12911材综总结背诵部分材分

一、X射线物理学基础（XRD）1、X高速运动着的电子突然受阻时，随着电子能量的和转化，就会产生X射线。X（1）产生并发射电子（加热邬灯丝发射热电子）（2）在真空中迫使电子超一定方向运动，以获得尽可能高的速度（3）在高速电子流的运动路线上设置一物（阳极靶，石高速运动的电子突然受阻而停下来2、XP43、XXX4、X（1）电磁波是一种横波，速度为光速（2）具有波粒二象性。X射线间相互作用，表现波动性；X射线与电子、原子相互作用，表现粒子性（3）过程中载有一定能量方向的 截面的能量来表示1J/一、X射线物理学基础（XRD）1、X高速运动着的电子突然受阻时，随着电子能量的和转化，就会产生X射线。X（1）产生并发射电子（加热邬灯丝发射热电子）（2）在真空中迫使电子超一定方向运动，以获得尽可能高的速度（3）在高速电子流的运动路线上设置一物（阳极靶，石高速运动的电子突然受阻而停下来2、XP43、XXX4、X（1）电磁波是一种横波，速度为光速（2）具有波粒二象性。X射线间相互作用，表现波动性；X射线与电子、原子相互作用，表现粒子性（3）过程中载有一定能量方向的 截面的能量来表示1J/m2s5、强度（1）波动性描述：强度与波的振幅平方成正比（2）粒子形式表达：强度为光子流密度和每个光子的能量的乘积（3）能量不等于强度6、X（1）X（波长短）（2）X检测（波长长）7、X（1）连续谱（X）①强度随波场连续变化的部分，有一强度最大值，有短波限。短，短波限相应变短，同时波谱变宽。③产生机理长，形成了连续X射线谱。④短波限公式（注意）1.240U只与管压有关，强度极大值在1.5倍短波限。P6⑥为了提高X射线管发射的效率，就要选用重金属靶并施以高压。（2）特征谱（X）①激发电压：刚好激发特征谱的临界管压②特征谱波长只取决于阳极靶材的原子序数③特征谱产生机理a.X极上时，如果电子的能量足够大，就可以将阳极物质原子中的内层电子击出成为（二次电子这一过程称之为激发。b.按能量最低原理，电子具有自发的向低能级运动的趋势，所以当③产生机理长，形成了连续X射线谱。④短波限公式（注意）1.240U只与管压有关，强度极大值在1.5倍短波限。P6⑥为了提高X射线管发射的效率，就要选用重金属靶并施以高压。（2）特征谱（X）①激发电压：刚好激发特征谱的临界管压②特征谱波长只取决于阳极靶材的原子序数③特征谱产生机理a.X极上时，如果电子的能量足够大，就可以将阳极物质原子中的内层电子击出成为（二次电子这一过程称之为激发。b.按能量最低原理，电子具有自发的向低能级运动的趋势，所以当K层中有一空位出现时（K激发态，L、M、……层中的电子就会跃入此空位，同时将多余的能量以X射线光子的形式出来，这一过程称之为跃迁。c.原子中各层能级上的电子的能量，取决与原子和对他的力，因此对于原子序数Z一定的原子，其各能级上的电子的能量具有分立的确定值、又由于内层电子数目和他们所占据的能级数不多，因此内层电子跃迁所辐射出的X射线的波长便是若干个特定的值，能反映出该原子的原子序数特征，而与原子所处的物理、化学状态基本无关。④K，LMKK1K2双线产生KL3—KL2—KK1K2两根谱线组成。K线平均波长为2K1KL3—KL2—KK1K2两根谱线组成。K线平均波长为2K1K2K K 2:1K1 23壳层上的电子数多少有关。XXX3UK5UK最佳（X）8、X（1）射线能量损失在与物质作用的过程中P10（2）X沿一定方向运动的X射线光子流与物质的电子相互碰撞后，向周围弹射开来，便X①相干散射（经典散射）与原子内受核较紧的电子（原子内层电子，方向改变，能量基本无损，波长不变②非相干散射与受核较弱电子碰撞（3）X①光电效应与荧光辐射a.X光子击出电子产生光电效应。b.荧光辐射：被打掉内层电子的受激原子，将发生外层电子向内层跃迁的过程，同时辐射出波长严格一定的特征X射线。称为荧光辐射也称二次特征辐射。ⅰ吸收限与临街激发电压1.24UKK原子序数越大（结合能越大，同名吸收限波长越短分析的基础p12（X）能量是特定的，仅与产生俄歇效应物质的元素种类有关（4）X①X-1.24UKK原子序数越大（结合能越大，同名吸收限波长越短分析的基础p12（X）能量是特定的，仅与产生俄歇效应物质的元素种类有关（4）X①X-xI0em.I比值为穿透系数或透射因数a.X子序数Z越高，X射线被吸收越多。②阳极靶的选择a.所选靶的K应比试样的K稍长一些，或者短很多（使m尽可能小并且不发生荧光辐射）b.Z靶Z样1或Z靶》Z样③滤波片的选择a.利用吸收限两边吸收系数相差悬殊特点。Z靶40时，Z滤Z靶1；Z靶40时，Z滤Z靶2b.二、X射线衍射方向形成加强必要条件：这些薄具有相同的相位，或光程差为零或为波长的整数倍1、劳埃方程X（1）一维衍射c-c2、布拉格方程散射线一致加强条件导出n二、X射线衍射方向形成加强必要条件：这些薄具有相同的相位，或光程差为零或为波长的整数倍1、劳埃方程X（1）一维衍射c-c2、布拉格方程散射线一致加强条件导出n选择反射布拉格方程只是获得衍射的必要条件而非充分条件（3）反射级数和 面dhkln则d令HKL（4）衍射极限条件2d能够被晶体衍射的X射线的波长必须小于或等于参加反射的衍射面中最大面间距的二倍。入射X射线波长一定时，晶体中产生的衍射线条是有限的（5）衍射花样与晶体结构的关系衍射线分布规律完全是由晶胞形状和大小确定（6） 应用：结构分析（X各晶面的面间距；X（X）（7）劳埃方程与布拉格方程一致性P293、衍射矢量方程与厄瓦尔德图解（1）P30S—S0K—Kr* 0物理意义：当衍射波矢量和入射波矢量相差一个倒格矢时，衍射才能产生（2）厄瓦尔德图解可能产生反射的晶面，其倒易点比落在反射球上4、各种衍射方法谢乐公式可测定晶块大小方法应用原理劳埃法单晶取向测定及晶体对称性转晶法确定晶体旋转轴方向上定晶体结构直线为旋转轴粉末法测定晶体结构，物相定晶体的点阵参数及材料的测定利用多晶试样中的各微晶不同取向来改变（德拜-谢乐法最为典型）方法射线类型试样劳埃法X单晶体变化不变化转晶法物理意义：当衍射波矢量和入射波矢量相差一个倒格矢时，衍射才能产生（2）厄瓦尔德图解可能产生反射的晶面，其倒易点比落在反射球上4、各种衍射方法谢乐公式可测定晶块大小方法应用原理劳埃法单晶取向测定及晶体对称性转晶法确定晶体旋转轴方向上定晶体结构直线为旋转轴粉末法测定晶体结构，物相定晶体的点阵参数及材料的测定利用多晶试样中的各微晶不同取向来改变（德拜-谢乐法最为典型）方法射线类型试样劳埃法X单晶体变化不变化转晶法X单晶体不变化部分变化粉末法X粉末、多晶体不变化变化三、X射线衍射强度1、多晶衍射花样的形成（1）机理多晶试样中，各微晶体的取向是无规的，某种晶面在空间的方位按等几率分布（2）由于各微晶体具有单均匀的取向，故对应的倒易结点均匀分布在半径为1/d的球面上，称为倒易球，其球心在倒异点阵原点O上按厄瓦尔德作图法，凡与反射球相交的倒易点所对应的晶面均可能参与反射。2X电子获得一定的X的散射波强度公式：P381cos22极化因子）X2的强度在空间的分布是有方向性的3三、X射线衍射强度1、多晶衍射花样的形成（1）机理多晶试样中，各微晶体的取向是无规的，某种晶面在空间的方位按等几率分布（2）由于各微晶体具有单均匀的取向，故对应的倒易结点均匀分布在半径为1/d的球面上，称为倒易球，其球心在倒异点阵原点O上按厄瓦尔德作图法，凡与反射球相交的倒易点所对应的晶面均可能参与反射。2X电子获得一定的X的散射波强度公式：P381cos22极化因子）X2的强度在空间的分布是有方向性的3X（1）Z相位差（2）fZ个电子相干散射波的合成振幅/fsin)f一个电子相干散射波的振幅fsin0，f=Z，f<Z（3）反常散射:入射线波长接近原子的某一吸收限时，f4X（衍射充分条件）（1）些确定的方向上。（2）原子在的条件下仍然不能产生衍射。（3）原子位置的任何变动都可改变衍射线强度，但不一定改变为零一个晶胞所有原子的相干散射波的振幅FHKL一个电子相干散射波的振幅5X（1）亚晶块尺度并非足够大，入射线并非严格单色，也不严格平行（2）布拉格角附近到的将是取向合适的晶粒内，各个亚晶块的（HKL）晶面产生衍射的总能量，及他们的积分强度（3）亚晶块积分强度ICImax，有限尺寸的晶块在不严格平行单色的入射光束照射下，反射镜面通过布拉格位置时，将在的条件下仍然不能产生衍射。（3）原子位置的任何变动都可改变衍射线强度，但不一定改变为零一个晶胞所有原子的相干散射波的振幅FHKL一个电子相干散射波的振幅5X（1）亚晶块尺度并非足够大，入射线并非严格单色，也不严格平行（2）布拉格角附近到的将是取向合适的晶粒内，各个亚晶块的（HKL）晶面产生衍射的总能量，及他们的积分强度（3）亚晶块积分强度ICImax，有限尺寸的晶块在不严格平行单色的入射光束照射下，反射镜面通过布拉格位置时，将在范围内连续有衍射强度，衍射峰的值与大小成正比（4）晶粒的积分强度将与晶粒体积成正比6、影响多晶（粉末）积分强度的其他参加衍射的晶粒数目对积分强度的影响粉末多晶体的衍射积分强度与参加衍射的晶粒数目成正比，与cos成正比多重性因子（反应（hkl）镜面处于有利取向几率的因数）等同晶面个数P为影响衍射强度的多重性因子（3）弧长的衍射强度1cos22角因子（洛伦兹—偏振因子）45°达到最小值sin2cos（4）吸收对衍射强度的影响吸收因数A（）与试样形状、大小、组成及衍射角有关①圆柱试样随增大而增大，901②平板试样入射线衍射线位于平板试样同侧，且与板面成相等夹角，为对称布拉格配置。121与吸收系数有关，与衍射角无关A（）=（5）温度因数e-2M①热振动产生附加相位差，减弱衍射强度②温度越高，M入射线衍射线位于平板试样同侧，且与板面成相等夹角，为对称布拉格配置。121与吸收系数有关，与衍射角无关A（）=（5）温度因数e-2M①热振动产生附加相位差，减弱衍射强度②温度越高，M温度一定，越大，温度因数越小造成衍射花样背底增高，随角度增加愈发严重③④7、多晶（粉末）衍射积分强度特点：不依赖于任何材料和任何辐射的常数项不依赖于与实验条件有关的项不依赖于与试样本身有关的项吸收因数和温度因数可同时略去，因为变化相反四、多晶衍射方法1、德拜照相法（1）X（2）德拜相的射照P54光阑与承光管外径尽可能小（避免有些衍射线观察不到）底片围绕试样紧贴于相机的圆筒壁（真实反映衍射线对距离）②试样的圆柱形粉末黏合体细丝状，直径小于0.5mm,长约10mm。250-300③底片的安装a.正装法2L57.3（度，mm）4R用于一般物相分析工作b.反装法-2L(弧度)2 4R几乎全部高角线条，用于点阵参数测定四、多晶衍射方法1、德拜照相法（1）X（2）德拜相的射照P54光阑与承光管外径尽可能小（避免有些衍射线观察不到）底片围绕试样紧贴于相机的圆筒壁（真实反映衍射线对距离）②试样的圆柱形粉末黏合体细丝状，直径小于0.5mm,长约10mm。250-300③底片的安装a.正装法2L57.3（度，mm）4R用于一般物相分析工作b.反装法-2L(弧度)2 4R几乎全部高角线条，用于点阵参数测定c.不对称装法360-4180（背衍射区）2LW可校正由于底片收缩及相机半径定④摄照规程的选择大直径相机和拍摄结构复杂的化合物必须大幅度增加时间（3）德拜相记得分辨本领应的衍射线条分离的程度。/两种波长相近的X射线照射到同一晶面时，底片上两根衍射线条分离的程度。②背反射线条较前反射线条分辨率高③提高分辨率大直径相机和长波辐射；减小被照射晶面间距XK双线，在高角度时亦有可能分开（4）德拜相的误差及其修正①试样吸收误差②底片收缩误差（不对称装法纠正）2、立方系多晶衍射花样的测量、计算和标定（1）德拜相的测量和计算特别高的线条，K双线②游标卡尺测量③P59（2）①掠射角正弦的平方之比等于等于晶面指数平方和之比sin③提高分辨率大直径相机和长波辐射；减小被照射晶面间距XK双线，在高角度时亦有可能分开（4）德拜相的误差及其修正①试样吸收误差②底片收缩误差（不对称装法纠正）2、立方系多晶衍射花样的测量、计算和标定（1）德拜相的测量和计算特别高的线条，K双线②游标卡尺测量③P59（2）①掠射角正弦的平方之比等于等于晶面指数平方和之比sin2（H2K2L2）4a2②衍射晶面指数平方和之比简单立方点阵：1:2:3:4:5:6:8:9:10…体心立方点阵：2:4:6:8…面心立方：3:4:8:11:12:16:19…③区分简单立方和体心立方点阵a.衍射线多于7根，间隔比较均匀的是体心立方，出现线条空缺的为简单立方b.衍射线数小于7根，头两根衍射线的强度作为判别。简单立方花样头两根线的指数为（100）和（10，多重性因数分别为6和12（110（200重性因数分别为12和6，故应第一条线较强。据此可判别物质点阵类型④根据比值写出相应指数。体心立方点阵H+K+L=偶数；面心立方点阵HKL为同性数⑤怎样区分两套衍射花样K线强度较低，且角较小⑥怎样区分双线K1线ad体心立方点阵H+K+L=偶数；面心立方点阵HKL为同性数⑤怎样区分两套衍射花样K线强度较低，且角较小⑥怎样区分双线K1线ad高指数所得比较准确3、X方便、快速、精准（1）组成：X单元或自动控制单元等测角仪为仪器中心部分（2）试样—计数管的连动（待总结）试验台与支架保持固定的转动关系，试样台转过角时，支架恒转过2度历所贡献的衍射线对能聚焦进入计数管。（3）试样粉末压在试样框，粉末粒度约为微米级，过粗粉末难以成形，衍射强度不稳定；过细微晶使衍射线宽化、不明锐（4）衍射几何关系满足连动下，满足布拉格方程反射条件，满足衍射线的聚焦条件（5）狭缝光阑梭拉狭缝：限制入射线输在垂直方向的发散度大约2°发散狭缝：限制入射线束的水平发散度防散狭缝、接收狭缝：限制衍射线数在水平方向的发散度（6）探测器①正比计数器（PC）②闪烁计数器（SC）增管放大。③固体半导体计数器（SSD）适于动态。Si（Li）计数器优点：能量分辨率高，分析速度快，无计数损失电子探针、扫描电镜等仪器的X探测器④位敏正比计数器（PSPC）（7）计数电路①计数器功能：将X射线的能量转换成电脉冲信号②脉冲高度分析器：剔除对衍射分析不的干扰脉冲，达到提背比的作用③定标器：对脉冲累进技术④计数率仪：从脉冲高度分析器传来的脉冲信号转换为与时间脉冲数成正比的直流电压输出（8）X①衍射强度的测量连续扫描；步进扫描②实验参数的选择a.狭缝宽度：增加使衍射线强度增高，却导致分辨率下降b.扫描速度：提高扫描速度可节约测试时间，但导致强度和分辨率下降，使衍射峰的位置像扫描方向偏移并引起衍射峰的不对称宽化c.时间常数：增大时间常数可使衍射峰轮廓及背底变得平滑，但同时将降低强度和分辨率，并使衍射峰向扫描方向偏移，造成峰的不对称宽化。增管放大。③固体半导体计数器（SSD）适于动态。Si（Li）计数器优点：能量分辨率高，分析速度快，无计数损失电子探针、扫描电镜等仪器的X探测器④位敏正比计数器（PSPC）（7）计数电路①计数器功能：将X射线的能量转换成电脉冲信号②脉冲高度分析器：剔除对衍射分析不的干扰脉冲，达到提背比的作用③定标器：对脉冲累进技术④计数率仪：从脉冲高度分析器传来的脉冲信号转换为与时间脉冲数成正比的直流电压输出（8）X①衍射强度的测量连续扫描；步进扫描②实验参数的选择a.狭缝宽度：增加使衍射线强度增高，却导致分辨率下降b.扫描速度：提高扫描速度可节约测试时间，但导致强度和分辨率下降，使衍射峰的位置像扫描方向偏移并引起衍射峰的不对称宽化c.时间常数：增大时间常数可使衍射峰轮廓及背底变得平滑，但同时将降低强度和分辨率，并使衍射峰向扫描方向偏移，造成峰的不对称宽化。五、X射线物相分析1、目标：从实验衍射线条的位置和强度推断出晶胞的形状和大小，以及晶胞中原子的分布2、物相分析是指确定材料有哪些相组成（物相定性分析）和确定各组成相的含量（物相定量分析。3、物相：纯元素、化合物、固溶体4、物相定性分析（1）常用元素分析方法总结X（XRF（与前一差别；X（2）化学分析、光谱分析、X射线荧光光谱分析、电子探针分析等均可测定样品的元素组成（元素分析X（3）基本原理X五、X射线物相分析1、目标：从实验衍射线条的位置和强度推断出晶胞的形状和大小，以及晶胞中原子的分布2、物相分析是指确定材料有哪些相组成（物相定性分析）和确定各组成相的含量（物相定量分析。3、物相：纯元素、化合物、固溶体4、物相定性分析（1）常用元素分析方法总结X（XRF（与前一差别；X（2）化学分析、光谱分析、X射线荧光光谱分析、电子探针分析等均可测定样品的元素组成（元素分析X（3）基本原理X①每种结晶物质都有其特定的结构参数XX④将几种物质混合后摄照，则所得结果将是各单独物相衍射线条的简单叠加（4）粉末衍射卡片（PDF）P68（5）索引①字母索引根据物质英文名称第一个字母顺序排列。衍射图样中三根最强线的D值②数字索引（哈那瓦特索引）完全没有待测样的物相或元素信息时，可以使用数字索引（6）物相定性分析过程P70a．获得衍射花样b．从衍射花样上测量计算出各衍射线对应的面间距及相对强度②可能碰到的（7）计算机自动检索①建立数据库③检索匹配5、物相定量分析（1）物相定量分析原理（强度并不正比于含量，需加以修正）（2）内容：分析多相混合物中某一相的含量（3）定量分析方法①单线条法（外标法）定标曲线②内标法最一般、最基本但手续较繁琐，仅限于粉末样品。适用于物相种类比较固定且经常性（大批量）的样品分析③KK参比强度法：解决实际工作中难以获得纯物质的问题，不必测定K值，测定精度稍差④直接对比法内标法、Kb．从衍射花样上测量计算出各衍射线对应的面间距及相对强度②可能碰到的（7）计算机自动检索①建立数据库③检索匹配5、物相定量分析（1）物相定量分析原理（强度并不正比于含量，需加以修正）（2）内容：分析多相混合物中某一相的含量（3）定量分析方法①单线条法（外标法）定标曲线②内标法最一般、最基本但手续较繁琐，仅限于粉末样品。适用于物相种类比较固定且经常性（大批量）的样品分析③KK参比强度法：解决实际工作中难以获得纯物质的问题，不必测定K值，测定精度稍差④直接对比法内标法、K值法、参比强度法均需向待分析样品内加入标准物质，只适用于粉末样品。直接对比法不向样品中加入任何物质，适于整体样品。六、参数确定1、点阵常数（1）基本原理（温度和压力等）的变化而变化。②点阵常数是通过X射线衍射线的位置（）的测量而获得asin的精度，角的测定精度取决于仪器和方法④在高角时所得的sin六、参数确定1、点阵常数（1）基本原理（温度和压力等）的变化而变化。②点阵常数是通过X射线衍射线的位置（）的测量而获得asin的精度，角的测定精度取决于仪器和方法④在高角时所得的sin90°的线条进量（P77图）（2）测量误差来源偶然误差；系统误差①德拜法中的系统误差相机半径误差；底片伸缩误差精确测定点阵常数常采用背射衍射线（尽量选用高角）试样偏心误差；试样台旋转轴与相机圆筒轴不重合c.试样吸收误差点阵常数测定中误差的最大来源ddKcos2测量面间距相对误差与cos2成正比。因此可从各衍射线测得的点阵常数a对cos2作图，用直线外推法消除系统误差，获得精确点阵常数②衍射仪中的系统误差a.衍射仪的测角仪圆半径比德拜相机的半径大很多。的垂直发散误差、实验条件选择不当造成误差3、精确测定点阵常数的方法（1）定峰方法衍射峰位置的准确测定对于精确测定点阵常数和宏观应力测量具有极大的重要性①峰顶法衍射线非常明锐，②切③半高法（P80）④三点抛物原理：将一根抛物线拟合到衍射峰顶部，以抛物线的对称轴作为峰位。三点均需位于顶点强度85%以上区域内（2）图解外推法（3）最小二乘方法（4）标准样校2、宏观应力（1）内应力的及在衍射图谱上的反映使材料内部依然存在的并自身保持平衡的应力②力，此类应力的会使物体的宏观体积或形状发生变化。宏观应力使衍射线条位移。b.第二类内应力（微观应力：在数个晶粒范围内存在并平衡的内应力，一般使衍射线条变宽，有时也会引起线条位移。c.第三类内应力衍射峰位置的准确测定对于精确测定点阵常数和宏观应力测量具有极大的重要性①峰顶法衍射线非常明锐，②切③半高法（P80）④三点抛物原理：将一根抛物线拟合到衍射峰顶部，以抛物线的对称轴作为峰位。三点均需位于顶点强度85%以上区域内（2）图解外推法（3）最小二乘方法（4）标准样校2、宏观应力（1）内应力的及在衍射图谱上的反映使材料内部依然存在的并自身保持平衡的应力②力，此类应力的会使物体的宏观体积或形状发生变化。宏观应力使衍射线条位移。b.第二类内应力（微观应力：在数个晶粒范围内存在并平衡的内应力，一般使衍射线条变宽，有时也会引起线条位移。c.第三类内应力（微观应力种晶体缺陷（空位、间隙原子、位错，存在使衍射强度降低。（2）测定原理角的变化)①单轴应力的测定②平面应力的测定a.X两轴应力（平面应力）X射线测定b.X射 的目的：测定沿试样表面某一方向上的宏观应力c．0°—45°法0°测得dn，45°测得d（3）测试方法及条件①衍射仪法（连动）②应力仪法面内扫描，试样是固定的。a.固定0②平面应力的测定a.X两轴应力（平面应力）X射线测定b.X射 的目的：测定沿试样表面某一方向上的宏观应力c．0°—45°法0°测得dn，45°测得d（3）测试方法及条件①衍射仪法（连动）②应力仪法面内扫描，试样是固定的。a.固定0法适合大中型工件的检测固定法b.更为严格③测试参数应力测定时实验条件的选择特点a.选用尽可能高的衍射角b.实验参数范围可以放宽c.吸收因子和角因子的校正衍射线半高宽在6°以上且应力较大时，考虑吸收因子修正衍射线半高宽在3.