材料分析方法第3版(周玉)出版社配套PPT课件(精)
合集下载
材料分析方法 第3版 教学课件 ppt 作者 周玉 部分课后习题答案 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：μmα＝49.03cm2／g，μmβ＝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)λ0=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3版(周玉)出版社配套课件第7章机械工业出版社
定出等角的点M、T及Q，此3点
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
8
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
6
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
3
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
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
8
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
6
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
3
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
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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
L、 M、N、顺序递增
16
第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱 在莫塞莱定律 (1-6)式中，
K2
me 4
8 02h3c
1 n22
1 n12
R
1 n22
1 n12
其中R 称为里德伯常数，R = 1.0974107m-1；n1和n2是电子 跃迁前后壳层的主量子数，如 K 层 n =1，L 层n =2，M层 n =3等，…
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
7
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
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 13
《材料分析方法》PPT课件
第十章 成分和价键分析概论
1. 原子中电子的分布和跃迁 2. 各种特征信号的产生机制 3. 各种成分分析手段的比较
1.原子中电子的分布和跃迁
在原子系统中，电子的能量和运动状态可以通过n，l， m，ms四个量子数来表示。
n为主量子数，具有一样n值的处于同一电子壳层，每个 电子的能量主要〔并非完全〕取决于主量子数。
3.1 X光谱
X光谱的X光子可以从很深的样品内部〔500纳米～5微米〕 出射，因此它不仅是外表成分的反映，还包含样品内部的 信息。
XFS适用于原子序数大于等于5 的元素，可以实现定性与定 量的元素分析，但灵敏度不够高，只能分析含量超过万分 之几的成分；而EPMA所用的电子束激发源可以聚焦，因 此具有微区〔1µm〕、灵敏〔10-14g〕、无损、快速、样 品用量小〔10-10g〕等优点。
《材料分析方法》PPT课 件
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
第十章 成分和价键分析概论
大局部成分和价键分析手段都是基于同一 个原理，即核外电子的能级分布反响了原 子的特征信息。利用不同的入射波激发核 外电子，使之发生层间跃迁、在此过程中 产生元素的特征信息。
l为轨道角动量量子数，它决定电子云的几何形状，不同 的l值将同一电子壳层内分成几个亚壳层。
m是轨道磁量子数，它决定电子云在空间伸展的方向。 ms是自旋磁量子数，决定了自旋方向。对于特定的原子，
每个能级上的电子能量是固定的。
1.原子中电子的分布和跃迁
原子内的电子分布遵从泡利不相容原理。 当入射的电磁波或粒子所具有的动能足以将原子内
材料分析方法PPT课件
f
k Ur (IN)2
电磁透镜放大倍数和焦距均易调节。 电磁透镜要注意有磁转角的问题。
22
可编辑
电磁透镜
短线圈磁场中的电子运动 显示了电磁透镜聚焦成像 的基本原理。实际电磁透 镜中为了增强磁感应强度， 通常将线圈置于一个由软 磁材料（纯铁或低碳钢） 制成的具有内环形间隙的 壳子里（如图）。
23
v可分解成
vr
和前vZ者，使其匀速圆周运
动，后者使其匀速直线运动，电子沿螺旋线运动。
如果磁场为非均匀磁场，可使电子作螺旋圆锥运动， 则可实现使电子波聚焦。
21
可编辑
电磁透镜
电磁透镜：产生旋转对称非均匀磁 场的装置。
电磁透镜仍满足：
1＋ 1 ＝1 L1 L2 f
M L2 L2 1 L1 f
n的介质中，v , c n
0
n
sin
v1
1
n2
sin
v2
2
n1
3
可编辑
光学透镜成像：光的折射是可见 光聚焦成像的基础。
薄透镜的性质： 通过透镜中心C的光线不发生
折射。 一束平行于主光轴的光通过透
镜后会聚于透镜另一侧的主光 轴上的某一点称焦点F。 前焦点处的光散射经透镜后变 成一束平行于主光轴的平行光。
1
可编辑
主要内容
1 光的折射和光学透镜成像 2 光的衍射与光学显微镜分辨本领理论极限 3 电子波长 4 电磁透镜 5 电磁透镜的像差及其对分辨率的影响 6 景深和焦长
2
可编辑
6-1 光的折射和光学透镜成像
光的折射：光在均匀介质 中直线传播，当从一介质 传播到另一介质时，因光 的传播速度随介质而变， 故光的传播方向在两介质 的分界面发生突变。光在 不同介质中其频率是恒定 不变的。
材料分析方法ppt课件
R1 R 1 110
[001]
4
相机常数未知、晶体结构已知的衍射花样标定
测定各个斑点的R值（靠近中心的斑点，但不在一条直线
上），用附录校核各低指数晶面间距值之间的比值。
R12:R22:R32:…=N1:N2:N3:…
立方晶体
立方晶体中同一晶面组中各晶面的面间距相等。
h2 k 2 l 3 N a a d 2 2 2 N h k l 1 2 1 2 d , R 2 , R2 N N d 2 R12 : R2 : R32 : N1 : N 2 : N 3 :
考虑结构消光， 体心立方h+k+l=偶数产生衍射，2，4，6，8…； 面心立方全奇全偶才有衍射，3，4，8，11，12…
四方晶体
d 1
h2 k 2 l 2 2 2 a c 1 h2 k 2 l 2 2 2 2 d a c
根据消光条件，四方晶体L=0的晶面有衍射
2 R12 : R2 : R32 : M1 : M 2 : M 3 :
材料分析方法
4、测定个衍射斑点之间的夹角。
cos h1h2 k1k2 l1l2
2 2 2 (h12 k12 l12 )(h2 k2 l2 )
5、确定离开中心斑点最近衍射斑点 的指数。
h2k2l2 2
R2 000
h3k3l3 3
R4 h1k1l1 R1 1
4 h4k4l4
1. 测定低指数斑点的R值，在几个不同的方位摄取衍射花样， 保证测出前八个R值。 2. 根据R值，计算出各个d值。 3. 查ASTM卡片，与各d值相符的物相即为待测的晶体。
4. 卡片可能有几张，根据其它资料和化学成分排出不可能出
材料分析方法 第3版( 周玉) 出版社配套PPT课件 第3章 机械工业出版社
二、几种点阵结构因数计算
2. 体心点阵(同类原子组成)
单胞中有2个原子，坐标分别为(0,0,0)和(1/2,1/2,1/2)， 原
子散射因数均为 f
FHKL2 = [f cos2(0) + f cos2(H+K+L)/2 ]2 + [f sin2(0) + f sin2(H+K+L)/2 ]2
三角形式：Acosx+iAsinx
单胞中所有原子散射波振幅的合成就是单胞的散射波振幅Ab
Ab A1ei1 A2ei2 Anein
fa
Aa Ae
一个原子中所有电子相干散射波的合成振幅 一个电子相干散射波的振幅
n
Ab Ae ( f1ei1 f 2ei2 f nein ) Ae f j ei j j 1 9
由于衍射线的相互干涉，某些方向的强度将会有所加强， 某些方向的强度将会减弱甚至消失，习惯上将这种现象称 为系统消光
7
第二节 单位晶胞对X射线的散射与结构因数
一、结构因数公式的推导
如图3-3，取单胞顶点O为坐标原点，单胞中第 j 个原子 A
的位置矢量为，
rj = xj a + yj b + zj c
数(HKL)N平1 方: N和2 :之N3比: N为4，: N5 2 : 4 : 6 : 8 :10
13
第二节 单位晶胞对X射线的散射与结构因数
二、几种点阵结构因数计算
3. 面心点阵(同类原子组成)
单胞中有4个原子，坐标分别为(0,0,0)、 (0,1/2,1/2)、
(1/2, 0,1/2)、 (1/2,1/2, 0)，原子散射因数均为 f FHKL2 = f 2
材料分析方法概述 ppt课件
光谱分析方法包括各种吸收光谱分析和发射光谱分析法以及散射光谱分析以直流电弧交流电弧或高压火花等为信号激发源其能量使样品蒸发成气态原子并将气态原子外层电子激发至高能态处于激发态的原子向低能级跃迁产生辐射发射光谱产生的辐射经过分光仪器分光按波长顺序记录在感光板上从而获得了按谱线形式表达的样品发射光谱图
材料分析测试方法
材料现代分析、测试技术的发展，使得材 料分析不仅包括材料(整体的)成分、结构分 析，也包括材料表面与界面分析、微区分 析、形貌分析等许多内容．
ppt课件 5
材料的元素成份分析 材料的物相结构分析 材料的表观形貌分析 材料的价态分析 材料的表面与界面分析 材料的热分析 材料的力学性能分析
ppt课件 19
高能电子衍射分析： 入射电子能量为10—200 kev．高能电子衍射方 向和晶体样品中产生衍射晶面之晶面间距及电子 入射波长(A)的关系即电子衍射产生的必要条件也 由布拉格方程描述． 由于原子对电子的散射能力远高于其对x射线的散 射能力 ( 约高 10000倍以上 ) ，电子穿透能力差， 因而透射式高能电子衍射只适用于对薄层样品(薄 膜)的分析。 高能电子衍射的专用设备为电子衍 射仪，但随着透射电子显微镜的发展，电子衍射 分析多在透射电子显微镜上进行．与x射线衍射分 析相比，透射电子显微镜亡具有可实现样品选定 区域电子衍射 ( 选区电子衍射 ) 并可实现微区样品 结构(衍射)分析与形貌观察相对应的特点。
ppt课件
1
第一章 必要性：
材料分析测试方法概述
1、加深理解以前所学课程的内容。 2、为以后进一步的研究打下一个好的 基础。 3、目前材料发展日新月异的需要。
pp程中基本概念的来源。 2、了解一些检测分析手段。 3、能对一些检测结果进行一般性分析。
材料分析测试方法
材料现代分析、测试技术的发展，使得材 料分析不仅包括材料(整体的)成分、结构分 析，也包括材料表面与界面分析、微区分 析、形貌分析等许多内容．
ppt课件 5
材料的元素成份分析 材料的物相结构分析 材料的表观形貌分析 材料的价态分析 材料的表面与界面分析 材料的热分析 材料的力学性能分析
ppt课件 19
高能电子衍射分析： 入射电子能量为10—200 kev．高能电子衍射方 向和晶体样品中产生衍射晶面之晶面间距及电子 入射波长(A)的关系即电子衍射产生的必要条件也 由布拉格方程描述． 由于原子对电子的散射能力远高于其对x射线的散 射能力 ( 约高 10000倍以上 ) ，电子穿透能力差， 因而透射式高能电子衍射只适用于对薄层样品(薄 膜)的分析。 高能电子衍射的专用设备为电子衍 射仪，但随着透射电子显微镜的发展，电子衍射 分析多在透射电子显微镜上进行．与x射线衍射分 析相比，透射电子显微镜亡具有可实现样品选定 区域电子衍射 ( 选区电子衍射 ) 并可实现微区样品 结构(衍射)分析与形貌观察相对应的特点。
ppt课件
1
第一章 必要性：
材料分析测试方法概述
1、加深理解以前所学课程的内容。 2、为以后进一步的研究打下一个好的 基础。 3、目前材料发展日新月异的需要。
pp程中基本概念的来源。 2、了解一些检测分析手段。 3、能对一些检测结果进行一般性分析。
材料分析方法第3版教学配套课件周玉第6章.pdf
3) 根据测试条件取应力常数K
4) 将M和K代入式(6-13)计算残余应力 要确定和改变衍射晶面的方位，需利用某种衍射几何方式实
现。目前残余应力多在衍射仪或应力仪上测量，常用的衍射 几何方式有两种，同倾法和侧倾法
18
第三节 宏观应力测定方法
一、同倾法
同倾法的衍射几何特点是测量方向平面和扫描平面相重
图6-3 第Ⅱ类内应力的产生
8
第一节 物体内应力的产生与分类
五、内应力的检测 残余应力是一种弹性应力，它与构件的疲劳性能、耐应
力腐蚀能力和尺寸稳定性等密切相关，残余应力检测对于工 艺控制、失效分析等具有重要意义，主要方法有 1) 应力松弛法 即用钻孔、开槽或薄层等方法使应力松驰，用
电阻应变片测量变形以计算残余应力，属于破坏性测试 2) 无损法 即用应力敏感性的方法，如超声、磁性、中子衍
射、X射线衍射等。 3) X射线衍射法 属于无损法，具有快速、准确可靠、测量区
域小等优点，且能区分和测定三种不同的类别的内应力
9
第二节 X射线宏观应力测定的基本原理
一、基本原理
用X射线衍射法测定残余应力，首先测定应变，再借助 材料的弹性特征参量确定应力
对于理想的多晶体，在无应力状态下，不同方位的同族晶面
若 2 - sin2 关系失去线性，说明材料偏离平面应力状态，
三种非平面应力状态
的影响见图6-7
图6-7 非线性2 - sin2 关系
a) 存在应力梯度 b) 存在三维应力 c) 存在织构
在样品测试范围存在
应力梯度、存在三维
应力状态或存在织构
等情况下，需采用特
殊的方法测算其残余
应力
16
第二节 X射线宏观应力测定的基本原理
4) 将M和K代入式(6-13)计算残余应力 要确定和改变衍射晶面的方位，需利用某种衍射几何方式实
现。目前残余应力多在衍射仪或应力仪上测量，常用的衍射 几何方式有两种，同倾法和侧倾法
18
第三节 宏观应力测定方法
一、同倾法
同倾法的衍射几何特点是测量方向平面和扫描平面相重
图6-3 第Ⅱ类内应力的产生
8
第一节 物体内应力的产生与分类
五、内应力的检测 残余应力是一种弹性应力，它与构件的疲劳性能、耐应
力腐蚀能力和尺寸稳定性等密切相关，残余应力检测对于工 艺控制、失效分析等具有重要意义，主要方法有 1) 应力松弛法 即用钻孔、开槽或薄层等方法使应力松驰，用
电阻应变片测量变形以计算残余应力，属于破坏性测试 2) 无损法 即用应力敏感性的方法，如超声、磁性、中子衍
射、X射线衍射等。 3) X射线衍射法 属于无损法，具有快速、准确可靠、测量区
域小等优点，且能区分和测定三种不同的类别的内应力
9
第二节 X射线宏观应力测定的基本原理
一、基本原理
用X射线衍射法测定残余应力，首先测定应变，再借助 材料的弹性特征参量确定应力
对于理想的多晶体，在无应力状态下，不同方位的同族晶面
若 2 - sin2 关系失去线性，说明材料偏离平面应力状态，
三种非平面应力状态
的影响见图6-7
图6-7 非线性2 - sin2 关系
a) 存在应力梯度 b) 存在三维应力 c) 存在织构
在样品测试范围存在
应力梯度、存在三维
应力状态或存在织构
等情况下，需采用特
殊的方法测算其残余
应力
16
第二节 X射线宏观应力测定的基本原理