现代材料分析方法试题及答案

1. X射线衍射的几何条件是d、θ、λ必须满足什么公式？写出数学表达式，并说明d、θ、λ的意义。（5分）答：. X射线衍射的几何条件是d、θ、λ必须满足布拉格公式。（1分）其数学表达式：2dsinθ=λ（1分）其中d是晶体的晶面间距。（1分）θ是布拉格角，即入射线与晶面间的交角。（1分）λ是入射X 射线的波长。（1分）

4. 二次电子是怎样产生的？其主要特点有哪些？二次电子像主要反映试样的什么特征？用什么衬度解释？该衬度的形成主要取决于什么因素？（6分）

答：二次电子是单电子激发过程中被入射电子轰击出的试样原子核外电子。（1分）

二次电子的主要特征如下：

（1）二次电子的能量小于50eV，主要反映试样表面10nm层内的状态，成像分辨率高。（1分）

（2）二次电子发射系数δ与入射束的能量有关，在入射束能量大于一定值后，随着入射束能量的增加，二次电子的发射系数减小。（1分）

（3）二次电子发射系数δ和试样表面倾角θ有关：δ(θ)=δ0/cosθ（1分）

（4）二次电子在试样上方的角分布，在电子束垂直试样表面入射时，服从余弦定律。（1分）

二此电子像主要反映试样表面的形貌特征，用形貌衬度来解释，形貌衬度的形成主要取决于试样表面相对于入射电子束的倾角。（1分）

2. 布拉格角和衍射角：

布拉格角：入射线与晶面间的交角，（1.5 分）

衍射角：入射线与衍射线的交角。（1.5 分）

3. 静电透镜和磁透镜：

静电透镜：产生旋转对称等电位面的电极装置即为静电透镜，（1.5 分）

磁透镜：产生旋转对称磁场的线圈装置称为磁透镜。（1.5 分）

4. 原子核对电子的弹性散射和非弹性散射：

弹性散射：电子散射后只改变方向而不损失能量，（1.5 分）

非弹性散射：电子散射后既改变方向也损失能量。（1.5 分）

二、填空（每空1 分，共20 分）

1. X 射线衍射方法有劳厄法、转晶法、粉晶法和衍射仪法。

2.扫描仪的工作方式有连续扫描和步进扫描两种。

3. 在X 射线衍射物相分析中，粉末衍射卡组是由粉末衍射标准联合

委员会编制，称为JCPDS 卡片，又称为PDF 卡片。

4. 电磁透镜的像差有球差、色差、轴上像散和畸变。

5.透射电子显微镜的结构分为光学成像系统、真空系统和电气系统。

1. X射线管中，焦点形状可分为点焦点和线焦点，适合于衍射仪工作的是线焦点。

2. 在X 射线物象分析中，定性分析用的卡片是由粉末衍射标准联合委员会编制，称为JCPDS 卡片，又称为PDF(或ASTM) 卡片。

3. X射线衍射方法有劳厄法、转晶法、粉晶法和衍射仪法。

4. 电磁透镜的像差有球差、色差、轴上像散和畸变。

5. 电子探针是一种显微分析和成分分析相结合的微区分析。

二、选择题（多选、每题4 分）

1. X射线是（ A D ）

A. 电磁波；

B. 声波；

C. 超声波；

D. 波长为0.01~1000Å。

2. 方程2dSinθ=λ叫（ A D ）

A. 布拉格方程；

B. 劳厄方程；

C. 其中θ称为衍射角；

D. θ称为布拉格角。

3. 下面关于电镜分析叙述中正确的是（ B D ）

A. 电镜只能观察形貌；

B. 电镜可观察形貌、成分分析、结构分析和物相鉴定；

C．电镜分析在材料研究中广泛应用，是因为放大倍数高，与分辨率无关；

D．电镜在材料研究中广泛应用，是因为放大倍数高，分辨率高。

4．在扫描电镜分析中（ A C ）

E．成分像能反映成分分布信息，形貌像和二次电子像反映形貌信息

F．所有扫描电镜像，只能反映形貌信息；

G．形貌像中凸尖和台阶边缘处最亮，平坦和凹谷处最暗；

H．扫描电镜分辨率比透射电镜高。

5．差热分析中，掺比物的要求是（ A B C ）

E．在整个测温范围内无热效应；

F．比热和导热性能与试样接近；

G．常用1520℃煅烧的高纯α-Al2O3粉

H．无任何要求。

六、简答题（30 分）（答题要点）

1．X 射线衍射分析，在无机非金属材料研究中有哪些应用？（8分）

答：1. 物相分析：定性、定量

1．什么是光电效应？光电效应在材料分析中有哪些用途？

答：光电效应是指：当用X射线轰击物质时，若X射线的能量大于物质原子

对其内层电子的束缚力时，入射X射线光子的能量就会被吸收，从而导致其内层

电子被激发，产生光电子。材料分析中应用光电效应原理研制了光电子能谱仪和

荧光光谱仪，对材料物质的元素组成等进行分析。

3．测角仪在采集衍射图时，如果试样表面转到与入射线成30 0角，则计数管与入射线所成角度为多少？能产生衍射的晶面，与试样的自由表面是何种几何关系？

答：当试样表面与入射X射线束成30°角时，计数管与入射X射线束的夹角

是600。能产生衍射的晶面与试样的自由表面平行。

样品制备的工艺过程

1) 切薄片样品

2) 预减薄

3) 终减薄

离子减薄：

1）不导电的陶瓷样品

2）要求质量高的金属样品

3）不宜双喷电解的金属与合金样品

双喷电解减薄：

1）不易于腐蚀的裂纹端试样

2）非粉末冶金试样

3）组织中各相电解性能相差不大的材料

4）不易于脆断、不能清洗的试样

6．图说明衍衬成像原理，并说明什么是明场像、暗场像和中心暗场像。

答：设薄膜有A、B两晶粒内的某(hkl)晶面严格满足Bragg条件，或B 晶粒内满足“双光束条件”，则通过(hkl)衍射使入射强度I0分解为Ihkl和IO-Ihkl 两部分A晶粒内所有晶面与Bragg角相差较大，不能产生衍射。在物镜背焦面上的物镜光阑，将衍射束挡掉，只让透射束通过光阑孔进行成像（明场），此时，像平面上A和B晶粒的光强度或亮度不同，分别为I A» I0I B» I0 - Ihkl ，B晶粒相对A晶粒的像衬度为：