材料分析方法第一章
(完整版)材料现代分析方法第一章习题答案解析
第一章1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。
X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。
X射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结构变化的相关的各种问题。
X射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。
2. 试计算当管电压为50 kV时，X射线管中电子击靶时的速度与动能，以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大能量是多少？解：已知条件：U=50kV电子静止质量：m0=9.1×10-31kg光速：c=2.998×108m/s电子电量：e=1.602×10-19C普朗克常数：h=6.626×10-34J.s电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为：E=eU=1.602×10-19C×50kV=8.01×10-18kJ由于E=1/2m0v02所以电子击靶时的速度为：v0=(2E/m0)1/2=4.2×106m/s所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压：λ0（Å）＝12400/U(伏) ＝0.248Å辐射出来的光子的最大动能为：E0＝hv＝h c/λ0＝1.99×10-15J3. 说明为什么对于同一材料其λK<λKβ<λKα?答:导致光电效应的X光子能量＝将物质K电子移到原子引力范围以外所需作的功hV k = W k以kα为例:hV kα = E L– E khe = W k – W L = hV k – hV L ∴h V k > h V k α∴λk<λk α以k β 为例:h V k β = E M – E k = W k – W M =h V k – h V M ∴ h V k > h V k β∴ λk<λk βE L – E k < E M – E k ∴hV k α < h V k β∴λk β < λk α4. 如果用Cu 靶X 光管照相，错用了Fe 滤片，会产生什么现象？答：Cu 的K α1,K α2, K β线都穿过来了，没有起到过滤的作用。
(完整版)材料现代分析方法第一章习题答案解析
第一章1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？答：X射线学分为三大分支：X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。
X射线透射学的研究对象有人体，工件等，用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。
X射线衍射学是根据衍射花样，在波长已知的情况下测定晶体结构，研究与结构和结构变化的相关的各种问题。
X射线光谱学是根据衍射花样，在分光晶体结构已知的情况下，测定各种物质发出的X射线的波长和强度，从而研究物质的原子结构和成分。
2. 试计算当管电压为50 kV时，X射线管中电子击靶时的速度与动能，以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大能量是多少？解：已知条件：U=50kV电子静止质量：m0=9.1×10-31kg光速：c=2.998×108m/s电子电量：e=1.602×10-19C普朗克常数：h=6.626×10-34J.s电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为：E=eU=1.602×10-19C×50kV=8.01×10-18kJ由于E=1/2m0v02所以电子击靶时的速度为：v0=(2E/m0)1/2=4.2×106m/s所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压：λ0（Å）＝12400/U(伏) ＝0.248Å辐射出来的光子的最大动能为：E0＝hv＝h c/λ0＝1.99×10-15J3. 说明为什么对于同一材料其λK<λKβ<λKα?答:导致光电效应的X光子能量＝将物质K电子移到原子引力范围以外所需作的功hV k = W k以kα为例:hV kα = E L– E khe = W k – W L = hV k – hV L ∴h V k > h V k α∴λk<λk α以k β 为例:h V k β = E M – E k = W k – W M =h V k – h V M ∴ h V k > h V k β∴ λk<λk βE L – E k < E M – E k ∴hV k α < h V k β∴λk β < λk α4. 如果用Cu 靶X 光管照相，错用了Fe 滤片，会产生什么现象？答：Cu 的K α1,K α2, K β线都穿过来了，没有起到过滤的作用。
材料分析方法总结
第一章 X 射线物理学基础一、X 射线产生的主要装置和条件 主要装置：阳极靶材、阴极灯丝条件：a. 大量自由电子；b. 定向高速运动；c. 运动路径上遇到障碍（靶材）二、短波限一个电子在与阳极靶撞击时，把全部能量给予一个光子，这就是一个光量子所能获得的最大能量，即：h c/λ=eU ，此时光量子的波长即为短波限λSWL 。
三、连续X 射线（强度公式）大量电子在与靶材碰撞的过程中，能量不断减小，光子所获得的能量也不断减小，形成了一系列由短波限λSWL 向长波方向发展的连续波谱。
连续谱强度21iZU K I四、特征X 射线（莫塞莱定律）当X 射线管两端的电压增高到某一特定值U k 时，在连续谱的特定的波长位置上，会出现一系列强度很高，波长范围很窄的线状光谱，它们的波长对一定材料的阳极靶材有严格恒定的数值，此波长可作为阳极靶材的标志或特征，所以称为特征谱或标识谱。
莫塞莱定律：Z K 21) U - U ( i K I m n 3 （Un 为临界激发电压，原子序数Z 越大，Un 越大）五、X 射线吸收（透射）公式——（质量吸收系数：单质、化合物（固溶体、混合物）） 单质 m tm m e I eI I 00化合物ni i mim w 1六、光电效应、荧光辐射、俄歇效应光电效应：当入射X 射线光量子能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能时，电子易获得能量从内层逸出，成为自由电子，称为光电子，这种光子击出电子的现象称为光电效应。
荧光辐射：因光电效应处于相应的激发态的原子，将随之发生如前所述的外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出特征X 射线，称X 射线激发产生的特征辐射为二次特征辐射，称这种光致发光的现象为荧光效应。
俄歇效应：原子K 层电子被击出后， L 层一个电子跃入 K 层填补空位，而另一个L 层电子获得能量逸出原子成为俄歇电子，称这种一个K 层空位被两个 L 层空位代替的过程为俄歇效应。
光电效应——光电子荧光辐射——荧光X 射线（二次X 射线） 俄歇效应——俄歇电子七、吸收限及其两个应用：滤波片的选择、靶材的选择吸收限：欲激发原子产生K、L、M等线系的荧光辐射，入射X 射线光量子的能量必须大于或至少等于从原子中击出一个K、L、M层电子所需的能量W K、W L、W M，如，W K= h K = hc / K，式中， K、 K是产生K系荧光辐射时，入射X射线须具有的频率和波长的临界值。
材料微结构分析原理与方法 第1章 晶体简介
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1.3 周期点阵
晶体结构和空间点阵的区别
空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的
周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只能有14种类型。
拉格方程并且完成首批晶体结构的测定，1915年获诺贝尔物理学奖。 ➢ 1916年—德拜（Debye）和谢乐（Scherrer） —晶体学衍射法（X射线粉末法）。德
拜获1936年诺贝尔化学奖（液体和气体中的X射线和电子衍射）。 ➢ 1929年—鲍林（Pauling）提出鲍林法则。1954年获诺贝尔化学奖（化学键的本质）。 ➢ 1934年—傅立叶（Fourier）法和帕特森（Patterson）函数法在晶体学结构分析中
第1章 晶体简介
原子的排列作用
原子排列
组织
性能
固态物质的内部结构是了解掌握材料性能的基础， 才能从内部找到改善和发展新材料的途径。
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1.1 晶体学发展历程
➢ 1669年 — 丹麦 — 斯丹诺（Steno） — 晶体的面角守恒定律。 ➢ 斯丹诺的老师巴尔托林（Bartolins） — 冰洲石碎块也和大块晶体一样有斜方六面体
原子排列长程有序但不是周期平移，即存在准周期。
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1.3 周期点阵
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1.3 周期点阵
晶体点阵和晶胞
阵点
为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性， 可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体 并简化，将其中每个质点抽象为规则排列于空 间的几何点，称之为阵点。
空间 点阵
外形—解理性（晶体的宏观特性之一）。 ➢ 1784年 — 法国 — 阿羽衣（Haüy）— 晶胞学说。很遗憾这个学说并没有说晶胞的具
材料分析方法-第一章-X射线物理学原理
一、X射线的发现
1895年11月8日，德国物理学家 伦琴在研究真空管的高压放电时， 偶然发现镀有氰亚铂酸钡的硬纸板 会发出荧光。经仔细分析，认为这 是真空管中发出的一种射线引起的。 由于当时对这种射线不了解，故称 之为X射线。后来也称伦琴射线。
伦琴发现，不同物质对X射 线的穿透能力是不同的。他 用X射线拍了一张其夫人手 的照片。很快，X射线发现 仅半年时间就在医学上得到 了应用。
连续X射线谱的强度
连续X射线谱的总强度（X光管发 射出的X射线的总能量）即测得 的谱线与横坐标围起来的面积， 写成积分的形式为：
I 连 I ( )d K1iZV m
0
经验公式
式中：K1和m都是常数，m ≈2， K1 ≈1.1~1.4× 10-9；Z为阳极靶材 料的原子序数。
eV h max
或者
0
hc
hc 0 eV
式中 e —电子电荷，等于 1.6 1019 C （库仑） V—管电压 34 h—普朗克常数，等于 6.62510 j s
短波限
将所有常数代入上式，可得：
6.6251027 3 1010 108 12.4 0 V V 10 4.8 10 1000 300
特征X射线谱
对钼靶X射线管，保持管电流（i）不变，逐渐
增加管电压（V），记录不同管电压下X射
线强度（I）随波长（λ）的变化规律。 实验结果特征： （1）V<20KV，只产生连续X射线谱。随着管 压的增加，X射线强度增加，衍射谱线向短 波方向移动 （2）V>20KV，在连续X射线谱上某几个波长 一定的位置的强度突然明显增大： Kβ辐射 λ=0.63Å ， Kα辐射λ=0.71Å 。 （3）出现标识谱线后，增加管电压只增加标
《材料现代分析方法》练习与答案
《材料现代分析⽅法》练习与答案第⼀章⼀、选择题1.⽤来进⾏晶体结构分析的X射线学分⽀是（ B）A.X射线透射学；B.X射线衍射学；C.X射线光谱学；2. M层电⼦回迁到K层后，多余的能量放出的特征X射线称（ B ）A.Kα；B. Kβ；C. Kγ；D. Lα。
3. 当X射线发⽣装置是Cu靶，滤波⽚应选（ C ）A．Cu；B. Fe；C. Ni；D. Mo。
4. 当电⼦把所有能量都转换为X射线时，该X射线波长称（A ）A.短波限λ0；B. 激发限λk；C. 吸收限；D. 特征X射线5.当X射线将某物质原⼦的K层电⼦打出去后，L层电⼦回迁K层，多余能量将另⼀个L层电⼦打出核外，这整个过程将产⽣（D）（多选题）A.光电⼦；B. ⼆次荧光；C. 俄歇电⼦；D. （A+C）⼆、正误题1. 随X射线管的电压升⾼，λ0和λk都随之减⼩。
（）2. 激发限与吸收限是⼀回事，只是从不同⾓度看问题。
（）3. 经滤波后的X射线是相对的单⾊光。
（）4. 产⽣特征X射线的前提是原⼦内层电⼦被打出核外，原⼦处于激发状态。
（）5. 选择滤波⽚只要根据吸收曲线选择材料，⽽不需要考虑厚度。
（）三、填空题1. 当X射线管电压超过临界电压就可以产⽣连续X射线和特征X射线。
2. X射线与物质相互作⽤可以产⽣俄歇电⼦、透射X射线、散射X 射线、荧光X射线、光电⼦、热、、。
3. 经过厚度为H的物质后，X射线的强度为。
4. X射线的本质既是波长极短的电磁波也是光⼦束，具有波粒⼆象性性。
5. 短波长的X射线称，常⽤于；长波长的X射线称，常⽤于。
习题1. X 射线学有⼏个分⽀？每个分⽀的研究对象是什么？2. 分析下列荧光辐射产⽣的可能性，为什么？（1）⽤CuK αX 射线激发CuK α荧光辐射；（2）⽤CuK βX 射线激发CuK α荧光辐射；（3）⽤CuK αX 射线激发CuL α荧光辐射。
3. 什么叫“相⼲散射”、“⾮相⼲散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”、“发射谱”、“吸收谱”？4. X 射线的本质是什么？它与可见光、紫外线等电磁波的主要区别何在？⽤哪些物理量描述它？5. 产⽣X 射线需具备什么条件？6. Ⅹ射线具有波粒⼆象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？7. 计算当管电压为50 kv 时，电⼦在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限和光⼦的最⼤动能。
材料分析方法部分课后习题答案解析
第一章X 射线物理学基础2、若X 射线管的额定功率为1.5KW，在管电压为35KV 时，容许的最大电流是多少？答：1.5KW/35KV=0.043A。
4、为使Cu 靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。
答：因X 光管是Cu 靶，故选择Ni 为滤片材料。
查表得：μ m α＝49.03cm2／g，μ mβ＝290cm2／g，有公式，，，故：，解得:t=8.35um t6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？答：eVk=hc/λVk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)λ 0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm)其中h为普郎克常数，其值等于6.626×10-34e为电子电荷，等于1.602×10-19c故需加的最低管电压应≥17.46(kv)，所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。
7、名词解释：相干散射、不相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应答：⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。
⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。
⑶一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K 电子，当外层电子来填充K 空位时，将向外辐射K 系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。
或二次荧光。
⑷指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K 电子从无穷远移至K 层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K 系的吸收限。
材料分析方法-第一章
一、填空题：1、产生X-射线必须具备的基本条件：产生自由电子，加速电子使其高速定向运动，在电子运动路径上设置障碍物。
2、X-射线的本质是一种电磁波，它具有波粒二象性。
3、X-射线的波长范围为10~0.01nm ；用于晶体结构分析的X-射线波长为0.25~0.05nm ；用于材料探伤的X-射线波长为0.1~0.05nm 。
一般波长短的X-射线称为硬X-射线(<0.1nm) ，波长长的X-射线称为软X-射线(10~0.1nm) 。
4、X-射线管发射出的X射线分为连续X射线谱和标识X射线谱两类。
5、当一束X射线通过物质时，其能量可分为三部分，即一部分被散射，一部分被吸收，而其余部分则透过物质继续沿原来的方向传播。
6、晶体具有如下共同性质：均匀性、各向异性、自范性和固定的熔点。
7、在晶体结构或空间点阵中，平行于同一个方向的所有晶面族称为一个晶带，该方向则称为晶带轴。
8、产生衍射的充分条件：满足布拉格方程且F HKL≠0 。
9、由于F HKL＝0而使衍射线消失的现象称为系统消光，它分为：点阵消光、结构消光。
二、计算题：1、当管电压为20kV时，X-射线谱的短波限λ0是多少？解：短波限λ0=ℎceV =1.24V，当V=20kV时λ0=0.062 nm2、晶面夹角的计算：在立方晶系中，（111）晶面与（001）晶面的夹角。
解：cosϕ121212√ℎ12+k12+l12√ℎ22+k22+l22，将两晶面指数带入，得cosϕ=√33，ϕ=54.7°三、论述题：1、X射线的本质是由于电子运动状态被改变时发出的电磁波，所以连续谱与标识谱在产生条件上没有区别，只是标识谱需要的加速电压大一些，且此时连续谱被一直不产生而已。
不对，连续谱与标识谱产生的来源不同。
连续谱是高速电子受到靶的抑制作用，速度骤减，电子动能转化为辐射能所产生的电磁波，其与靶材料无关；标识谱是靶原子受到高速电子轰击后，内层电子跃迁产生电磁辐射而形成的，标识谱是连续谱与标识谱线的叠加，与加速电压无关，而与靶材料有关。
XRD材料分析方法第一章 X射线的性质
由于电子是大量的，它们转变为热的能量是不 尽相同的，或碰撞的次数是不相同的，这样就会 产生各种各样波长的X射线，出现了连续光谱。 波长为λ0的光子能量高，但具有波长λm的 光子的数目多，因此 Im 不在λ0 处，而是在λm处。 且
m 1.50
可见，当X射线管电压增高时，电子的动能增大， 所以λ0 、λm值变小。同时，单位时间内所产生 的光子数和每个光子的平均能量都增加，所以各 种波长的射线的相对强度增高。
2、细聚焦X射线管
为了提高衍射花样的分辨本领，必须使入射 X 射线束很细，但因为 X 射线不受电磁场的作用， 其本身的折射率又很小，因而其本身不能产生聚 焦作用。因此要想得到细的 X 射线束，就只能从 缩小焦斑这方面入手，其方法是： 采用一套静电透镜或电磁透镜，使电子束高度 聚焦，其焦点可达几十微米甚至几微米，从而产 生出精细的衍射花样。 3、采用闪光X射线管、同步加速器X射线源、闪光 轰击法等。
ml=0，± 1，± 2，± 3……± l，数目为 2l+1个 当两个电子的n，l值相同时， ml不同时， 无外磁场时，能量相等；相反，有外磁场 时，能量不同。
4)自旋量子数（ms）
决定自旋角动量沿磁场方向的分量
ms=1/2，顺磁场 ms=-1/2，反磁场 当两个电子的 n 、 l 、 ml 值相同时， ms不同时，无外磁场时，能量相等； 有外磁场时，能量不同。
k
，且
3 ）激发靶材产生特征谱的最低电压称为激发电 压。每一系列谱线的产生需要一定的激发电压， 分别表示为VK、VL、VM……， 材料的原子序数越大，对于同一谱系，所需 激发电压越高。 4)每一特征谱线对应于一定波长值，它不随管流 i 和管压 V 的变化而变化，即波长是不变的。但 特征谱的强度是发生变化的，且
材料分析方法第二版课后练习题含答案
材料分析方法第二版课后练习题含答案第一章：材料的物理化学性质分析1. 硬度测试根据维氏硬度测试的原理，硬度的数值与什么有关？答案：硬度的数值与材料的抵抗力有关。
2. 热膨胀系数测试热膨胀系数的测试方法包括哪些？答案：常用的测试方法包括极差法、压力计法、光栅测量法等。
第二章：材料的成分分析1. 光谱分析常用的光谱分析方法有哪些？答案：常用的光谱分析方法包括紫外吸收光谱、可见光吸收光谱、红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、原子发射光谱、质谱等。
2. 微量元素分析微量元素分析常用的方法有哪些？答案：常用的微量元素分析方法有火焰原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法等。
第三章：材料的表面形貌分析1.原子力显微镜测试原子力显微镜常用于什么领域？答案：原子力显微镜常用于材料表面形貌分析、生物医学领域等。
2.扫描电子显微镜测试扫描电子显微镜常用于哪些领域？答案：扫描电子显微镜常用于材料表面形貌分析、生物医学领域、纳米材料研究等。
第四章：材料的力学性能分析1.拉伸测试拉伸测试包括哪些参数？答案：拉伸测试包括屈服强度、抗拉强度、延伸率等参数。
2.压缩测试压缩测试的测试条件有哪些？答案：压缩测试的测试条件包括样品的几何形状和尺寸、加载速率、温度等。
第五章：材料的热力学性能分析1.热重分析热重分析的测试原理是什么？答案：热重分析利用样品在升温过程中的质量变化来研究材料的热稳定性、热降解等热力学性能。
2.热膨胀系数测试热膨胀系数的测试方法有哪些？答案：常用的测试方法包括极差法、压力计法、光栅测量法等。
总结本文主要介绍了材料分析方法第二版的课后练习题和答案。
通过练习题的学习，我们可以更好地掌握各种分析方法的原理和测试步骤，同时也能够提高自己的分析能力和实验操作技能。
我们希望读者能够认真学习、勤于实践，不断提高自己在材料分析领域的能力和水平。
材料分析方法第3版(周玉)出版社配套课件第7章机械工业出版社
所在的圆为欲求的轨迹；
图7-4 与极点成等夹角点的轨迹
与P点成90点的轨迹为过赤道线
上F 点的经线大圆NFS，NFS可
视为一平面的投影，其法线的投
影点为P
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第一节 极射赤面投影法
二、乌氏网
4) 极点的转动 在乌氏网上可将极点绕确定轴转动到新位置
转轴垂直于投影面：如图7-5，将P点绕基圆圆心(轴的投影)转
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第一节 极射赤面投影法
二、乌氏网
乌氏网是确定晶体方位及测量夹角的工具，应用时注意
1) 晶体投影图基圆的直径与乌氏网相同，使用时将二者中心 重合
2) 测定二极点间夹角时，转动投 影图，使二极点位于同一经线大 圆(包括基圆)或赤道上， 二点间 的纬度差或经度差极为二极点间 夹角，见图7-3。 如A、B极点间 夹角为120， C、D极点间夹角 为20， E、F 极点间夹角为20
X射线衍射是织构测定的主要方法，近年来电子背散射衍 射(EBSD)技术在织构分析方面亦得到广泛应用
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第一节 极射赤面投影法
一、极射赤面投影法的特点
极射赤面投影法用以表达晶向、晶面的方位，见图7-1
1) 被投影晶体置于参考球球心O，假定晶体的所有晶向、晶 面均通过球心
2) 投射点B为球面上一点的射线，投影 面是与过B点直径垂直的任一平面，平 行于投影面且通过球心的平面与球交成 一大圆， B点向大圆上各点的投影线在 投影面上的交点构成基圆(NESW)
图7-9为立方晶系标准投影图，落在同一大圆弧和直线上的极 点对应的晶面法线在同一平面上， 此平面的法线为这些晶面 的交线。相交于同一直线的晶面属于同一晶带， 其交线称为 晶带轴，用[uvw]表示，晶面指数(hkl)和[uvw]满足晶带定律
材料分析测试方法试题及答案
第一章电磁辐射与材料结构一、名词、术语、概念波数，分子振动，伸缩振动，变形振动（或弯曲振动、变角振动），干涉指数，晶带，原子轨道磁矩，电子自旋磁矩，原子核磁矩。
二、填空1、电磁波谱可分为3个部分：①长波部分，包括( )与( )，有时习惯上称此部分为( )。
②中间部分，包括( )、( )和( )，统称为( )。
③短波部分，包括( )和( )（以及宇宙射线），此部分可称( )。
答案：无线电波（射频波），微波，波谱，红外线，可见光，紫外线，光学光谱，X射线，射线，射线谱。
2、原子中电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁均称为( )跃迁或( )跃迁。
答案：电子，能级。
3、电子由高能级向低能级的跃迁可分为两种方式：跃迁过程中多余的能量即跃迁前后能量差以电磁辐射的方式放出，称之为( )跃迁；若多余的能量转化为热能等形式，则称之为( )跃迁。
答案：辐射，无辐射。
4、分子的运动很复杂，一般可近似认为分子总能量（E）由分子中各( )，( )及( )组成。
答案：电子能量，振动能量，转动能量。
5、分子振动可分为( )振动与( )振动两类。
答案：伸缩，变形（或叫弯曲，变角）。
6、分子的伸缩振动可分为( )和( )。
答案：对称伸缩振动，不对称伸缩振动（或叫反对称伸缩振动）。
7、平面多原子（三原子及以上）分子的弯曲振动一般可分为( )和( )。
答案：面内弯曲振动，面外弯曲振动。
8、干涉指数是对晶面( )与晶面( )的标识，而晶面指数只标识晶面的（）。
答案：空间方位，间距，空间方位。
9、晶面间距分别为d110／2，d110/3的晶面，其干涉指数分别为( )和( )。
答案：220，330。
10、倒易矢量r*HKL的基本性质：r*HKL垂直于正点阵中相应的（HKL）晶面，其长度r*HKL等于(HKL)之晶面间距d HKL的( )。
答案：倒数（或1/d HKL）。
11、萤石（CaF2）的（220）面的晶面间距d220=0.193nm，其倒易矢量r*220（）于正点阵中的（220）面，长度r*220=（）。
材料分析方法周玉出社配套PPT课件机械工业出社
(1-4)
= 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
12
第十二页，共四十一页。
第二节 X射线的产生及X射线谱
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
1
第一页，共四十一页。
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
2
第二页，共四十一页。
绪论
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
一、衰减规律和吸收系数
复杂物质的质量吸收系数
对于多元素组成的复杂物质，如固溶体、化合物和混合
物等，其质量吸收系数仅取决于各组元的质量系数mi及各组 元的质量分数wi ，即
n
m miwi i1
连续谱的质量吸收系数
(1-15)
连续X射线穿过物质时，其质量吸收系数相当于一个有
材料分析方法 周玉 第二版
第一章 X 射线物理学基础1、在原子序24（Cr）到74（W）之间选择7 种元素，根据它们的特征谱波长（Kα），用图解法验证莫塞莱定律。
（答案略）2、若X 射线管的额定功率为1.5KW，在管电压为35KV 时，容许的最大电流是多少？答：1.5KW/35KV=0.043A。
4、为使Cu 靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。
答：因X 光管是Cu 靶，故选择Ni 为滤片材料。
查表得：μ m α ＝49.03cm2／g，μ mβ ＝290cm2／g，有公式，，，故：，解得:t=8.35um t6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？答：eVk=hc/λVk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)λ 0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm)其中 h为普郎克常数，其值等于6.626×10-34e为电子电荷，等于1.602×10-19c故需加的最低管电压应≥17.46(kv)，所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。
7、名词解释：相干散射、非相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应答：⑴ 当χ 射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。
⑵ 当χ 射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ 射线长的χ 射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。
⑶ 一个具有足够能量的χ 射线光子从原子内部打出一个K 电子，当外层电子来填充K 空位时，将向外辐射K 系χ 射线，这种由χ 射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。
材料分析方法-1-课件
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
27
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
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
31
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱
连续谱强度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
不能给出所含元素的分布
10
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。
t-ZrO2 ZrSiO
4
Intensity
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
1
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
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
材料分析测试方法试题及答案
材料分析测试方法试题及答案第一章电磁辐射与材料结构一、名词、术语、概念波数，分子振动，伸缩振动，变形振动（或弯曲振动、变角振动），干涉指数，晶带，原子轨道磁矩，电子自旋磁矩，原子核磁矩。
二、填空1、电磁波谱可分为3个部分：①长波部分，包括()与()，有时习惯上称此部分为()。
②中间部分，包括()、()和()，统称为()。
③短波部分，包括()和()（以及宇宙射线），此部分可称()。
答案：无线电波（射频波），微波，波谱，红外线，可见光，紫外线，光学光谱，某射线，射线，射线谱。
2、原子中电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁均称为()跃迁或()跃迁。
答案：电子，能级。
3、电子由高能级向低能级的跃迁可分为两种方式：跃迁过程中多余的能量即跃迁前后能量差以电磁辐射的方式放出，称之为()跃迁；若多余的能量转化为热能等形式，则称之为()跃迁。
答案：辐射，无辐射。
4、分子的运动很复杂，一般可近似认为分子总能量（E）由分子中各()，()及()组成。
答案：电子能量，振动能量，转动能量。
5、分子振动可分为()振动与()振动两类。
答案：伸缩，变形（或叫弯曲，变角）。
6、分子的伸缩振动可分为()和()。
答案：对称伸缩振动，不对称伸缩振动（或叫反对称伸缩振动）。
7、平面多原子（三原子及以上）分子的弯曲振动一般可分为()和()。
答案：面内弯曲振动，面外弯曲振动。
8、干涉指数是对晶面()与晶面()的标识，而晶面指数只标识晶面的（）。
答案：空间方位，间距，空间方位。
9、晶面间距分别为d110／2，d110/3的晶面，其干涉指数分别为()和()。
答案：220，330。
10、倒易矢量r某HKL的基本性质：r某HKL垂直于正点阵中相应的（HKL）晶面，其长度r某HKL等于(HKL)之晶面间距dHKL的()。
答案：倒数（或1/dHKL）。
11、萤石（CaF2）的（220）面的晶面间距d220=0.193nm，其倒易矢量r某220（）于正点阵中的（220）面，长度r某220=（）。
(完整版)材料分析方法部分课后习题答案
第一章X 射线物理学基础2、若X 射线管的额定功率为1.5KW，在管电压为35KV 时，容许的最大电流是多少？答：1.5KW/35KV=0.043A。
4、为使Cu 靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。
答：因X 光管是Cu 靶，故选择Ni 为滤片材料。
查表得：μ m α＝49.03cm2／g，μ mβ＝290cm2／g，有公式，，，故：，解得:t=8.35um t6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？答：eVk=hc/λVk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv)λ 0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm)其中h为普郎克常数，其值等于6.626×10-34e为电子电荷，等于1.602×10-19c故需加的最低管电压应≥17.46(kv)，所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。
7、名词解释：相干散射、不相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应答：⑴当χ射线通过物质时，物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动，受迫振动产生交变电磁场，其频率与入射线的频率相同，这种由于散射线与入射线的波长和频率一致，位相固定，在相同方向上各散射波符合相干条件，故称为相干散射。
⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后，可以得到波长比入射χ射线长的χ射线，且波长随散射方向不同而改变，这种散射现象称为非相干散射。
⑶一个具有足够能量的χ射线光子从原子内部打出一个K 电子，当外层电子来填充K 空位时，将向外辐射K 系χ射线，这种由χ射线光子激发原子所发生的辐射过程，称荧光辐射。
或二次荧光。
⑷指χ射线通过物质时光子的能量大于或等于使物质原子激发的能量，如入射光子的能量必须等于或大于将K 电子从无穷远移至K 层时所作的功W，称此时的光子波长λ称为K 系的吸收限。
材料分析方法 第一章 晶体学基础
A2
B2
A3
0
1/2
1
y
x
◆结论：若仅考虑晶面的空间方位，则A1 ，B1，A2，B2，…与A1，A2，A3，…一样， 均以晶面指数（010）标识 ◆若要考虑二者晶面间距的不同，则分别 用 (020) 和 (010) 标识，此即干涉指数．
z d010 d010/2 B1 A1 A3
A2
B2
0
1/2
1
3.晶体结构与空间点阵 ◆将空间点阵的阵点复原为结构基元，便 得到晶体结构，即： 晶体结构 = 空间点阵 + 结构基元．
NaCl结构
+
面心F点阵
0,0,0 1/2,0,0
=
Na+ Cl结构基元
◆注意：虽然空间点阵只有14种，但由 于结构基元是无穷尽的，因而晶体结构 也是无限的 (同一点阵因结构基元不同 形成多种结构)。
a* a
a* ┴ b, a* ┴ c, b* ┴ a, b* ┴ c, c* ┴ a, c* ┴ b, ∴ a*//(b×c)， a*= K(b×c) b*//(c×a)， b*= K(c×a) c*//(a×b)， c*= K(a×b) 又∵ a*· a = K(b×c)· a=1 而(b×c)· a 为正点阵晶胞体积V ∴ a*· a = KV = 1 ∴ K = 1/V
a
A
o b
y
x
(4) 将倒数按比例化为互质的整数, 并加圆括号: (111)
例2: 求点阵面 MSR的密勒指数
步骤如下:
(1) 建立坐标系 (2)截距 x=1/4, y=2/3, z=1/2 (3)倒数: 1/x = 4, 1/y =3/2, 1/z =2 (4)将倒数乘公因子2, 化为最小整数 (5)加圆括号: (834)
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1 2 mv eV 2
阴极射来的电子欲击出靶材原子内层电子，比如K层电子，必须满 足：
eV EK Wk
在临界条件下即有eVK=―Ek=Wk, VK就是阴极电子击出靶材原子K层电子所需的临界激发电压。阳极 靶物质的原于序数越大，所需临界激发电压也越高。
(3)Kα线比Kβ线波长长而强度高的 原因： K系激发：K层电子被击出的过程叫 K系激发，随之的电子跃迁所引起的 辐射叫K系辐射（辐射出特征x射线） 。 K系辐射:把L层电子被击出的过程 叫L系激发，随之的电子跃迁所引起 的辐射叫L系辐射，依次类推。 Kα、Kβ 谱线：电子跃迁时所跨越 的能级数目不同，同一辐射线系还有 区别。对跨越1，2，3个能级所引起 的辐射分别标以α、β、γ等符号。 电子由L→K、M→K跃迁(分别跨越1-2 个能级)所引起的K系辐射定义为Kα ，Kβ谱线；同理，由M→L、N→L电子 跃迁将辐射出L系的Lα，Lβ谱线． 以此类推还有M线系等，如图7所示。
产生机理
• 能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时， 电子失去自己的能量，其中部分以光子 的形式辐射，碰撞一次产生一个能量为 hv的光子，这样的光子流即为X射线。单 位时间内到达阳极靶面的电子数目是极 大量的，绝大多数电子要经历多次碰撞， 产生能量各不相同的辐射，因此出现连 续X射线谱。
演示过程 回车键演示） （
材料分析方法
材料冶金学院
材料教研室
目 录
•第一部分
•第一章
• •第一节 •第二节 •第三节 •第四节
X射线衍射分析
X射线物理基础
引 言 X射线的本质 X射线的产生 X射线谱 X射线与物质的相互作用
绪论
材料：你们最关心的是什么？ 性能：你认为与哪些因素有关？
结构：有哪些检测分析技术？
• 物质的性质、材料的性能决定于它们的组成 和微观结构。 • 如果你有一双X射线的眼睛，就能把物质的微 观结构看个清清楚楚明明白白！ • X射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的 材料，其性能有时会差异极大. • X射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的 途径。
I
K 1
: I K 2 2 : 1
小结
连续谱
高速运动的 谱图特征: (软X射 粒子能量转 强度随波长 线) 换成电磁波 连续变化 特征谱 高能级电子 回跳到低能 (硬X射 级多余能量 仅在特定波 线) 转换成电磁 长处有特别 波 强的强度峰
是衍射分析的 背底; 是医学采用的Βιβλιοθήκη 衍射分析采用莫塞莱定律
引 言
•X射线的发现：X射线是1895年德国物理学家伦琴发现的。由于当 时对它的本质还不了解，故称之为X射线。后来，为了纪念这一重 大发现人们也把它称为伦琴射线。 伟大的物理学家,X射线发明者------伦琴
• 右图是纪念伦琴发现X 射线100周年发行的纪 念封
•在X射线发现后几个月医生就用它来为病人服务. • X射线照相术的应用：是在对其所应用的辐射无任何明确理解的情 况下创始的。但由于分辨率的关系，仅可用来揭露大小在10-1cm的 数量级的内部细节。 1912年，劳厄的实验指出： （1）X射线是波长极短的电磁波，与晶体中原子间距离同数量级； （2）晶体由原子（或原子团）在三维空间周期性重复排列而成。
第二节 X射线的产生
•X射线被发现以后，进一步的研究表明，凡是高速运动的带电粒子 被突然减速时便能产生X射线。实际用于获得X射线的带电粒子是 电子。因此，为了获得X射线必须具备以下几个基本条件：
•(1) 产生自由电子的电子源：加热钨丝发射热电子；
•(2) 使电子作定向高速运动：阴极和阳极之间的高压；
• 标识X射线谱的频率和波长只取决于阳极 靶物质的原子能级结构，是物质的固有 特性。且存在如下关系： • 莫塞莱定律：标识X射线谱的波长λ与原 子序数Z关系为： 1 C Z
二、特征(标识)X射线谱
特征x射线:由特征x射线构成的x射线谱; 当加于x射线管两端的电压增高到与阳极靶材相应的某一特定值 Uk时, 在连续增加的某些特定的波长位置上(0.063nm和0.071nm)， 会出现一系列强度很高、波长范围很窄的线状光谱，图5为35kV的 谱线.
特征x射线:改变管电流、管电压，这些谱线只改变强度而峰的位置 所对应的波长不变、即波长只与靶的原子序数有关，与电压无关。 这种强度峰的波长反映了物质的原子序数特征. 谱线特点： （1）特征x射线波长为一定值 （2）特征x射线的产生条件中有一个临界激发电压； （3）Kα线比Kβ线的波长长，同一元素的各谱线之间的强度比例 大体上固定不变。
h
P h
hc
h——普朗克常数，等于6.62510-34 J· s
c——x射线的速度，等于2.998108 m/s
由此可见，X射线的波长较可见光短的多，所以能量和动量很 大，具有很强的穿透能力。 2 I A ） ，也是单位时间内通 X射线的强度是衍射波振幅的平方（ 过单位截面的光量子数目。
Wk K态（击走K电子）
Wl
原 子 的 能 量 Wm Wn
L态（击走L电子）
M态（击走M电子） N态（击走N电子） 击走价电子 中性原子 X射线射出 连续X射线产生过程
0 电子冲击阳级靶
短波限
• 连续X射线谱在短波方向有一个波长极限，称 为短波限λ0.它是由光子一次碰撞就耗尽能量所 产生的X射线。它只与管电压有关，不受其它 因素的影响。 hc • 相互关系为： eV h max
特征x射线谱产生的机理：与阳极靶物质的原子结构紧密相关。 (1)特征X射线波长为一定值的原因。 如图6所示，原子系统中的电于遵从泡利不相容原理不连续地 分布在K，L，M，N，…等不同能级的壳层上，各壳层的能量由里到 外逐渐增加εK<εL<εM…。当外来的高速度粒子，可以将壳层中 某个电子击出去，使原子系统能量发生变化，这一转化是由较高能 级上的电子向低能级上的空位跃迁的方式完成的，如L层电子跃迁 到K层，此时能量降低为
一、连续X射钱谱
指当加在X射线管两端的电压未超过一定数值时，所产生的X 射线的波长是在一定范围内连续分布的，它包含着从某一个短波限 开始的全部波长，强度连续的随波长而变化。
特点：x射线波长从一最小值λ 0 向长波方向伸展，强度在λ m 此处有一最大值。这种强度随波长连续变化的谱线称连续X射线谱。 短波限：λ 0称为该管电压下的短波限。
EK M > EK L
由于能量差与波长A成 反比,故 K <
K
原子系统中不仅各能 级的能量不同，各能 级间的能量差也不是 均匀分布的，愈靠近 原于核的相邻能级间 的能量差愈大。所以 有
另外，由图7可见，Kα1线要比Kβ线的强度大5倍左右，这是因为 电子由L→K层跃迁的几率比由M→ K层跃迁的几率大5倍左右。
0
•
4.8031010 静电单位； 式中e——电子电荷，等于
V——电子通过两极时的电压降（静电单位）； h——普朗克常数，等于 6.6251034 j s
X射线的强度
• X射线的强度是指行垂直X射线传播方向 的单位面积上在单位时间内所通过的光 子数目的能量总和。 常用的单位是 J/cm2.s. • X射线的强度I是由光子能量hv和它的数 目n两个因素决定的,即I=nhv.连续X射线 强度最大值在1.5λ0,而不在λ0处。
第一节 X射线的本质
X射线、可见光和紫外线同其它基本粒子一样，同时具有波粒二象 性： 它的波动性主要表现为以一定的频率和波长在空间转播，反映 了物质运动的连续性； 它的微粒性主要表现为以光子形式辐射和吸收时具有一定的质 量、能量和动量，反映了物质运动的分立性。
描述X射线的波动性的参量频率υ ，波长λ 与描述粒子性的参 量能量ε 、动量P之间存在下述关系：
图2 X射线产生示意图
过程演示 （回车键演示）
X射线 冷却水 电子 接变压器 金 属 靶 玻璃 钨灯丝
X射线 铍窗口 X射线管剖面示意图 金属聚灯罩
第三节
X射线谱
•X射线强度与波长的关系曲线，称之X射线谱。
• 由X射线管发射出来的X射线可以分为两 种类型： • (1)连续X射线； • (2)标识X射线。
KL L K
这一能量以一个光量子的形 式辐射出来变成光子能量， 即
KL h
hc
对于原于序数为Z的确 定的物质来说，各原子能级 的能量是固有的，所以， △εKL便为固有值，λ也随 之固定。这就是特征X射线 波长为一定值的原因。
(2)特征x射线的产生条件中还存在一个临界激发电压的原因：
• 连续X射线谱中每条曲线下的面积表示连 续X射线的总强度。也是阳极靶发射出的 X射线的总能量。图1-7 • 实验证明，I与管电流、管电压、阳极靶 的原子序数存在如下关系：I 连 K1iZV m 且X 射线管的效率为:
X射线功率 K1 ZV 2 X射线管效率 K1 ZV 电子流功率 iV
• 阴极：钨丝； • 阳极：靶，使电子突然减速并发射X射线的地方。 • 常用靶材主要有：Cr 、Fe、Co、 Ni、 Cu、 Mo、 Ag、 W等，软X射线装置 中常用Al靶。
•(3) 设置自由电子撞击靶子：在其运动的路径上设置一个障碍物 使电子突然减速。
•(4) 阴极封闭在高真空中，真空度为>10-3Pa，使电子的运动无阻 力。
衍射分析技术的发展
• 与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者名单
年 份 学 科 1901 物理 1914 物理 1915 1917 1924 1937 1954 1962 1962 1964 1985 1986 1994 得奖者 伦琴Wilhelm Conral Rontgen 劳埃Max von Laue 亨利.布拉格Henry Bragg 物理 劳伦斯.布拉格Lawrence Bragg. 物理 巴克拉Charles Glover Barkla 物理 卡尔.西格班Karl Manne Georg Siegbahn 戴维森Clinton Joseph Davisson 物理 汤姆孙George Paget Thomson 化学 鲍林Linus Carl Panling 肯德鲁John Charles Kendrew 化学 帕鲁兹Max Ferdinand Perutz Francis H.C.Crick、JAMES d.Watson、 生理医学 Maurice h.f.Wilkins 化学 Dorothy Crowfoot Hodgkin 霍普特曼Herbert Hauptman 化学 卡尔Jerome Karle 鲁斯卡E.Ruska 物理 宾尼希G.Binnig 罗雷尔H.Rohrer 布罗克豪斯 B.N.Brockhouse 物理 沙尔 C.G.Shull 内 容 X射线的发现 晶体的X射线衍射 晶体结构的X射线分析 元素的特征X射线 X射线光谱学 电子衍射 化学键的本质 蛋白质的结构测定 脱氧核糖核酸DNA测定 青霉素、B12生物晶体测定 直接法解析结构 电子显微镜 扫描隧道显微镜 中子谱学 中子衍射