材料测试与分析技术复习

1、第一章第一章 X射线物理基础射线物理基础lX射线的性质射线的性质lX射线的产生及射线的产生及X射线谱射线谱lX射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用材料测试与分析技术X射线的本质射线的本质 X射线是一种波长很短的电磁波，具有波粒二象性，射线是一种波长很短的电磁波，具有波粒二象性，折射系数接近为折射系数接近为1，波长与晶格常数为同一数量级。，波长与晶格常数为同一数量级。（ 0.00110nm ，软、硬，软、硬X射线）射线）第一章要点第一章要点材料测试与分析技术X射线产生的基本条件射线产生的基本条件 第一章要点第一章要点材料测试与分析技术 X射线是由高速运动着的带电粒子（电子）与某种物射线是由高

2、速运动着的带电粒子（电子）与某种物质撞击突然被阻止时，伴随电子动能的消失或转化而产质撞击突然被阻止时，伴随电子动能的消失或转化而产生的。生的。 产生自由电子产生自由电子 热阴极热阴极 基本条件：基本条件： 使电子作定向高速运动使电子作定向高速运动 加速电场加速电场 在电子运动路径上设置障碍物在电子运动路径上设置障碍物 阳极阳极(靶靶)X射线谱射线谱X射线谱射线谱：用适当的方法测量：用适当的方法测量X射线管发出的射线管发出的X射线的波长和强度，射线的波长和强度，得到得到X射线强度随波长的变化曲线。射线强度随波长的变化曲线。连续连续X射线谱射线谱临界管电压之下，强度随波长连续变化。产生原理临界管电

3、压之下，强度随波长连续变化。产生原理轫致辐射轫致辐射，是，是X射线衍射花样的背底。射线衍射花样的背底。特征特征X射线谱射线谱临界管电压之上，在连续谱上出现特征谱线，常见临界管电压之上，在连续谱上出现特征谱线，常见K，K两条。靶材一定，随管电压增高，只是强度相应增加，两条。靶材一定，随管电压增高，只是强度相应增加，但特征谱线的位置（波长）不变。产生原理但特征谱线的位置（波长）不变。产生原理特征辐射特征辐射，是，是X射线衍射的光源，形成衍射花样（峰）。射线衍射的光源，形成衍射花样（峰）。第一章要点第一章要点材料测试与分析技术X射线谱射线谱阳极靶材原子序数越大，所需临界激发电压越高。阳极靶材原子序数

4、越大，所需临界激发电压越高。物质的原子序数越大，对物质的原子序数越大，对X射线的吸收能力越强。射线的吸收能力越强。光电效应、俄歇效应、吸收限的概念。光电效应、俄歇效应、吸收限的概念。对于同一元素，对于同一元素， K K K ，此为同一元素的，此为同一元素的X射射线发射谱与其吸收谱的关系。线发射谱与其吸收谱的关系。荧光荧光X射线用于重元素成分分析，俄歇电子用于表面射线用于重元素成分分析，俄歇电子用于表面元素分析元素分析第一章要点第一章要点材料测试与分析技术X射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用第一章要点第一章要点材料测试与分析技术X射线的散射射线的散射相干散射相干散射入射入射X射线光子与原子

5、中束缚紧密的电子碰射线光子与原子中束缚紧密的电子碰撞，只是方向改变，波长（能量）不变。撞，只是方向改变，波长（能量）不变。相干散射是相干散射是X射线衍射的基础。射线衍射的基础。（弹性散射）（弹性散射）非相干散射非相干散射入射入射X射线光子与原子中束缚弱的电子碰射线光子与原子中束缚弱的电子碰撞，产生反冲电子，入射撞，产生反冲电子，入射X射线光子的方向和波长（能射线光子的方向和波长（能量）均改变，形成衍射花样的背底。（非弹性散射）量）均改变，形成衍射花样的背底。（非弹性散射）第一章要点第一章要点材料测试与分析技术吸收限及其应用吸收限及其应用 滤波片的选择滤波片的选择 目的：消除目的：消除 线线 原

6、则：原则：靶材的选择靶材的选择 目的：避免光电效应目的：避免光电效应 原则：原则： 或或K第一章要点第一章要点材料测试与分析技术4040ZZ靶材靶材12ZZZZ滤波片靶材滤波片靶材1ZZ靶材试样ZZ靶材试样第二章第二章 X射线衍射方向射线衍射方向l晶体几何学简介晶体几何学简介l布拉格方程布拉格方程lX射线衍射方法射线衍射方法材料测试与分析技术 X射线在晶体中的衍射实质上是晶体中各原子散射线在晶体中的衍射实质上是晶体中各原子散射波之间的干涉结果。射波之间的干涉结果。几个近似假设：几个近似假设：1、X射线是单一波长的平行光。射线是单一波长的平行光。2、电子皆集中在原子的中心、电子皆集中在原子的中心

7、 。3、原子不作热振动，因此原子间距不变。、原子不作热振动，因此原子间距不变。X射线衍射与可见光反射的区别射线衍射与可见光反射的区别l被晶体衍射的被晶体衍射的X射线是由入射线在晶体中所经过的路程射线是由入射线在晶体中所经过的路程上的所有原子散射波干涉的结果。而可见光的反射是在上的所有原子散射波干涉的结果。而可见光的反射是在极表层产生的，也就是说光反射仅发生在界面上。极表层产生的，也就是说光反射仅发生在界面上。l单色单色X射线的衍射只在满足布拉格定律的若干个特殊角射线的衍射只在满足布拉格定律的若干个特殊角度上产生，而可见光的反射可以在任意角度产生；度上产生，而可见光的反射可以在任意角度产生；l可

8、见光在良好的镜面上反射，其效率可以接近可见光在良好的镜面上反射，其效率可以接近100%，而，而X射线衍射线的强度比起入射线强度却微乎其微。射线衍射线的强度比起入射线强度却微乎其微。第二章要点第二章要点材料测试与分析技术布拉格方程的讨论布拉格方程的讨论lX射线只有在满足布拉格方程的方向才能反射，因此射线只有在满足布拉格方程的方向才能反射，因此是一种选择反射是一种选择反射l晶面和晶面指数（晶面和晶面指数（hkl），干涉面和干涉指数（），干涉面和干涉指数（HKL）l只有晶面间距大于入射只有晶面间距大于入射X射线波长的一半的晶面才能射线波长的一半的晶面才能产生衍射产生衍射l间距较小的晶面对应于较大的衍

9、射角间距较小的晶面对应于较大的衍射角2 l衍射线束的方向与原子在晶胞中的位置和原子种类无衍射线束的方向与原子在晶胞中的位置和原子种类无关关2dsin=nl布拉格方程的应用布拉格方程的应用 1、已知晶体、已知晶体d值值X射线光谱学射线光谱学。应用于。应用于X射射线荧光光谱仪和电子探针中。线荧光光谱仪和电子探针中。2、已知入射、已知入射X射线的波长射线的波长X射线衍射学射线衍射学。测。测定晶体结构或进行物相分析。定晶体结构或进行物相分析。X射线衍射方法射线衍射方法三种主要的衍射方法：三种主要的衍射方法： 劳埃法劳埃法连续连续X射线入射固定的单晶体射线入射固定的单晶体 周转晶体法周转晶体法单色单色X

10、射线入射绕某晶轴转动的单晶体射线入射绕某晶轴转动的单晶体 粉末法粉末法单色单色X射线入射多晶粉末射线入射多晶粉末粉末法是各种多晶体粉末法是各种多晶体X射线分析的总称，其中德拜法最射线分析的总称，其中德拜法最具典型性，最具实用性方法是具典型性，最具实用性方法是X射线衍射仪法射线衍射仪法第二章要点第二章要点材料测试与分析技术第三章第三章 X射线衍射强度射线衍射强度l晶体对晶体对X射线的散射射线的散射l结构因子结构因子l多晶体衍射强度多晶体衍射强度l多晶衍射强度计算多晶衍射强度计算材料测试与分析技术一个电子对一个电子对X射线的相干散射射线的相干散射l电子对电子对X射线相干散射的本质射线相干散射的本质

11、当入射线与原子内受当入射线与原子内受核束缚较紧的电子相遇，光子能量不足以使原子电离，核束缚较紧的电子相遇，光子能量不足以使原子电离，但电子可在但电子可在X射线交变电场作用下发生受迫振动，向四射线交变电场作用下发生受迫振动，向四周幅射频率与波长与原周幅射频率与波长与原X射线相同的散射波。射线相同的散射波。l电子散射强度电子散射强度汤姆逊公式汤姆逊公式l电子散射强度与散射角有关（电子散射强度与散射角有关（偏振因子偏振因子） （2= 0 处，散射强度最强）处，散射强度最强）第三章要点第三章要点材料测试与分析技术22cos12一个原子对一个原子对X射线的散射射线的散射l原子对原子对X射线散射：完全由其

12、中所含的电子产生。射线散射：完全由其中所含的电子产生。l原子的散射振幅：原子的散射振幅：Aa= f Ae （f Z）l原子散射因子原子散射因子f 以以一个电子散射波振幅为单位一个电子散射波振幅为单位度量的一个原子散射波的振幅，反映了一个原子将度量的一个原子散射波的振幅，反映了一个原子将X射线散射到某一方向的效率。射线散射到某一方向的效率。f 无具体计算公式，无具体计算公式，但但和原子序数和原子序数Z，2和和有关。有关。l重原子对重原子对X射线散射的能力比轻原子要强。射线散射的能力比轻原子要强。第三章要点第三章要点材料测试与分析技术一个晶胞对一个晶胞对X射线的散射射线的散射 F表示以表示以一个电

13、子散射波振幅为单位一个电子散射波振幅为单位度量的单胞中所有原子度量的单胞中所有原子的散射波在的散射波在（HKL）反射方向上的合成振幅。反射方向上的合成振幅。 当结构因子当结构因子 时时，（HKL）面即使与入射面即使与入射X射线满足射线满足布拉格方程也无衍射布拉格方程也无衍射称为称为系统消光系统消光。njijHKLjefF102HKLF0sin22HKLFd衍射的衍射的必要必要条件条件衍射的衍射的充分充分条件条件第三章要点第三章要点材料测试与分析技术结构因子的计算结构因子的计算掌握简单、体心、面心、底心点阵结构因子的计算。掌握简单、体心、面心、底心点阵结构因子的计算。方法：确定单胞中方法：确定单

14、胞中原子种类原子种类和和位置坐标位置坐标，分别带入结构因，分别带入结构因子计算公式中，归纳、讨论导出结果。当子计算公式中，归纳、讨论导出结果。当|F|2 = 0，消光；消光；当当|F|2 0，衍射。，衍射。结论结论：简单立方：简单立方： h、k、l 为任意数均不发生消光为任意数均不发生消光 体心立方：体心立方：h+k+l 偶数衍射、奇数消光偶数衍射、奇数消光 面心立方：面心立方：h、k、l 全奇或全偶衍射，奇偶混杂消光全奇或全偶衍射，奇偶混杂消光 底心立方：底心立方：h、k全奇或全偶衍射，奇偶混杂消光全奇或全偶衍射，奇偶混杂消光第三章要点第三章要点材料测试与分析技术多晶的衍射强度多晶的衍射强度

15、结构因子结构因子单胞所有原子散射波在单胞所有原子散射波在(hkl)衍射方向的合成振幅衍射方向的合成振幅角因子角因子偏振因子和洛仑兹因子偏振因子和洛仑兹因子多重性因子多重性因子同一晶面族中等同晶面数同一晶面族中等同晶面数吸收因子吸收因子样品对样品对X射线的吸收射线的吸收温度因子温度因子样品原子的热振动样品原子的热振动第三章要点第三章要点材料测试与分析技术多晶的衍射强度多晶的衍射强度洛仑兹因子洛仑兹因子参与衍射的晶粒大小，晶粒的数目和衍射参与衍射的晶粒大小，晶粒的数目和衍射线位置对衍射强度的影响。线位置对衍射强度的影响。谢乐公式谢乐公式通过通过X射线测定晶粒大小的基础射线测定晶粒大小的基础。吸收因

16、子的大小依样品的形状和样品的吸收不同而异。吸收因子的大小依样品的形状和样品的吸收不同而异。对对 圆柱试样，圆柱试样， 越大吸收越小越大吸收越小；对；对平板试样，其吸收因数与平板试样，其吸收因数与 近似无关；近似无关；对于圆柱试样，当对于圆柱试样，当 变化时，温度因子与吸收因子的变化变化时，温度因子与吸收因子的变化趋势相反；趋势相反；第三章要点第三章要点材料测试与分析技术 温度给温度给X射线的衍射带来的影响：射线的衍射带来的影响：l温度升高引起晶胞膨胀温度升高引起晶胞膨胀，d的改变导致的改变导致2变化变化。l衍射线强度减小衍射线强度减小。因为热振动使晶体的周期性受到一定的。因为热振动使晶体的周期

17、性受到一定的破坏，产生一些附加的位相差，于是在破坏，产生一些附加的位相差，于是在符合布拉格条件下符合布拉格条件下的相长干涉变得不完全的相长干涉变得不完全；因此，衍射强度减弱。特别是高；因此，衍射强度减弱。特别是高角衍射线所受的影响更大些。角衍射线所受的影响更大些。l产生向各个方向散射的非相干散射产生向各个方向散射的非相干散射。这种散射称之为。这种散射称之为热漫热漫散射散射，其强度随，其强度随2角而增大。热漫散射使背底增强。角而增大。热漫散射使背底增强。第四章第四章 多晶体分析方法多晶体分析方法l照相法（德拜法）照相法（德拜法）l衍射仪法衍射仪法材料测试与分析技术X射线衍射仪法射线衍射仪法 X

18、X射线衍射仪射线衍射仪 X X射线发生器射线发生器测角仪测角仪探测记录系统探测记录系统第四章要点第四章要点提供单色提供单色X X射线源射线源检测衍射线方向检测衍射线方向检测衍射线强度检测衍射线强度材料测试与分析技术l狭缝光阑：分为狭缝光阑：分为发散狭缝发散狭缝，防散射狭缝防散射狭缝和和接收狭缝接收狭缝。主。主要用于控制要用于控制X X射线在水平方向的发散。射线在水平方向的发散。l梭拉光阑：由一组水平排列的金属薄片组成，用于控制梭拉光阑：由一组水平排列的金属薄片组成，用于控制X X射线在垂直方向的发散。射线在垂直方向的发散。l滤波片：滤掉滤波片：滤掉K K射线。射线。l弯晶单色器：只让弯晶单色器

19、：只让K K射线通过。射线通过。材料测试与分析技术第四章要点第四章要点测角仪的衍射几何测角仪的衍射几何 l测角仪中存在两个圆：测角仪圆和聚焦圆测角仪中存在两个圆：测角仪圆和聚焦圆l聚焦圆聚焦圆X X射线管的焦点、样品表面被照射位置、接射线管的焦点、样品表面被照射位置、接收狭缝三者位于一个圆上，称为聚焦圆收狭缝三者位于一个圆上，称为聚焦圆。l工作时试样和探测器保持工作时试样和探测器保持 -2-2 联动（联动（角速度保持角速度保持1:21:2的的速度比速度比），），聚焦圆的半径一直随着聚焦圆的半径一直随着22角的变化而变化。角的变化而变化。l在在X X射线照射的大量晶粒中，只有平行于试样表面的晶射

20、线照射的大量晶粒中，只有平行于试样表面的晶面面(HKL)(HKL)才可能发生衍射才可能发生衍射。第四章要点第四章要点材料测试与分析技术l制样方法：制样方法：l正压法正压法：这种制样法制样简单，所需样品少，但容易：这种制样法制样简单，所需样品少，但容易产生样品的择优取向。产生样品的择优取向。 l背压法背压法：这种方法所需的样品数量较多。也会产生一：这种方法所需的样品数量较多。也会产生一定的择优取向。定的择优取向。lNBSNBS法法：这种方法能较好的消除择优取向。但实际中：这种方法能较好的消除择优取向。但实际中不易操作。不易操作。计数测量方法计数测量方法 l连续扫描连续扫描 探测器从接近探测器从接

21、近0 0的低角度向高角度方向连续进行扫的低角度向高角度方向连续进行扫描。用于物相定性分析。描。用于物相定性分析。连续扫描方式是最为常用的连续扫描方式是最为常用的测量方式。测量方式。l阶梯扫描（步进扫描）阶梯扫描（步进扫描） 探测器在某个衍射峰附近以很小的间隔进行扫描，探测器在某个衍射峰附近以很小的间隔进行扫描，用于对已知衍射峰强度的精确测定。所用的时间比连用于对已知衍射峰强度的精确测定。所用的时间比连续扫描方式要长的多，一般不常用。续扫描方式要长的多，一般不常用。第四章要点第四章要点材料测试与分析技术l衍射仪法的特点衍射仪法的特点 1 1、简便快速、简便快速 2 2、分辨能力强、分辨能力强 3

22、 3、直接获得强度数据、直接获得强度数据 4 4、低角度区的、低角度区的22测量范围大测量范围大 5 5、样品用量大、样品用量大 6 6、设备较复杂，成本高、设备较复杂，成本高第五章第五章 点阵常数测定与物相分析点阵常数测定与物相分析u点阵常数测定点阵常数测定u物相定性分析物相定性分析u物相定量分析物相定量分析材料测试与分析技术误差的来源误差的来源l点阵参数的精度主要取决于点阵参数的精度主要取决于sin 的精度；的精度；l点阵参数测定应选择点阵参数测定应选择 角尽可能高的衍射线测量；角尽可能高的衍射线测量；lcos2 图解外推法要求全部衍射线的图解外推法要求全部衍射线的 60 ，且至少有，且至

23、少有一条衍射线的一条衍射线的 在在80 以上以上材料测试与分析技术第五章要点第五章要点l衍射花样的用途：衍射花样的用途： 一、测定晶体的结构一、测定晶体的结构，这个过程是比较复杂的。，这个过程是比较复杂的。 二、测定物相二、测定物相，这个过程比较简单。，这个过程比较简单。l物相分析的思路：物相分析的思路： 将样品的衍射花样与已知标准物质的衍射花样进行比对从中找出与其将样品的衍射花样与已知标准物质的衍射花样进行比对从中找出与其相同者即可。相同者即可。lX X射线物相分析方法射线物相分析方法 定性分析定性分析只确定样品的物相是什么只确定样品的物相是什么 一、单相定性分析一、单相定性分析 二、多相定

24、性分析二、多相定性分析 定量分析定量分析分析试样中每个物相的含量分析试样中每个物相的含量物相分析物相分析单相物质定性分析过程单相物质定性分析过程（1）获得衍射图后，测量衍射峰的）获得衍射图后，测量衍射峰的2，计算出晶面间距，计算出晶面间距d。并测量每。并测量每条衍射线的峰高，以最高的峰的强度作为条衍射线的峰高，以最高的峰的强度作为100，计算出每条衍射峰的，计算出每条衍射峰的相对强度相对强度IIl。（2）根据待测相的衍射数据，得出三强线的晶面间距值）根据待测相的衍射数据，得出三强线的晶面间距值d1、d2、d3（最好适当地估计它们的误差）。（最好适当地估计它们的误差）。（3）根据）根据d1值，在

25、数值索引中检索适当值，在数值索引中检索适当d组。组。（4）在该组内，根据）在该组内，根据d2和和d3找出与找出与d1、d2、d3值符合较好的一些卡片。值符合较好的一些卡片。（5）若无适合的卡片，改变）若无适合的卡片，改变d1、d2、d3顺序，再按（顺序，再按（2）-（4）方法进）方法进行查找。行查找。（6）把待测相的所有衍射线的）把待测相的所有衍射线的d值和值和I/Il与卡片的数据进行对比，最后与卡片的数据进行对比，最后获得与实验数据一一吻合的卡片，卡片上所示物质即为待测相。获得与实验数据一一吻合的卡片，卡片上所示物质即为待测相。多相物质定性分析过程多相物质定性分析过程（1）获得衍射花样，计算

26、衍射线对应的晶面间距）获得衍射花样，计算衍射线对应的晶面间距d值值(或或2)、测定相对、测定相对强度强度I/I1值；值；（2）按强度递减顺序排列）按强度递减顺序排列d值，并选出三强线；值，并选出三强线；（3）查数值索引，找出最强线的晶面间距）查数值索引，找出最强线的晶面间距d1对应的组；对应的组；（4）按照三强线）按照三强线d值找出符合较好的卡号及物相。若无符合物相，另选值找出符合较好的卡号及物相。若无符合物相，另选 三强线，重新查索引；三强线，重新查索引；（5）把待测相的）把待测相的d值和值和I/I1值与卡片对照，得出与实验数据吻合的卡片值与卡片对照，得出与实验数据吻合的卡片 及物相；及物相

27、；（6）对剩余衍射线强度归一化处理，重复）对剩余衍射线强度归一化处理，重复(3)(5)，直到标出所有物相。，直到标出所有物相。第五章要点第五章要点材料测试与分析技术注意事项注意事项l若多相混合物中各种物相的含量相差较大，就可按单若多相混合物中各种物相的含量相差较大，就可按单相鉴定方法进行。相鉴定方法进行。l若多相混合物中各种物相的含量相近，可将样品进行若多相混合物中各种物相的含量相近，可将样品进行一定的处理，将一个样品变成二个或二个以上的样品一定的处理，将一个样品变成二个或二个以上的样品，使每个样品中有一种物相含量大。，使每个样品中有一种物相含量大。l多相分析中若混合物是已知的，则只是通过多相

28、分析中若混合物是已知的，则只是通过X射线衍射线衍射分析方法进行验证。射分析方法进行验证。定量分析方法定量分析方法l任务：在定性分析的基础上，测定多相混合物中各相任务：在定性分析的基础上，测定多相混合物中各相的含量。的含量。l基本原理是物质的衍射强度与参与衍射的该物质的体基本原理是物质的衍射强度与参与衍射的该物质的体积成正比。积成正比。 l如何消除如何消除基体效应基体效应是是X射线衍射定量分析的关键。射线衍射定量分析的关键。l外标法外标法l内标法内标法l直接比较法直接比较法 综合分析综合分析lTiO2有金红石（四方晶系）、锐钛矿（体心立方）等有金红石（四方晶系）、锐钛矿（体心立方）等多种晶型，今

29、用磁控溅射制备出多种晶型，今用磁控溅射制备出TiO2薄膜，对其进行薄膜，对其进行X射线衍射分析，获得射线衍射分析，获得X射线衍射图如下。试判断该射线衍射图如下。试判断该TiO2的为何种晶型，并说明分析方法和思路。的为何种晶型，并说明分析方法和思路。材料测试与分析技术第五章要点第五章要点20304050607080024681012 Intensity2 Theta123567 4 用衍射仪获得衍射谱图，并对衍射峰依次编号，读出各用衍射仪获得衍射谱图，并对衍射峰依次编号，读出各衍射峰的衍射峰的2角和相对强度角和相对强度材料测试与分析技术第五章要点第五章要点（金红石）材料测试与分析技术第五章要点第

30、五章要点（锐钛矿）材料测试与分析技术第五章要点第五章要点方法：方法：l取三强线（编号取三强线（编号1 1、2 2、4 4），根据），根据22分别查对金红石和锐钛矿的分别查对金红石和锐钛矿的PDFPDF卡片，发现卡片，发现22与锐钛矿（卡片号与锐钛矿（卡片号84-128584-1285） 符合较好，相对强度有符合较好，相对强度有较大偏差。较大偏差。l再将其它剩余衍射峰与锐钛矿比较，再将其它剩余衍射峰与锐钛矿比较，22均符合较好，可基本判断该均符合较好，可基本判断该TiOTiO2 2薄膜为锐钛矿结构。薄膜为锐钛矿结构。l强度出现异常分析：本实验测试样品为磁控溅射制备强度出现异常分析：本实验测试样品

31、为磁控溅射制备TiOTiO2 2薄膜样品，薄膜样品，而而PDFPDF卡片中的衍射数据为粉末衍射数据，两者强度数据出现较大偏卡片中的衍射数据为粉末衍射数据，两者强度数据出现较大偏差，其原因是薄膜生长过程中出现了择优取向，造成强度异常。差，其原因是薄膜生长过程中出现了择优取向，造成强度异常。材料测试与分析技术第五章要点第五章要点非晶态物质非晶态物质l非晶态物质最主要的特征是短程有序、长程无序。非晶态物质最主要的特征是短程有序、长程无序。l非晶态物质不存在结构周期性，无点阵、点阵参数等非晶态物质不存在结构周期性，无点阵、点阵参数等概念概念l两个重要的函数：两个重要的函数：l径向分布函数径向分布函数，

32、可确定最近邻的配位数，可确定最近邻的配位数l双体分布函数双体分布函数，可确定各原子壳层到中心原子的距离，可确定各原子壳层到中心原子的距离第五章要点第五章要点材料测试与分析技术晶化过程分析晶化过程分析 比较图比较图5-11和和 图图5-12 可可 见，见， Ni-P合金全为非晶态合金全为非晶态 时，衍射图中只有一个时，衍射图中只有一个 漫散峰；当该非晶合金漫散峰；当该非晶合金 经经500退火后，退火后，X射线射线 衍射图如图衍射图如图5-12所示，所示， 表明合金已发生较高程表明合金已发生较高程 度的晶化，已出现度的晶化，已出现Ni和和 Ni2P等物相的衍射峰，等物相的衍射峰， 但仍存在少量非晶

33、相但仍存在少量非晶相.图图5-12 Ni-P非晶合金经非晶合金经500退火后的退火后的衍射图衍射图图图5-11 Ni-P非晶合金的非晶合金的X射线衍射图射线衍射图第五章要点第五章要点材料测试与分析技术第九章第九章 电子光学基础电子光学基础材料测试与分析技术像像差差几何几何像差像差球差：球差：电磁透镜中心区域和边沿区域对电子的电磁透镜中心区域和边沿区域对电子的 折射能力不同引起折射能力不同引起像散：像散：由于电磁透镜非旋转对称导致不同方向由于电磁透镜非旋转对称导致不同方向 聚焦能力出现差别引起聚焦能力出现差别引起色差：色差：电子波的波长（能量）的非单一性导致聚焦能电子波的波长（能量）的非单一性导

34、致聚焦能 力的差别引起力的差别引起像差像差第九章要点第九章要点材料测试与分析技术（1 1 ) ) 衍射效应对分辨率的影响衍射效应对分辨率的影响 sinn61. 0r0 （2 2）像差对分辨率的影响像差对分辨率的影响球差球差 像散像散色差色差消像散器消像散器稳定加速电压稳定加速电压3ssC41r AAfrEECrcc 分辨率分辨率可以看出，像差决定的分辨率主要是由球差决定的可以看出，像差决定的分辨率主要是由球差决定的对电磁透镜对电磁透镜不可消除不可消除电磁透镜的分辨率主要由电磁透镜的分辨率主要由衍射效应衍射效应和和像差像差来决定来决定。 电磁透镜分辨率的决定因素电磁透镜分辨率的决定因素第九章要点

35、第九章要点材料测试与分析技术第九章要点第九章要点通过增加电子加速电压，减小电子束波长通过增加电子加速电压，减小电子束波长增加透镜线圈电流，以减小球差系数和色差系数，增加透镜线圈电流，以减小球差系数和色差系数，加消像散器，以消除像散。加消像散器，以消除像散。稳定加速电压和透镜电流，以减小色差稳定加速电压和透镜电流，以减小色差提高电磁透镜分辨率提高电磁透镜分辨率材料测试与分析技术SJ1063. 634 景深景深：在保持像清晰的情况下，透镜物平面允许的轴向偏差：在保持像清晰的情况下，透镜物平面允许的轴向偏差电磁透镜的景深和焦长电磁透镜的景深和焦长焦长焦长：在保持像清晰的情况下，透镜像平面允许的轴向偏

36、差：在保持像清晰的情况下，透镜像平面允许的轴向偏差第九章要点第九章要点材料测试与分析技术002tan2rrDf2002tan2MrMrDL结论：孔径半角结论：孔径半角 越小，景深和焦长越大。越小，景深和焦长越大。第十章第十章 透射电子显微镜透射电子显微镜材料测试与分析技术透射电镜的结构和成像原理透射电镜的结构和成像原理TEM电子光学系统（镜筒）电子光学系统（镜筒）真空系统真空系统电源与控制系统电源与控制系统材料测试与分析技术第十章要点第十章要点照明系统照明系统成像系统成像系统观察记录系统观察记录系统照明系统照明系统材料测试与分析技术l照明系统主要由电子枪、聚光镜、平移对中和倾斜调照明系统主要由

37、电子枪、聚光镜、平移对中和倾斜调节装置组成。节装置组成。l电子枪有热发射和场发射两种。电子枪有热发射和场发射两种。l聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而成的交叉点聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而成的交叉点进一步会聚后照射到样品上。进一步会聚后照射到样品上。l照明系统的作用就是提供一束亮度高、照明孔径角小照明系统的作用就是提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。为满足明场和暗场、平行度好、束流稳定的照明源。为满足明场和暗场成像需要，照明束可在成像需要，照明束可在2 2-3-3范围内倾斜。范围内倾斜。 第十章要点第十章要点成像系统成像系统 物镜物镜：强激磁，短焦距透镜（：强激

38、磁，短焦距透镜（f=1f=13mm),3mm),放大倍数放大倍数100100300300倍。倍。 物镜和样品之间距离总是固定不变的物镜和样品之间距离总是固定不变的 作用：形成第一幅放大像，主要决定透射电镜分辨率作用：形成第一幅放大像，主要决定透射电镜分辨率 投影镜投影镜：短焦距、强磁透镜短焦距、强磁透镜. . 激磁电流固定，放大倍数固定。激磁电流固定，放大倍数固定。 中间镜中间镜：弱激磁透镜，长焦距，变倍率，可调节：弱激磁透镜，长焦距，变倍率，可调节0 02020倍。倍。 作用：作用：a.a.控制电镜总放大倍数。控制电镜总放大倍数。 b.b.成像成像/ /衍射模式的选择。衍射模式的选择。 作用

39、作用: : 进一步放大中间镜的像。景深大，焦长深。进一步放大中间镜的像。景深大，焦长深。材料测试与分析技术第十章要点第十章要点中间镜的选择作用中间镜的选择作用1 1）若中间镜的）若中间镜的物平面和物镜像平面重合物平面和物镜像平面重合，则在荧光屏上，则在荧光屏上2 2）若中间镜的）若中间镜的物平面和物镜后焦面重合物平面和物镜后焦面重合，则在荧光屏上，则在荧光屏上透射电镜的显微图象透射电镜的显微图象透射电镜的衍射花样透射电镜的衍射花样得到一幅显微图像得到一幅显微图像成像操作成像操作 得到一幅电子衍射花样得到一幅电子衍射花样衍射操作衍射操作材料测试与分析技术第十章要点第十章要点光阑光阑 2）物镜光阑

40、物镜光阑： 装在物镜背焦面，直径装在物镜背焦面，直径20120m， 作用作用: a. 减小物镜的球差减小物镜的球差 b. 选择成像电子束以获得选择成像电子束以获得明场或暗场像明场或暗场像 c. 提高图像衬度提高图像衬度1) 聚光镜光阑聚光镜光阑:装在第二聚光镜下方，直径装在第二聚光镜下方，直径20400m3）选区光阑选区光阑： 装在物镜像平面上，直径装在物镜像平面上，直径100400m. 作用：限制和选择样品分析区域，实现选区电子衍射。作用：限制和选择样品分析区域，实现选区电子衍射。 作用作用:限制和改变照明孔径半角、改变照明强度限制和改变照明孔径半角、改变照明强度材料测试与分析技术第十章要点

41、第十章要点l薄膜制备的基本要求：薄膜制备的基本要求：l首先薄膜应对电子束首先薄膜应对电子束“透明透明”，制得的薄膜应当保持与，制得的薄膜应当保持与大块样品相同的组织结构。大块样品相同的组织结构。l其次簿膜得到的图像应当便于分析，所以即使在高压其次簿膜得到的图像应当便于分析，所以即使在高压电子显微镜中也不宜采用太厚的样品，减薄过程做到电子显微镜中也不宜采用太厚的样品，减薄过程做到尽可能的均匀薄膜应具有适当的强度和刚性尽可能的均匀薄膜应具有适当的强度和刚性 。l最后，薄膜制备方法必须便于控制，具备足够的可靠最后，薄膜制备方法必须便于控制，具备足够的可靠性和重复性。性和重复性。 l对于金属材料通常采

42、用高效简便的对于金属材料通常采用高效简便的双喷电解抛光法双喷电解抛光法。 l对于不导电材料，可采用对于不导电材料，可采用离子减薄法离子减薄法，但此方法比较，但此方法比较费时费时电子束与固体样品相互作用时产生的信号电子束与固体样品相互作用时产生的信号 第十四章要点第十四章要点材料测试与分析技术背散射电子背散射电子 l背散射电于是指被固体样品中的原子核和内层电子背散射电于是指被固体样品中的原子核和内层电子 反弹回来的一部分入射电子。反弹回来的一部分入射电子。l其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。第十四章要点第十四章要点材料测试与分析技术二次电子二次电

43、子 l二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。二次电子是指被入射电子轰击出来的核外电子。l扫描电子显微镜的分辨率通常就是二次电子分辨率。二次扫描电子显微镜的分辨率通常就是二次电子分辨率。二次电于产额随原于序数的变化不明显，它主要决定于表面形电于产额随原于序数的变化不明显，它主要决定于表面形貌。貌。第十四章要点第十四章要点材料测试与分析技术扫描电子显微镜的结构和工作原理扫描电子显微镜的结构和工作原理 SEMSEM是由是由电子光学系统电子光学系统，信号收集和图像显，信号收集和图像显示纪录系统，真空系示纪录系统，真空系统三部分组成。统三部分组成。第十四章要点第十四章要点材料测试与分析技术电子光学系

44、统由电子枪、电子光学系统由电子枪、电磁透镜、扫描线圈和电磁透镜、扫描线圈和样品室组成样品室组成。l作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动。作用是使电子束偏转，并在样品表面作有规则的扫动。 电子束在样品上的扫描电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作和显像管上的扫描动作严格同步，由同一动作严格同步，由同一扫描发生器控制。扫描发生器控制。 扫描的两种方式扫描的两种方式l光栅扫描光栅扫描 l角光栅扫描角光栅扫描扫描线圈扫描线圈第十四章要点第十四章要点材料测试与分析技术断口分析断口分析沿晶断口沿晶断口l因为靠近二次电子检测器因为靠近二次电子检测器的断裂面亮度大，背面则的断裂面亮度大，背面则暗，故断口呈冰糖块状或暗，故断口呈冰糖块状或石块状。石块状。l一般认为其原因是一般认为其原因是S S、P P等等有害杂质元素在晶界上偏有害杂质元素在晶界上偏聚使晶界强度降低，从而聚使晶界强度降低，从而导致沿晶断裂。导致沿晶断裂。l沿晶断裂属于脆性断裂，沿晶断