材料工程测试技术基础.docx
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材料工程测试技术基础
什么是背散射电子?
入射电子在样品内遭到散射,改变前进方向,在非弹性散射信况下,还会损失一部分能量。
在这种弹佳和非弹性散射过程中,有些入射电子累计散射角超过90o,这些电子将重新从样品表面逸出,称为背散射电子。
什么是吸收电子?
入射电子中的一部分在样品内经过多次非弹性散射后,能量耗尽,既无力穿透样品,也不能逸出表面,称为吸收电子。
什么是俄歇电子,俄歇电子具有哪些特点?
如果原子内层电子能级跃迁过程中释放出来的能量△E不以X射线的形式释放。
而是用该能量将核外另一电子打出,脱离原子变为二次电子,这种二次电子叫做俄歇电子。
俄歇电子具有以下特点:
a:
适于分析轻元素及超轻元素;
因为这些元素的特征x射线产额很低,俄歇电子产额很高
b:
适于表面薄层分析
真正能够保持其特征能量而逸出表面的俄歇电子只限子表层以下1nm以内的深度范围。
如果样品是薄膜,例如厚度为几十至几百纳米,比入射电子的有效穿透深度小得多,就会有相当数量的入射电子穿透样品被装在样品下方的检测器接收,叫做透射电子。
什么是二次电子?
当入射电子与原子核外电子发生相互作用时,会使原子失掉电子而变成离子,这种现象称为电离,而这个脱离原子的电予称为二次电子。
x射线产生的过程?
X射线是高速运动的粒子与某种物质相互撞击后猝然减速,且与该物质中的内层相互作用而产生。
什么是x线谱?
X线谱分哪几类?
X射线强度与波长的关系曲线称为X射线谱。
分为两类:
a:
连续X射线谱:
再管压很低时,小于20kv的曲线是连续变化的,故称之为连续X射线谱。
大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同,而且还有多次碰撞,因而产生不同能量不同强度的光子序列,即形成连续谱。
极限情况下,能量为ev的电子在碰撞中一下子把能量全部转给光子,那么该光子获得最高能量和具有最短波长,即短波限λ0。
都有一个最短波长,称之短波限λ0,强度的最大值在λ0的1.5倍处。
b:
特征X射线谱:
当管电压超过某临界值时,特征谱才会出现,该临界电压称激发电压。
当管电压增加时,连续浦和特征谱强度都增加,而特征谱对应的波长保持不变。
它与阳极靶原子序数有关。
比较连续谱(软X射线)、特征谱(硬X射线)特征?
软X射线:
高速运动的粒子能量转换成电磁波;强度随波长连续变化;是衍射分析的背底;是医学采用的
硬X射线:
高能级电子回跳到低能级多余能量转换成电磁波;仅在特定波长处有特别强的强度峰;衍射分析采用。
8、什么是散射?
相干散射、不相干散射?
当一束聚焦电子沿一定方向射到样品上时,在样品物质原子的库仑电场作用下,入射电子方向将发生改变,称为散射。
原子对电子的散射还可以进一步分为弹性散射和非弹性散射。
在弹性散射中,电子只改变运动方向,基本上无能量变化。
在非弹性散射中,电子不但改变方向,能量也有下同程度的衰减,衰减部分转变为热、光、x射线、二次电子等.
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。
相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。
X射线经束缚力不大的电子(如轻原子中的电子)或自由电子散射后,可以得到波长比入射X射线长的X射线,且波长随散射方向不同而改变。
这种散射现象称为康普顿散射或康普顿一吴有训散射,也称之为不相干散射,是因散射线分布于各个方向,波长各不相等,不能产生干涉现象。
9、滤波片的选择规则?
?
1:
Z靶<40时,Z滤=Z靶-1
2:
Z靶>40时,Z滤=Z靶-2
10、什么是倒易矢量?
在倒易点阵中,从倒易原点到任一倒易点的矢量称倒易矢量。
a.矢量的长度等于其对应晶面间距的倒数。
b.其方向与晶面相垂直。
11、布拉格定律的内容是什么?
布拉格定律用公式表达为:
2dsinx=n*λ(d为平行原子平面的间距,λ为入射波波长,x为入射光与晶面之夹角) 布拉格定律的成立条件是波长小于等于2d。
布拉格定律是晶格周期性的直接结果。
12、晶面发生颜射的条件是什么?
由布拉格公式2dsinθ=nλ可知,sinθ=nλ/2d,因sinθ<1,故nλ/2d<1。
为使物理意义更清楚,现考虑n=1(即1级反射)的情况,此时λ/2 它说明用波长为的x射线照射晶体时,晶体中只有面间距d>λ/2的晶面才能产生衍射。 13、衍射线束的性质由什么决定? 衍射线束的方向由晶胞的形状大小决定;衍射线束的强度由晶胞中原子的位置和种类决定; 衍射线束的形状大小与晶体的形状大小相关。 14、点阵相关规律是什么? 简单点阵: 什么晶面都能产生衍射。 体心点阵: 指数和为偶数的晶面。 面心点阵: 指数为全奇或全偶的晶面。 15、X射线衍射的方法有哪些? 粉末多晶法,劳厄法,周转晶体法 16、粉末法中影响衍射强度的因子有哪些? (1) 结构因子 (2)角因子(包括极化因子和罗仑兹因子)(3) 多重性因子(4) 吸收因子(5) 温度因子 17、底片安装的方法及应用范围? a.正装法: 底片中心开一圆孔,底片两端中心开半圆孔。 底片安装时光栏穿过两个半圆孔和成的圆孔,承光管穿过中心圆孔 b.反装法: 底片开孔位置同上,但底片安装时光栏穿过中心孔 c.偏装法: 底片上开两个圆孔,间距仍然是πR。 当底片围成圆时,接头位于射线束的垂线上。 底片安装时光栏穿过一个圆孔,承光管穿过另一个圆孔。 18、点阵常数的精确测定有些方法? 误差有哪些? 点阵常数精确测定常用德拜法。 系统误差主要来源于相机半径误差、底片伸缩误差、样品偏心误差、样品吸收误差。 19、点阵常数精确测定中的数据处理方法有哪些? 外推法: 是以θ角为横坐标,以点阵常数a为纵坐标;求出一系列衍射线条的θ角及其所对应的点阵常数a;在所有点阵常数a坐标点之间作一条直线交于θ=90度处的纵坐标轴上,从而获得θ=90°时的点阵常数,这就是精确的点阵常数。 柯亨法: 即最小二乘法 物相定量分析的方法有哪些? 外标法: 将待测样品中J相的某一颜射线条的强度与纯物质相的相同颜射线条进行比较,即可求出待测样品中J相的相对含量。 内标法: 若混合物中含有n个相,各相的um不相等,可往式样中加入标准物质,这种方法称为内标法,也称掺和发。 直接对比法: 测定多想混合物中某相含量时,是将式样中待测相某衍射线的强度与另一相某颜射无的想去相比较,而不必掺入外来标准物。 K值法 21、X射线应力测定中分为哪三种应力? 如何测定? ? ? 残余应力可分为宏观应力、微观应力和点阵静畸变应力三种,分别称为第一类应力、第二类应力和第三类应力。 当残余应力在整个工件范围或相当大的范围内达到平衡时,称宏观残余应力或第一类应力。 这使θ角发生变化,从而使衍射线位移。 测定衍射线位移,可求出宏观残余应力 残余应力在一个或几个晶粒范围内平衡时,称微观应力或第二类应力。 有微观应力存在时,衍射谱线变宽,根据衍射线形的变化,就能测定微观应力。 残余应力在一个晶粒内上百个或几千个原子之间达到平衡时,称点阵静畸变应力或第三类应力。 这导致衍射线强度降低。 根据衍射线的强度下降,可以测定第三类应力。 X射线应力测定的方法有: sin2ψ法、0º-45º法 22、材料分析的内容是什么? 表面和内部组织形貌,晶体的相结构,化学成分和价键(电子)结构,有机物的分子结构和官能团。 23、材料分析方法有哪些? 形貌分析 光学显微镜、电子显微镜、扫描探针显微镜 物相分析: 利用衍射分析的方法探测晶格类型和晶胞常数,确定物质的相结构。 x射线衍射、电子衍射及中子衍射。 成分与价键分析 X光谱和电子能谱,出射信号分别是X射线和电子。 X光谱包括X射线荧光光谱(X)和电子探计X射线显微分析。 电子能谱包括X射线光电子能谱、俄歇电子能谱、电子能量损失谱等分析手段。 分子结构分析 红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱、核磁共振 24、什么是有效放大倍数? 一般地人眼的分辨本领是大约0.2mm,光学显微镜的最大分辨率大约是0.2μm。 把0.2μm放大到0.2mm让人眼能分辨的放大倍数是1000倍。 这个放大倍数称之为有效放大倍数。 光学显微镜的分辨率在0.2μm时,其有效放大倍数是1000倍。 25、如何提高分辨率? 要想提高显微镜的分辨率,关键是降低照明光源的波长。 26、影响电磁透镜分辨率的像差因素有哪些? 球差: 像差影响电磁透镜分辨率的主要因素,它还不能象光学透镜那样通过凸透镜、凹透镜的组合设计来补偿或矫正。 像散: 可以消除的像差,可以通过引入一个强度和方位可调的矫正磁场来进行补偿。 产生这个矫正磁场的装置叫消像散器。 色差: 由于成像电子的能量不同或变化,从而在透镜磁场中运动轨迹不同以致不能聚焦在一点而形成的像差。 27、透射电镜的结构是什么? 通常透射电镜由照明系统、成像系统、真空系统、记录系统和电器系统组成,其中照明系统是电镜的主要组成部分。 照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。 电子枪是透射电子显微镜的电子源。 成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜组成。 观察和记录装置包括荧光屏和照相机构。 28、扫描电子显微镜的结构? 扫描电子显微镜由电子光学系统、偏转系统、信号检测放大系统、图像检测和记录系统、真空系统及电源系统组成。 29、扫描电子显微镜的主要特性是什么? a.放大倍数: b.分辨率: 指能分辨两点之间的最小距离,电子束直径愈小,分辨率愈高。 c.景深: 指透镜对高低不平的试样各部位能同时聚焦成像的一个能力范围。 拉曼散射和瑞利散射? ? ? 散射有两种类型,当入射光子与样品分子进行弹性碰撞而发生散射时,只是改变了入射光子的方向,散射光与入射光的频率相等,没有能量交换。 这种散射被称为瑞利散射。 当入射光子与分子发生非弹性碰担时,光子与分子之间有能量交换。 散射光的频率低于或高于入射光的频率。 在散射谱图上,这种散射线分布在瑞利线的两测,文献上称所托克斯线和反斯托克折线,这种散射被称为拉曼散射。 31、X射线光电子能谱应用范围? ? ? a.元素定性 b.定量分析 c.元素价态、结合态的研究 红外光谱的范围是什么? ? 红外光谱范围又可分成三个部分: a、0.8-2.5μm或12500-4000cm-1部分,称为近红外区; b、25-50μm或4000-200cm-1部分,称为中红外区; c、50-1000μm或200-10cm-1部分,称为远红外区。 33、电子光谱仪(电子探针仪)的分析方法及应用 1.电子探针仪的分析方法 电子探针分析有三种基本分析方法: 定点定性分析、线扫描分析、面扫描分析 另外还可以定量分析 2.电子探针仪的应用 (1)组分不均匀合金试样的微区成分分析 (2)扩散对试样中成分梯度的测定 (3)相图低温等温截面的测定 (4)金属/半导体界面反应产物 34、扫描电镜的具体应用并举实例? ? ? 1.材料表面形态(组织)观察 2.断口形貌观察 3.磨损表面形貌观察 4.纳米结构材料形态观察 5.生物样品的形貌观察 35、电子能溥仪与光谱仪有何不同? ? ? 波谱仪分析的元素范围广、探测极限小、分辨率高,适用于精确的定量分析。 其缺点是要求试样表面平整光滑,分析速度较慢,需要用较大的束流,从而容易引起样品和镜筒的污染。 能谱仪虽然在分析元素范围、探测极限、分辨率等方面不如波谱仪,但其分析速度快,可用较小的束流和微细的电子束,对试样表面要求不如波谱仪那样严格,因此特别适合于与扫描电子显微镜配合使用。
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