些效应？X射线吸收产⽣哪些效应？

（1）根据散射前后的能量变化与否，可将散射分为相⼲散射与⾮相⼲散射。

（2）X射线的热效应，光电效应，俄歇效应。

6.请阐述相⼲散射与⾮相⼲散射的过程。

（1）相⼲散射：⼊射X射线光⼦同晶体原⼦中与核结合较紧的电⼦进⾏弹性碰撞产⽣的，这种散射的X射线仅改变⽅向，⽆能量损失，波长与位向进⾏弹性碰撞产⽣的。