材料現(xiàn)代分析與測試技術(shù)復習資料

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1、X射線衍射分析（基礎(chǔ)與應用）一.X射線的特性人的肉眼看不見X射線，但X射線能使氣體電離，使照相底片感光，能穿過不透明的物體，還能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光?！靀射線呈直線傳播，在電場和磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當穿過物體時僅部分被散射。§X射線對動物有機體（其中包括對人體）能產(chǎn)生巨大的生理上的影響，能殺傷生物細胞。二.X射線具有波粒二相性1.X射線的本質(zhì)是電磁輻射，與可見光完全相同，僅是波長短而已，因此其同樣具有波粒二象性。波動性:§硬X射線：波長較短的硬X射線能量較高，穿透性較強，適用于金屬部件的無損探傷及金屬物相分析?！燔沊射線：

2、波長較長的軟X射線能量較低，穿透性弱，可用于非金屬的分析?！烊?X光與可見光的區(qū)別§1)X光不折射，因為所有物質(zhì)對X光的折光指數(shù)都接近1。因此無X光透鏡或X光顯微鏡。§2)X光無反射§3)X光可為重元素所吸收，故可用于醫(yī)學造影。1.3X射線的產(chǎn)生及X射線管X射線的產(chǎn)生：X射線是高速運動的粒子（一般用電子）與某種物質(zhì)相撞擊后猝然減速，且與該物質(zhì)中的內(nèi)層電子相互作用而產(chǎn)生的。產(chǎn)生原理X射線是高速運動的粒子（一般用電子）與某種物質(zhì)（陽極靶）相撞擊后猝然減速，且與該物質(zhì)中的內(nèi)層電子相互作用而產(chǎn)生的。高速運動的電子與物體碰撞時，

3、發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，電子的運動受阻失去動能，其中一小部分（1％左右）能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線，而絕大部分（99％左右）能量轉(zhuǎn)變成熱能使物體溫度升高。產(chǎn)生X射線條件§1.產(chǎn)生自由電子；§2.使電子作定向的高速運動（陰極陽極間加高電壓）;§3.在其運動的路徑上設(shè)置一個障礙物（陽極靶）使電子突然減速或停止?！礻帢O——發(fā)射電子。一般由鎢絲制成，通電加熱后釋放出熱輻射電子?！礻枠O——靶，使電子突然減速并發(fā)出X射線。窗口——X射線出射通道。既能讓X射線出射，又能使管密封。窗口材料用金屬鈹或硼酸鈹鋰構(gòu)成的林德曼玻璃。窗口與靶面常成3-6°的斜角，

4、以減少靶面對出射X射線的阻礙。旋轉(zhuǎn)陽極高速電子轉(zhuǎn)換成X射線的效率只有1%，其余99%都作為熱而散發(fā)了。所以靶材料要導熱性能好，常用黃銅或紫銅制作，還需要循環(huán)水冷卻。因此X射線管的功率有限，大功率需要用旋轉(zhuǎn)陽極。3000r/min因陽極不斷旋轉(zhuǎn)，電子束轟擊部位不斷改變，故提高功率也不會燒熔靶面。目前有100kW的旋轉(zhuǎn)陽極，其功率比普通X射線管大數(shù)十倍。思考：1、為何X光管應抽真空？1-4X射線譜X射線譜指的是X射線的強度（I）隨波長（λ）變化的關(guān)系曲線。X射線強度大小由單位面積上的光量子數(shù)決定?！煊蒟射線管發(fā)射出來的X射

5、線可以分為兩種類型：§(1)連續(xù)（白色）X射線§(2)特征（標識）X射線§連續(xù)輻射，特征輻射(1)連續(xù)X射線由具有從某個最短波長（短波極限λ0）開始的連續(xù)的各種波長的X射線的集合（即：波長范圍為λ0~λ∝）短波限§連續(xù)X射線譜在短波方向有一個波長極限，稱為短波限λ0。它是由電子一次碰撞就耗盡能量所產(chǎn)生的X射線，此光子能量最大波長最短。它只與管電壓有關(guān)，不受其它因素的影響?！旃庾幽芰繛椋骸焓街衑—電子電荷，等于（庫侖）§V—管電壓h—普朗克常數(shù)，等于X射線的強度是指在單位時間內(nèi)通過垂直于X射線傳播方向的單位面積上光子數(shù)目

6、（能量）的總和。常用單位是J/cm2.s.?隨著原子序數(shù)Z的增加，X射線管的效率提高，但即使用原子序數(shù)大的鎢靶，在管壓高達100kv的情況下，X射線管的效率也僅有1﹪左右，99％的能量都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?、當增加X射線管壓時，各波長射線的相對強度一致增高，最大強度波長λm和短波限λ0變小。2、當管壓保持不變，增加管流時，各種波長的X射線相對強度一致增高，但λ0數(shù)值大小不變。3、當改變陽極靶元素時，各種波長的相對強度隨元素的原子序數(shù)的增加而增加?？偨Y(jié)：連續(xù)射線的總強度與管電壓、管電流及陽極材料（一般為鎢靶）的原子序數(shù)有關(guān)標識

7、X射線的特征§當電壓低于臨界電壓時，只產(chǎn)生連續(xù)X射線。當電壓達到臨界電壓時，在連續(xù)X射線的基礎(chǔ)上產(chǎn)生波長一定的譜線，構(gòu)成標識X射線譜。當電壓、電流繼續(xù)增加時，標識譜線的波長不再變，強度隨電壓增加。這種譜線的波長只決定于陽極材料，不同元素的陽極材料發(fā)出不同波長的X射線。如鉬靶K系標識X射線有兩個強度高峰為Ka和Kβ，波長分別為0.71?和0.63?.產(chǎn)生機理§在電子轟擊陽極的過程中，當某個具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層電子擊出時，于是在低能級上出現(xiàn)空位，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。此時較外層較高能級上的電子向低能級上的空

8、位躍遷，并以光子的形式輻射出標識X射線譜：hnn2?n1=En2－En1，射線波長§λ＝h/ΔE必然是個僅僅取決于原子外層電子結(jié)構(gòu)特點的常數(shù)，或者說是個僅僅取決于原子序數(shù)的常數(shù).莫塞萊定律§同系（例如Ka1、La1等）特征X射線譜的頻率和波長只取決于陽極靶物質(zhì)的原子能級結(jié)構(gòu)，是物質(zhì)的固有特性。且存在如下關(guān)系：莫塞萊定律：同系特征X