X射线测试材料PPT.ppt

成型加工专业 刘润清;1、组织结构与性能之间的关系;2、微观组织结构控制 ;二、显微组织结构的内容 ;二、显微组织结构的内容 ;四、X射线衍射与电子显微镜 ;五、课程的内容及要求;1．内容 讲授X射线衍射分析的基本原理、实验方法及应用，透射电镜、扫描电镜、电子探针显微分析的基本原理与方法及应用。 2．要求 掌握基本原理、了解常用的实验方法，在实际工作中能正确地选用本课程中介绍的实验方法，并能与专门从事X射线与电子显微分析工作的人员共同制定试验方案与分析试验结果。;本门课程是以高等数学、大学物理、无机及分析化学、有机化学、物理化学、晶体学等课程为基础的，因此，学好这些前期课程是学好材料现代分析测试方法的前提。 同时，材料现代分析测试方法又为后续专业课程如材料合成与制备方法、陶瓷、功能材料、高分子材料等打下基础。 ;§1 本章主要内容;1、引言;(二) X射线的主要应用领域; 英国物理学家布拉格父子(W.H. Bragg and W.L. Bragg)通过实验提出了著名的布拉格定律，为多晶体粉末、薄膜、金属、陶瓷和高度不完整单晶体的衍射和结构分析奠定了坚实的实验基础。 荣获1915年Nobel物理学奖。 ;3、X射线光谱分析;5、X射线的漫散射以及广角非相干散射和小角相干、非相干散射;6、X光电子谱(XPS)分析;2、X射线的本质; 电磁波，具有波动性和粒子性。波长在10-8cm左右，与晶格常数为同一数量级。 晶体结构分析的X线波长一般为0.25-0.05 nm，无损探伤波长一般为0.1-0.005 nm。 ;（一）波动性; 当解释X-ray与物质相互作用所产生的物理现象（如光电效应、二次电子等）时，须将X-ray看成一种微粒子流（光子流）。 X-ray作为一种粒子流，它的强度为光子流密度与每个光子能量的乘积。;3、X射线的产生;第一章 X 射 线 的 性 质;焦点：阳极靶表面被电子束轰击的一块面积，X射线就是从这块面积上发出的 ;4、X射线谱;(1)产生原理：在X射线管中，从阴极发出的电子在高电压作用下以很高的速度撞向阳极，电子的动能减少，减少的动能中很少一部分转换为X射线放射出。由于撞到阳极上的电子数极多，电子与阳极碰撞的时间和条件各不相同，而且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。;（2）短波极限 极限情况下，电子将其在电场中加速获得的全部动能转移给一个光子，那么该光子获得最高能量和具有最短波长，即短波极限λ0。此时光子的能量： E＝eV＝hν最大＝hc/?0 λ0 = 1.24/V 短波极限λ0只与管电压有关，不受其它因素的影响。;短波限λ0 ;（3）连续X射线的总强度 连续X射线的总强度的经验公式：I连续=kiZVm;（二）特征X射线谱;（2）产生机理 特征X射线产生的根本原因是阳极材料（靶材）原子内层电子的跃迁。;产生K激发的所需能量为WK＝hυK，阴极电子的能量必须满足eV≥WK＝hυK，才能产生K激发。其临界值为eVK＝WK ，VK称之临界激发电压。;处于激发状态的原子有自发回到稳定状态的倾向，此时外层电子将填充内层空位，相应伴随着原子能量的降低。原子从高能态变成低能态时，多出的能量以X射线形式辐射出来。因物质一定，原子结构一定，两特定能级间的能量差一定，故辐射出的特征X射波长一定。;Kα双线的产生与原子能级的精细结构相关。L层的8个电子的能量并不相同，而分别位于三个亚层上。Kα双线系电子分别由LⅢ和LⅡ两个亚层跃迁到K层时产生的辐射，而由LI亚层到K层因不符合选择定则（此时Δl＝0），因此没有辐射。;这些辐射中L、M、N系列的辐射强度很弱，波长长，容易被吸收。K系特征辐射最强，尤其是Kα，是X射线分析中最常用的X射线。 由于Kα1和Kα2波长相差很小。一般将它们视为同一条线Kα。 LIII--K 的跃迁几率比LII—K跃迁高1倍。I Kα1:I Kα2≈2:1 其波长用二者的加权平均。;连续谱 (软X射线) ;(3)莫色莱定律;5、X射线与物质的相互作用;（一）散射;（2）非相干散射（康普顿散射） ; 相干散射;（二）光电效应; 光电子;（三）X射线的吸收及其作用; 吸收系数在一定区间内是连续变化的, 且随波长的增大而增大。;当波长变化到?K时，质量吸收系数产生了一个突变，这是由于入射X射线的光量子能量达到激发该物质元素的K层电子的数值，而被吸收并引起二次特征辐射。;X射线的衰减小结;（四）吸收限的应用 ---X射线滤波片的选择 ;滤波片的选择规律 ： 1、 Z靶＜40时，Z滤＝Z靶-1； 2、 Z靶＞40时，Z滤＝Z靶-2;滤波片 ;（五）吸收限的应用 ---