现代材料检测 第一章 X射线物理学基础.ppt

材料分析测试技术X射线衍射技术 袁 朝 晖 概 论 材料分析测试技术：是关于材料成分、物相结构、微观形貌和晶体缺陷等的现代分析、检测技术及其有关理论知识的科学。 概 论 材料显微组织结构和成分？---以控制材料性能？ 显微组织结构（相成分及分布、晶体结构、晶体缺陷、晶粒大小和形貌、界面、内应力等）----性能（力学、物理） 采用现代检测分析技术：三个部分 本课程内容及要求 内容：X－射线衍射分析的基本原理、实验方法及应用；透射电镜、扫描电镜等电子显微分析技术的基本原理与方法及应用；高聚物材料等分析测试技术基本原理及应用。 课时分配：16+2；18+4；14+2 2. 目的：掌握基本原理、过程、装备及应用，掌握基本知识、技能、必要的基础理论。 3. 要求： 不同材料，正确选择其分析检测方法； 能分析检测结果； 可以与检测专业人员商讨材料分析研究的实验方案； 具备从事材料分析检测工作的基本能力和新技术的自学能力。 4. 难点：测试方法的基本原理及其相关理论的了解 5. 重点：测试技术的应用－根据不同的材料及其性能要求采取相应的分析测试技术并分析其结果 X射线的应用包括： 物相分析：测得的点阵平面间距及衍射强度 测定点阵参数 取向分析：测定单晶取向和多晶的结构 晶粒大小 宏观应力：测量点阵平面在不同方向上的间距的变化 对晶体结构不完整性的研究：对层错、位错等 合金相变：有序无序转变等 结构分析：对新发现的合金相进行测定，确定点阵类型、点阵参数、对称性、原子位置等晶体学数据 液态金属和非晶态金属研究非晶态金属和液态金属结构 底片显影后的手指骨世界上第一位诺贝尔奖获得者？ 第一章 X射线的性质 1. X－射线的发现与产生 1.1 X－射线的发现： 1895年，德国物理学家伦琴在研究真空管高压放电现象时偶然发现，也叫伦琴射线。因此，1901年成为世界上第一位诺贝尔奖获得者。 与X射线及晶体衍射有关的部分诺贝尔奖获得者 1.2 X－射线的产生： 高速运动着的带电（或不带电）与某种物质相撞击后突然减速或停止运动，粒子的大部分动能（约99％）都转变为热能，小部分能量（约1％）转化为 X 射线能量。 产生自由电子； 使电子作定向高速运动； 在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物； 阴极 发射电子； 阳极 又称为靶。使电子突然减速并发射X射线； 铍窗口 X射线射出的通道。要求足够的强度以维持管内的高真空，对X射线的吸收较小。 1.3 X－射线的本质 属电磁波或电磁辐射，具有波粒二象性（波动性和粒子性）。 －波粒二象性是X射线的客观属性，不同条件下分别突出地表现其两方面地特性 我们需同时接受波动性和粒子性两种模型 1.3 X－射线的本质 波动性表现为： －以波动的形式传播，具有一定的频率和波长 －波动性特征反映在物质运动的连续性和在传播过程中发生的干涉、衍射现象 1.3 X－射线的本质 粒子性突出表现为： －在与物质相互作用和交换能量的时候 －X射线由大量的粒子流(能量E、动量P、质量m)构成，粒子流称为光子 －当X射线与物质相互作用时，光子只能整个被原子或电子吸收或散射（以一个光子的能量为单位） 波长(0.001-10nm) 能量和动量很大，具有穿透性。晶体结构分析(0.25-0.05nm) 电磁波谱 波动性和粒子性参量之间关系：ε＝ h υ＝hc/ λ h为普朗克常数 桥梁作用 2. X－射线谱 X射线管阳极靶发射出的X射线谱分为两类：连续X射线谱和特征X射线谱。 2.1 连续X射线谱定义 定义：波长在一定范围连续分布的X射线，I和λ构成连续X射线谱 当管压很低（小于20KV 时），由某一短波限λ0开始直到波长无穷大λ∞，波长连续分布 随管压增高，X射线强度增高，连续谱峰值所对应的波长（1.5 λ0处)向短波端移动 λ0 正比于1/V, 与靶元素无关 强度I：由单位时间内通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的光量子数的能量总和决定（粒子性观点描述） 单位时间通过垂直于传播方向的单位截面上的能量大小，与A2成正比（波动性观点描述） 2.2 短波限的出现 对X射线管施加不同电压时，在X射线的强度I 随波长λ变化的关系曲线中，在各种管压下的连续谱都存在一个最短的波长值λ0，称为短波限。 2.3 连续X射线谱的形成： 经典电动力学概念解释： 一个高速