材料分析方法 第3版( 周玉) 出版社配套PPT课件 第1章 机械工业出版社.ppt
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材料分析方法
第3版
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
获2002年全国普通高等学校优秀教材一等奖
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
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
10
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 强度随波长连续变化的谱线称连续X射线谱，见图1-3
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
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
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 多晶体织构的测定
线状光谱，称为特征谱或标识谱， 见图1-4；其波长与阳极靶材的原 子序数有确定关系，见式(1-6) ， 故可作为靶材的标志和特征，
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
大部分能量消耗使靶发热
13
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱
为什么连续X射线谱存在短波限SWL？
用量子理论可以解释连续谱和短波限，若管电压为U， 则电子到达阳极靶的动能为eU，当电子在一次碰撞中将全部
能量转化为一个光量子，可获得最大能量hmax ，其波长即 为SWL，
eU = hmax = hc /SWL
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
12
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
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
绪论
本课程的特点：以分析仪器和实验技术为基础
SWL= K /U
(1-5)
式中，K =1.24nmkV。而绝大部分电子到达阳极靶经多次碰
撞消耗其能量，因每次能量消耗不同而产生大于SWL的不同
波长的X射线，构成连续谱 14
第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱
当 X射线管压高于靶材相应的某一特征值UK 时，在某些 特定波长位置上， 将出现一系列强度很高、波长范围很窄的
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
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，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
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
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
பைடு நூலகம்
图1-2所示的X射线管是产生 X射线的装置
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 11
第二节 X射线的产生及X射线谱
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
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
图1-1 电磁波谱
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 0.05~0.25nm
X射线一种横波，由交替变化的 电场和磁场组成
第3版
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
获2002年全国普通高等学校优秀教材一等奖
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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
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
10
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 强度随波长连续变化的谱线称连续X射线谱，见图1-3
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
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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
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 多晶体织构的测定
线状光谱，称为特征谱或标识谱， 见图1-4；其波长与阳极靶材的原 子序数有确定关系，见式(1-6) ， 故可作为靶材的标志和特征，
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
大部分能量消耗使靶发热
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第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱
为什么连续X射线谱存在短波限SWL？
用量子理论可以解释连续谱和短波限，若管电压为U， 则电子到达阳极靶的动能为eU，当电子在一次碰撞中将全部
能量转化为一个光量子，可获得最大能量hmax ，其波长即 为SWL，
eU = hmax = hc /SWL
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
12
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
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
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绪论
本课程的特点：以分析仪器和实验技术为基础
SWL= K /U
(1-5)
式中，K =1.24nmkV。而绝大部分电子到达阳极靶经多次碰
撞消耗其能量，因每次能量消耗不同而产生大于SWL的不同
波长的X射线，构成连续谱 14
第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱
当 X射线管压高于靶材相应的某一特征值UK 时，在某些 特定波长位置上， 将出现一系列强度很高、波长范围很窄的
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
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
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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，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
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
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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
பைடு நூலகம்
图1-2所示的X射线管是产生 X射线的装置
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 11
第二节 X射线的产生及X射线谱
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
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
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第一节 X射线的性质
图1-1 电磁波谱
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 0.05~0.25nm
X射线一种横波，由交替变化的 电场和磁场组成