[工学]材料分析方法第一章ppt课件.ppt

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1、材料分析方法材料冶金学院材料教研室目录第一部分X射线衍射分析第一章X射线物理基础引言第一节X射线的本质第二节X射线的产生第三节X射线谱第四节X射线与物质的相互作用材料：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？绪论物质的性质、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。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X射线的发现：X射线是1895年德国物理学家

2、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。引言伟大的物理学家,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。Fridrich和Kniping用X射线照硫酸铜单晶，观察到

3、衍射花样，证实了劳厄的思想。劳厄的发现，证明了X射线是波的一种，有其波动性，同时又证明了晶体结构的周期性，而衍射则和射线照相术不同，它能间接地揭露大小达到10-8cm数量级的内部结构细节。金属的许多性能与这样的精细结构密切相关。X射线的发现和应用使人们对晶体的认识从光镜的微米级深入到纳米数量级。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

4、子性的参量能量ε、动量P之间存在下述关系：h——普朗克常数，等于6.62510-34J·sc——x射线的速度，等于2.998108m/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。X射线的强度是衍射波振幅的平方（），也是单位时间内通过单位截面的光量子数目。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；阴极：钨丝；阳极

5、：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。图2X射线产生示意图接变压器玻璃钨灯丝金属聚灯罩铍窗口金属靶冷却水电子X射线X射线X射线管剖面示意图（回车键演示）过程演示第三节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。X射线强度与波长的关系曲线，称之X射线谱。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

6、，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λ0向长波方向伸展，强度在λm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：λ0称为该管电压下的短波限。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。K态（击走K电子）L态（击走L电子）M态（击走M电子）N态（

7、击走N电子）击走价电子中性原子WkWlWmWn0原子的能量连续X射线产生过程电子冲击阳级靶X射线射出演示过程（回车键演示）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。相互关系为：式中e——电子电荷，等于静电单位；V——电子通过两极时的电压降（静电单位）；h——普朗克常数，等于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