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、假设X射线管的额定功率为,在管电压为35KV时,容许的最大电流是多少答：35KV=;4CuKβKα1/6,求滤波片的厚度;XCu靶,Ni为滤片材料;查表得：μmα＝／g,μmβ＝290cm2／g,有公式,解得:tt6MoXCuX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=×10-34××108/×10-19××10-10=kv*0=vnm=nm=nmh为普郎克常数,其值等于×10-34e为电子电荷,等于×10-19c故需加的最低管电压应≥kv,所放射的荧光辐射波长是纳米;7、名词解释：相干散射、不相干散射、荧光辐射、吸取限、俄歇效应当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一样,这种由于散射线与入射线的波长和频率全都,位相固定,在一样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χ射线,且波长随散射方向不同而转变,这种散射现象称为非相干散射;χK电子,当外层电子来K空位时,Kχ射线,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;χ,如入射光子的能量必需等于或大于将K电子从无穷远移至K层时所作的功W,称此时的λK系的吸取限;⑸原子钟一个K层电子被光量子击出后,L层中一个电子跃入K层填补空位,此时多余的能量使L层中另一个电子获得能量越出吸取体,这样一个K层空位被两个L层空位代替的过程称为俄歇效应;X射线衍射方向2、下面是某立方晶第物质的几个晶面,试将它们的面间距从大到小按次序重排列：123,100,200,311,121111,210,220,130,030,221,110;a,d=a/则它们的面间距从大小到按次序是：100、110、111、200、210、121、220、221、030、130、311、123;4、α-Fe属立方晶体,点阵参数a=;如用CrKαX射线λ=照耀,试求110、200及211可发生衍射的掠射角;=a/nθλ故掠射角θλ/2,由以上公式得：2d110sinθ1=λ,θ1=°,θ2=°,θ3=°;6111晶带：110,231,231,211,101,133,112,132,011,212;答：110、231、211、112、101、011属于111晶带;由于它们符合晶带定律公式：hu+kv+lw=07、试计算311及132的共同晶带轴;答：由晶带定律：hu+kv+lw=0,得：-3u+v+w=01-u-3v+2w=02,联立两式解得：w=2vv=u,化简后其晶带轴为：112;X射线衍射强度1、用单色X射线照耀圆柱柱多晶体试样,其衍射线在空间将形成什么图案为摄取德拜图相,应当承受什么样的底片去记录X射线照耀圆柱柱多晶体试样时,衍射线将分布在一组以入射线为轴的圆锥而上;;此种底片仅可记录局部衍射圆锥,故通常用以试样为轴的圆筒窄条底片来记录;2答：1原子散射因数f是一个原子中全部电子相干散射波的合成振幅与单个电子相干散射波的振幅的比值;它反映了原子将X射线向某一个方向散射时的散射效率;2原子散射因数与其原子序数有何关系,Z越大,f越大;因此,X射线散射的力量比轻原子要强;3得出的答：洛伦兹因数是表示几何条件对衍射强度的影响;洛伦兹因数综合了衍射积分强度,参与衍射的晶粒分数与单位弧长上的积分强度;4、多重性因数的物理意义是什么某立方第晶体,其{100}的多重性因数是多少如该晶体转变为四方系,这个晶体的多重性因数会发生什么变化为什么答：1表示某晶面的等同晶面的数目;多重性因数越大,该晶面参与衍射的几率越大,相应衍射强度将增加;2其{100}的多重性因子是6；3如该晶体转变为四方晶系多重性因子是4；4这个晶面族的多重性因子会随对称性不同而转变;6、多晶体衍射的积分强度表示什么今有一张用CuKα摄得的钨体心立方的德拜相,试计算出头4根线的相对积分强度不计算Aθ和e-2M,以最强线的强度为100;头4θ答：多晶体衍射的积分强度表示晶体构造与试验条件对衍射强度影响的总和II0λ332πRe2mc22VVC2P|F|2φθAθe2MFp314,可知：Ir=PF21+COS2θsin2θcosθ=；Ir=PF21+COS2θsin2θcosθ=；Ir=PF21+COS2θsin2θcosθ=；=PF21+COS2θsin2θcosθ=Aθ、e2M、P和|F|2I1=100;I2==;I3==;I4==头4根线的相对积分强度分别为100、、;第四章多晶体分析方法2θd较大还是较小既然多晶粉末的晶体取向是混乱的,为何有此必定的规律;答:背射区线条与透射区线条比较,θ较高,相应的d较小;产生衍射线必需符合布拉格方程,2dsinθ=λ,对于背射区属于2θ高角度区,依据d=λ/2sinθ,θ越大,d越小;3、衍射仪测量在入射光束、试样外形、试样吸取以及衍射线记录等方面与德拜法有何不同答：1入射X射线的光束：都为单色的特征X射线,都有光栏调整光束;不同：衍射仪法：承受肯定发散度的入射线,且聚焦半径随2θ制入射线的发散度;2试样外形：衍射仪法为平板状,德拜法为细圆柱状;3试样吸取：衍射仪法吸取时间短,德拜法吸取时间长,约为10~20h;4记录方式：衍射仪法承受计数率仪作图,德拜法承受环带形底片成相,而且它们的I对2θI-2θ4、测角仪在采集衍射图时,假设试样外表转到与入射线成30°角,则计数管与入射线所成角度为多少能产生衍射的晶面,与试样的自由外表呈何种几何关系X射线束成30°角时,计数管与入射线所成角度为60°,能产生衍射的晶面与试样的自由外表平行;1、电子波有何特征与可见光有何异同电子波与其它光一样,具有波粒二象性;2可见光的波长在390—760nm,在常用加速电压下,电子波的波长比可见光小5个数量级;2、分析电磁透镜对电子波的聚焦原理,说明电磁透镜的构造对聚焦力量的影响;利用通电短线圈制造轴对称不均匀分布磁场,是进入磁场的平行电子束做圆锥螺旋近轴运动;电磁透镜的励磁安匝数越大,电子束偏转越大,焦距越短;3、电磁透镜的像差是怎样产生的如何来消退和削减像差答：电磁透镜的像差包括球差、像散和色差;1球差即球面像差,是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射力量不同引起的,增大透镜的激磁电流可减小球差;2像散是由于电磁透镜的轴向磁场不对称旋转引起;可以通过引入一强度和方位都可以调整的矫正磁场来进展补偿3色差是电子波的波长或能量发生肯定幅度的转变而造成的;稳定加速电压和透镜电流可减小色差;4区分率答：1光学显微镜区分本领主要取决于照明源的波长；衍射效应和像差对电磁透镜的区分率都有影响;2使波长减小,可降低衍射效应;考虑与衍射的综合作用,取用最正确的孔径半角;5,是什么因素影响的结果假设电磁透镜没有像差,也没有衍射埃利斑,即区分率极高,此时它们的景深和焦长如何1电磁透镜景深为2n,受透镜区分率和孔径半角的影响;区分率低,景深越大；孔径半角越小,景深越大;焦长为DL=2Δr0αM2/,M为透镜放大倍数;焦长受区分率、孔径半角、放大倍数的影响;当放大倍数肯定时,孔径半角越小焦长越长;2透镜景深大,焦长长,则肯定是孔径半角小,区分率低;3当区分率极高时,景深和焦长都变小;1、透射电镜主要由几大系统构成各系统之间关系如何答：1由三大系统构成,分别为电子光学系统、电源与掌握系统和真空系统;2电子光学系统是透射电镜的核心,为电镜供给射线源,保证成像和完成观看记录任务;供电系统主要用于供给电子枪加速电子用的小电流高压电源和透镜激磁用的大电流低压电源;真空系统是为了保证光学系统时为真空,防止样品在观看时遭到污染,使观看像清楚准确;电子光学系统的工作过程要求在真空条件下进展;2、照明系统的作用是什么它应满足什么要求答：照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调整装置组成;它的作用是供给一束亮度高、照明孔经角小、平行度好、束流稳定的照明源;要求：入射电子束波长单一,色差小,束斑小而均匀,像差小;3、成像系统的主要构成及其特点是什么答：成像系统主要是由物镜、中间镜和投影镜组成;1物镜：物镜是一个强激磁短焦距的透镜,它的放大倍数较高,区分率高;2中间镜：中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍透镜,可在0到20倍范围调整;3投影镜：和物镜一样,是一个短焦距的强激磁透镜;4,并画出光路图;答：假设把中间镜的物平面和物镜的像平面重合,则在荧光屏上得到一幅放大像,这就是电子显微镜中的成像操作,a所示;假设把中间镜的物平面和物镜的后焦面重合,则在荧光屏上得到一幅电子衍射把戏,这就是电子显微镜中的电子衍射操作,如图b所示;5、样品台的构造与功能如何它应满足哪些要求答：构造：有很多网孔,外径3mm的样品铜网;1样品台的作用是承载样品,并使样品能作平移、倾斜、旋转,以选择感兴趣的样品区域或位向进展观看分析;,由于这里的空间很小,所以透射电镜的样品台很小,通常是直径3mm的薄片;2对样品台的要求格外严格;首先必需使样品台结实地夹持在样品座中并保持良好2个相互垂直方向上样品平移最大值为±1mm；样品平移机构要有足够的机械密度,无效行程应尽可能小;总而言之,在照相暴光期间样品图像漂移量应相应状况下的显微镜的区分率;6、透射电镜中有哪些主要光阑,在什么位置其作用如何答：1透镜电镜中有三种光阑：聚光镜光阑、物镜光阑、选区光阑;2聚光镜的作用是限制照明孔径角,在双聚光镜系统中,它常装在其次聚光镜的下,挡住散射角较大的电子,另一个作用是在后焦面上套取衍射来的斑点成像；选区光阑是在物品的像平面位置,便利分析样品上的一个微小区域;7、如何测定透射电镜的区分率与放大倍数;电镜的哪些主要参数掌握着区分率与放大倍数答：1区分率：可用真空蒸镀法测定点区分率；利用外延生长方法制得的定向单晶薄膜做标样,拍摄晶格像,测定晶格区分率;放大倍数：用衍射光栅复型为标样,在一定条件下拍摄标样的放大像,然后从底片上测量光栅条纹像间距,并与实际光栅条纹间距相比即为该条件下的放大倍数;2透射电子显微镜区分率取决于电磁透镜的制造水平,球差系数,透射电子显微镜的加速电压;透射电子显微镜的放大倍数随样品平面高度、加速电压、透镜电流而变化;8、点区分率和晶格区分率有何不同同一电镜的这两种区分率哪个高为什么答：1点区分率像是实际形貌颗粒,晶格区分率测定所使用的晶格条纹是透射电子束和衍射电子束相互干预后的干预条纹,其间距恰好与参与衍射的晶面间距一样,并非晶面上原子的实际形貌相;2点区分率的测定必需在放大倍数时测定,可能存在误差；晶格区分率测定图需要先知道放大倍数,更准确;所以,晶格区分率更高;第十章电子衍射1X射线衍射有何异同答：电子衍射的原理和X射线相像,是以满足或根本满足布拉格方程作为产生衍射的必要条件,;但电子波作为物质波,又有其自身的特点：1X射线短得多,通常低两个数量级；2在进展电子衍射操作时承受薄晶样品,薄样品的倒易点阵会沿着样品厚度方向延长成杆状,因此,增加了倒易点阵和爱瓦尔德球相交截的时机,结果使略微偏离布拉格条件的电子束也可发生衍射;3因电子波的波长短,承受爱瓦尔德球图解时,反射球的半径很大,在衍射角较小的范围内反射球的球面可以近似地看成是一个平面,从而也可以认为电子衍射产生的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面上;4原子对电子的散射力量远高于它对X射线的散射力量约高出四个数量级2关系答：倒易点阵是在正点阵的根底上三个坐标轴各自旋转90度而得到的;关系：零层倒易截面与电子衍射束是重合的,其余的截面是在电子衍射斑根底上的放大或缩小;3、用爱瓦尔德图解法证明布拉格定律;答：作一个长度等于1/λ的矢量K0,使它平行于入射光束,并取该矢量的端点O作为倒点阵的原点;然后用与矢量K0一样的比例尺作倒点阵;以矢量K0的起始点C为圆心,以1/λ为半径作一球,则从HKL面上产生衍射的条件是对应的倒结点HKL图中的P点必需处于此球面上,而衍射线束的方向即是C至P点的联接线方向,即图中K的方向;当上述条件满足时,K-K0就是倒点阵原点O至倒结点PHKLOP,即倒格失RHKL.于是衍射方程K-K0=RHKL得到了满足;即倒易点阵空间的衍射条件方程成立;又由g=RHK,2sinθ1/λ=g,2sinθ1/λ=1/d,2dsinθ=λ,证毕;9、说明多晶、单晶及非单晶衍射把戏的特征及形成原理;答：单晶衍射斑是零层倒易点阵截面上的斑点,是有规律的斑点；多晶衍射斑是由多个晶面在同一晶面族上构成的斑点,构成很多同心圆,每个同心圆代表一个晶带；非晶衍射不产生衍射斑,只有电子束穿过的斑点;1于制备什么样品答：11薄膜样品的组织构造必需和大块样品的一样,在制备过程中,组织构造不发生变化；2相对于电子束必需有足够的“透亮度”；3薄膜样品应有肯定的强度和刚度,在制备、夹持和操作过程中不会引起变形和损坏；4在样品制备的过程中不允许外表氧化和腐蚀;2、工艺为：1从实物或大块试样上切割厚度为厚的薄皮；2样品薄皮的预先减薄,有机械法和化学法两种；3最终减薄;3、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;双喷减薄：1不易于腐蚀的裂纹端试样；2非粉末冶金样式；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;2、什么是衍射衬度它与质厚衬度有什么区分答：由于样品中不同位向的晶体的衍射条件不同而造成的衬度差异叫做衍射衬度;质厚衬度是由于样品不同微区间存在的原子序数或厚度的差异而形成的;4、什么是消光距离影响消光距离的主要物性参数和外界条件是什么答：1由于衍射束与透射之间存在猛烈的相互作用,晶体内透射波与入射波的强度在晶体深度方向上发生周期性的振荡,此振荡的深度周期叫消光距离;2影响因素：晶体特征,成像透镜的参数;9、说明孪晶与层错的衬度特征,并用各自的衬度形成原理加以解释;答：1孪晶的衬度特征是：孪晶的衬度是平直的,有时存在台阶,且晶界两侧的晶粒通常显示不同的衬度,在倾斜的晶界上可以观看到等厚条纹;2;其一般特征是：1平行于薄膜外表的层错衬度特征为,在衍衬像中有层错区域和无层错区域将消灭不同的亮度,层错区域将显示为均匀的亮区或暗区;2倾斜于薄膜外表的层错,其衬度特征为层错区域消灭平行的条纹衬度;3层错的明场像,外侧条纹衬度相对于中心对称,当时,明场像外侧条纹为亮衬度,当时,外侧条纹是暗的；而暗场像外侧条纹相对于中心不对称,外侧条纹一亮一暗;4下外表处层错条纹的衬度明暗场像互补,而上外表处的条纹衬度明暗场不反转;10、要观看钢中基体和析出相的组织形态,同时要分析其晶体构造和共格界面的位向关系,如何制备样品以怎样的电镜操作方式和步骤来进展具体分析,把其次相萃取出来进展观看,分析晶体构造和位向,用选区光阑套住基体和析出相进展衍射,获得包括基体和析出相的衍射把戏进展分析,确定其晶体构造及位向关系;1、电子束入射固体样品作用时会产生哪些信号它们各具有什么特点答：主要有六种：1背散射电子:nm增多.用作形貌分析,显示原子序数称度,定性地用作成分分析2二次电子:;不能进展成分分析.主要用于分析样品外表形貌;3吸取电子:其衬度恰好和SE或BE信号调制图像衬度相反;与背散射电子的衬度互补;吸取电子能产生原子序数衬度,即可用来进展定性的微区成分分析;4.可进展微区成分分析;5X射线:用特征值进展成分分析,来自样品较深的区域;6俄歇电子:各元素的俄歇电子能量值很低；来自样品外表1—2nm范围;它适合做外表分析;2、扫描电镜的区分率受哪些因素影响用不同信号成像时,其区分率有何不同所谓扫描电镜的区分率是指用何种信号成像时的区分率答：在其他条件一样的状况下,电子束的束斑大小、检测信号的类型以及检测部位的原子序数是影响扫描电镜区分率的三大因素;不同信号成像时,其作用体不同,二次电子区分率最高,其最用的体积最小;所以扫描电镜的区分率用二次