材料測(cè)試與分析技術(shù)

材料測(cè)試與分析技術(shù)材料工程學(xué)院材料教研室朱鼎E-mail：zd-教學(xué)郵箱：第1頁(yè)，共82頁(yè)。緒論

一.材料測(cè)試分析的地位與作用不同材料具有各自不同的使用性能材料的宏觀性能是由其微觀組織、結(jié)構(gòu)、成分所決定以不銹鋼為例：結(jié)構(gòu)：Fcc

組織：?jiǎn)蜗鄪W氏體成分：1Cr18Ni8優(yōu)良的耐蝕性《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第2頁(yè)，共82頁(yè)。材料測(cè)試分析的地位與作用Compositions成分Structure結(jié)構(gòu)Processes制備PropertiesPerformance性能《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第3頁(yè)，共82頁(yè)。二.材料測(cè)試分析方法顯微組織分析——OM、TEM、SEM、STEM化學(xué)成分分析——化學(xué)分析、光譜、EPMA晶體結(jié)構(gòu)分析——X射線衍射、電子衍射

《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第4頁(yè)，共82頁(yè)。三.本課程內(nèi)容X射線衍射分析電子顯微分析《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第5頁(yè)，共82頁(yè)。1.X射線衍射分析利用X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象對(duì)材料的結(jié)構(gòu)（物相）進(jìn)行定性、定量分析，并對(duì)與材料結(jié)構(gòu)相關(guān)的晶體學(xué)參數(shù)（晶格參數(shù)、晶體取向、晶體缺陷等）進(jìn)行分析測(cè)定的方法。分析儀器

X射線衍射儀《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第6頁(yè)，共82頁(yè)。X射線衍射儀物相定性物相定量結(jié)晶度、晶粒尺寸測(cè)定織構(gòu)測(cè)定點(diǎn)陣參數(shù)測(cè)定殘余應(yīng)力《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第7頁(yè)，共82頁(yè)。2.電子顯微分析以高能電子束作為照明源，利用電子束與樣品物質(zhì)交互作用產(chǎn)生的物理信息，分析材料組織、結(jié)構(gòu)和成分的方法。電子顯微分析儀器

透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子探針、俄歇電子能譜儀等?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第8頁(yè)，共82頁(yè)。透射電子顯微鏡分辨率：0.1~0.2nm放大倍數(shù)：0.4~150萬倍主要功能：材料微觀組織形貌觀察、晶體缺陷分析、晶體特征參量測(cè)定、物相分析等《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第9頁(yè)，共82頁(yè)。掃描電子顯微鏡分辨率：1nm放大倍數(shù)：10~20萬倍主要功能：材料表面形貌觀察、斷口分析等《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第10頁(yè)，共82頁(yè)。電子探針分辨率：1nm元素范圍：Z=4~92主要功能：材料微區(qū)化學(xué)成分分析《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第11頁(yè)，共82頁(yè)。俄歇電子能譜分辨率：1nm元素范圍：Z≥3主要功能：材料淺表面微區(qū)化學(xué)成分分析《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第12頁(yè)，共82頁(yè)。四.課程特點(diǎn)與要求理論性與實(shí)踐性強(qiáng)涉及物理學(xué)、晶體學(xué)、電子光學(xué)、量子力學(xué)等理論，概念抽象。需要實(shí)驗(yàn)密切支撐要求掌握各種分析方法的基本原理、特點(diǎn)與應(yīng)用能夠針對(duì)測(cè)試分析要求選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法，涉及測(cè)試方案，并能對(duì)基本的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析解釋?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第13頁(yè)，共82頁(yè)。五.教學(xué)安排總學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)其中課堂教學(xué)44學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)成績(jī)考核：作業(yè)（10%）、考勤（10%）、實(shí)驗(yàn)（10%）、期末考試（70%）《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第14頁(yè)，共82頁(yè)。第一章X射線物理基礎(chǔ)X射線的性質(zhì)X射線的產(chǎn)生及X射線譜X射線與物質(zhì)的相互作用《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第15頁(yè)，共82頁(yè)。1.1引言X射線的發(fā)現(xiàn)是19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)（X射線1895年、放射線1896年、電子1897年）之一，這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的產(chǎn)生。

《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第16頁(yè)，共82頁(yè)。發(fā)現(xiàn)X射線1895年11月8日，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線管的高壓放電現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)了能使熒光屏發(fā)光的一種新的射線。1895年12月22日，倫琴和他夫人拍下了第一張X射線照片。

《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第17頁(yè)，共82頁(yè)。X射線的性質(zhì)X射線的主要特征：肉眼不可見具有與可見光類似的性質(zhì)（沿直線傳播、使膠片感光、使熒光物質(zhì)發(fā)光）具有自身的特點(diǎn)（很高的穿透能力、可被物質(zhì)吸收和減弱、可使空氣電離、對(duì)生物細(xì)胞有殺傷作用等）《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第18頁(yè)，共82頁(yè)。貢獻(xiàn)幾個(gè)月后被用于醫(yī)學(xué)診斷，后來又用于金屬材料和機(jī)械零件的探傷。1901年獲第一次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。1912年勞厄發(fā)現(xiàn)了X射線通過晶體時(shí)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，證明了X射線的波動(dòng)性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性。1912年11月，布拉格提出著名的布拉格方程，成功解釋勞厄的實(shí)驗(yàn)?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第19頁(yè)，共82頁(yè)。圖為2001年3月27日，在澳大利亞悉尼大學(xué)，一名工作人員在審視手中的X射線照片。

《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第20頁(yè)，共82頁(yè)。1.2X射線的本質(zhì)一、X射線的本質(zhì)

X射線與可見光、紫外線、宇宙射線一樣也是電磁波的一種，具有波粒二象性，波長(zhǎng)在10－8cm左右，與晶格常數(shù)為同一數(shù)量級(jí)。

《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第21頁(yè)，共82頁(yè)。二、電磁波譜X射線的波長(zhǎng)在10－6cm~10－10cm之間，在電磁波譜中與紫外線和γ射線相搭接?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第22頁(yè)，共82頁(yè)。二、電磁波譜軟X射線：波長(zhǎng)較長(zhǎng)，用于醫(yī)學(xué)透視硬X射線：波長(zhǎng)較短，用于材料分析《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第23頁(yè)，共82頁(yè)。三、X射線的波粒二象性波動(dòng)性：X射線以一定的波長(zhǎng)和頻率在空間傳播，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。粒子性：X射線以光子形式輻射和吸收時(shí)具有一定的質(zhì)量、能量和動(dòng)量，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的分立性。

——λ越小，p和ε越大，X射線穿透能力越強(qiáng)?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第24頁(yè)，共82頁(yè)。波粒二象性的表現(xiàn)：波粒二象性是X射線的客觀屬性，在一定條件下，可能只有某一方面的屬性表現(xiàn)得比較明顯，而當(dāng)條件改變時(shí)，另一方面的屬性表現(xiàn)得比較明顯。例如，當(dāng)X射線在空間傳播過程中發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，就突出地表現(xiàn)出它的波動(dòng)性；而在與物質(zhì)相互作用交換能量時(shí)，就突出地表現(xiàn)出它的粒子性。《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第25頁(yè)，共82頁(yè)。1.3X射線的產(chǎn)生及X射線管一、X射線產(chǎn)生的基本條件

X射線是由高速運(yùn)動(dòng)著的帶電粒子（電子）與某種物質(zhì)撞擊突然被阻止時(shí)，伴隨電子動(dòng)能的消失或轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的。產(chǎn)生自由電子熱陰極基本條件：使電子作定向高速運(yùn)動(dòng)加速電場(chǎng)在電子運(yùn)動(dòng)路徑上設(shè)置障礙物陽(yáng)極(靶)《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第26頁(yè)，共82頁(yè)。二、X射線管1、X射線管即X射線的發(fā)生裝置，是有陰陽(yáng)極的真空封閉管。

《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第27頁(yè)，共82頁(yè)。2、X射線管的結(jié)構(gòu)：

《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第28頁(yè)，共82頁(yè)。陰極（燈絲）：鎢絲制成，通電加熱后熱輻射電子陽(yáng)極（靶）：金屬制成，使電子突然減速發(fā)射X射線窗口：金屬鈹制成，是X射線射出的通道，要求既要由足夠的強(qiáng)度維持高真空，又要對(duì)X射線吸收小。通常由四個(gè)或兩個(gè)窗口?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第29頁(yè)，共82頁(yè)。3、X射線管工作原理

燈絲變壓器高壓變壓器燈絲靶窗口X射線《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第30頁(yè)，共82頁(yè)。4、X射線管的焦點(diǎn)kc

焦點(diǎn)是陽(yáng)極靶表面被電子束轟擊的一塊面積，X射線就從這塊面積上發(fā)出。焦點(diǎn)的形狀和尺寸是X射線管的重要特性之一。焦點(diǎn)的形狀取決于燈絲形狀，螺線形燈絲產(chǎn)生長(zhǎng)方形焦點(diǎn)。為提高X射線衍射的分辨本領(lǐng)，要求焦點(diǎn)小、強(qiáng)度高?？s小焦點(diǎn)途徑——在與靶面成一定角度位置接受X射線?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第31頁(yè)，共82頁(yè)。1.4X射線譜X射線譜：用適當(dāng)?shù)姆椒y(cè)量X射線管發(fā)出的X射線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，在強(qiáng)度—波長(zhǎng)坐標(biāo)上得到X射線強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化曲線即X射線譜。連續(xù)X射線譜特征（標(biāo)識(shí)）X射線譜兩類《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第32頁(yè)，共82頁(yè)。一、連續(xù)X射線譜1.定義在一定的管電壓（如20KV）以下，X射線強(qiáng)度隨波長(zhǎng)連續(xù)變化，稱這種譜線為連續(xù)X射線譜，即連續(xù)譜?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第33頁(yè)，共82頁(yè)。2.連續(xù)譜的特點(diǎn)jc在短波方向上有短波限λ0每條譜線都有一個(gè)強(qiáng)度最大值，最大值出現(xiàn)在1.5λ0處隨管電壓增大，強(qiáng)度相應(yīng)增高，譜線的短波限和強(qiáng)度最大值均相短波方向移動(dòng)?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第34頁(yè)，共82頁(yè)。3.分析解釋X射線光子的產(chǎn)生量子力學(xué)概念，當(dāng)能量為eU的電子與靶原子碰撞時(shí)，電子失去能量，其中一部分以光子形式輻射出去。每碰撞一次，產(chǎn)生一個(gè)能量為hν的光子，即“韌致輻射”。連續(xù)譜的形成大量的電子在到達(dá)靶面的時(shí)間、條件均不同，而且還有多次碰撞，因而產(chǎn)生不同能量不同強(qiáng)度的光子序列，即形成連續(xù)譜?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第35頁(yè)，共82頁(yè)。

關(guān)于短波限

極限情況下，能量為eU的電子在碰撞中一次把能量全部轉(zhuǎn)給光子，那么該光子獲得最高能量并具有最短波長(zhǎng)，即短波限λ0

——短波限只與管電壓有關(guān)，并隨管電壓增大減小《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第36頁(yè)，共82頁(yè)。

關(guān)于強(qiáng)度最大值X射線的強(qiáng)度定義為單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位截面的能量大小，即通過單位面積的光量子流率，取決于光子能量hν和光子數(shù)目n。

——強(qiáng)度最大值不出現(xiàn)在光子能量最大值λ0處，而是大約1.5λ0處《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第37頁(yè)，共82頁(yè)。X射線的總強(qiáng)度

連續(xù)X射線譜線下的面積表示連續(xù)X射線的總強(qiáng)度Ig，即陽(yáng)極靶發(fā)射出的X射線的總能量：

經(jīng)驗(yàn)公式：

i—管電流，U—管電壓，Z—陽(yáng)極靶原子序數(shù)，α，mi——常數(shù)（α

≈(1.1~1.4)×10-9，mi≈2

）《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第38頁(yè)，共82頁(yè)。X射線管的效率

對(duì)于W靶，Z=74，當(dāng)U=100kV時(shí)，η≈1%

——其余能量在靶上轉(zhuǎn)化為熱能。《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第39頁(yè)，共82頁(yè)。二、特征X射線譜1.定義：在連續(xù)X射線譜的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。當(dāng)管電壓繼續(xù)升高，大于某個(gè)臨界值時(shí)，在連續(xù)譜線的某個(gè)波長(zhǎng)處出現(xiàn)強(qiáng)度峰，成為特征X射線。將這一臨界電壓稱為激發(fā)電壓。《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第40頁(yè)，共82頁(yè)。2.特點(diǎn)在連續(xù)譜上出現(xiàn)特征譜線，常見Kα，Kβ兩條。靶材一定，隨管電壓增高，只是強(qiáng)度相應(yīng)增加，但特征譜線的位置（波長(zhǎng)）不變——由此稱為標(biāo)識(shí)譜。《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第41頁(yè)，共82頁(yè)。3.分析解釋——特征X射線的產(chǎn)生特征X射線的產(chǎn)生機(jī)理與靶物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。

原子殼層按其能量大小分為數(shù)層，通常用K、L、M、N等字母代表它們的名稱。但當(dāng)管電壓達(dá)到或超過某一臨界值時(shí)，則陰極發(fā)出的電子在電場(chǎng)加速下，可以將靶物質(zhì)原子深層的電子擊到能量較高的外部殼層或擊出原子外，使原子電離。如果K層電子被擊出K層，稱K系激發(fā)，L層電子被擊出L層，稱L系激發(fā)，其余各層依此類推?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第42頁(yè)，共82頁(yè)。3.分析解釋——特征X射線的產(chǎn)生處于激發(fā)狀態(tài)的原子有自發(fā)回到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，此時(shí)外層電子將填充內(nèi)層空位，相應(yīng)伴隨著原子能量的降低。原子從高能態(tài)變成低能態(tài)時(shí)，多出的能量以X射線形式輻射出來。因物質(zhì)一定，原子結(jié)構(gòu)一定，兩特定能級(jí)間的能量差一定，故輻射出的特征X射波長(zhǎng)一定。當(dāng)K電子被打出K層時(shí)，如L層電子來填充K空位時(shí)，則產(chǎn)生Kα輻射。此X射線的能量為電子躍遷前后兩能級(jí)的能量差，即《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第43頁(yè)，共82頁(yè)。3.分析解釋——特征X射線的產(chǎn)生《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第44頁(yè)，共82頁(yè)。3.分析解釋——特征X射線的命名同樣當(dāng)K空位被M層電子填充時(shí)，則產(chǎn)生Kβ輻射。M能級(jí)與K能級(jí)之差大于L能級(jí)與K能級(jí)之差，即一個(gè)Kβ光子的能量大于一個(gè)Kα光子的能量；但因L→K層躍遷的幾率比M→K遷附幾率大，故Kα輻射強(qiáng)度比Kβ輻射強(qiáng)度大五倍左右。顯然，當(dāng)L層電子填充K層后，原子由K激發(fā)狀態(tài)變成L激發(fā)狀態(tài)，此時(shí)更外層如M、N……層的電子將填充L層空位，產(chǎn)生L系輻射。因此，當(dāng)原子受到K激發(fā)時(shí)，除產(chǎn)生K系輻射外，還將伴生L、M……等系的輻射。除K系輻射因波長(zhǎng)短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波長(zhǎng)長(zhǎng)而被吸收。《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第45頁(yè)，共82頁(yè)。3.分析解釋——臨界激發(fā)電壓產(chǎn)生特征輻射前提是將內(nèi)層電子轟擊出來，即要求陰極射來的電子的動(dòng)能必須大于等于該內(nèi)層電子與原子核的結(jié)合能。eU≥WK，才能產(chǎn)生K激發(fā)。其臨界值為eUK＝WK

，UK稱之臨界激發(fā)電壓。WK為K層電子的逸出功?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第46頁(yè)，共82頁(yè)。特征X射線的波長(zhǎng)只取決于靶材物質(zhì)波長(zhǎng)與靶材原子序數(shù)關(guān)系——莫塞萊定律根據(jù)莫塞萊定律，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得到的未知元素的特征X射線譜線波長(zhǎng)，與已知的元素波長(zhǎng)相比較，可以確定它是何元素。它是X射線熒光光譜分析和電子探針微區(qū)成分分析的基本依據(jù)?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第47頁(yè)，共82頁(yè)。1.5X射線與物質(zhì)的相互作用

X射線與物質(zhì)相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生各種不同的復(fù)雜過程，但從能量轉(zhuǎn)換來看，一束X射線通過物質(zhì)時(shí)，它的能量可分為三部分：其中一部分被散射，一部分被吸收，一部分透過物質(zhì)繼續(xù)沿原來方向傳播?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第48頁(yè)，共82頁(yè)。一、X射線的散射X射線散射——沿一定方向運(yùn)動(dòng)的X射線光子流與物質(zhì)的電子相互碰撞后，向周圍發(fā)散開來的過程。相干散射（彈性散射）非相干散射（非彈性散射）兩類《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第49頁(yè)，共82頁(yè)。1.相干散射當(dāng)X射線通過物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)原子的內(nèi)層電子在電磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生受迫振動(dòng)，其振動(dòng)頻率與入射X射線的頻率相同。任何帶電粒子作受迫振動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，從而向四周輻射電磁波，其頻率與帶電粒子的振動(dòng)頻率相同。由于散射線與入射線的波長(zhǎng)和頻率一致，位相差固定，在相同方向上各散射波符合相干條件，故稱為相干散射。相干散射是X射線在晶體中產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的基礎(chǔ)?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第50頁(yè)，共82頁(yè)。2.非相干散射X射線與物質(zhì)原子中受束縛弱的電子碰撞時(shí)（如外層電子），可以得到波長(zhǎng)比入射X射線長(zhǎng)的X射線，且波長(zhǎng)隨散射方向不同而改變。這種散射現(xiàn)象稱為非相干散射。由于散射線分布于各個(gè)方向，波波長(zhǎng)各不相等，不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第51頁(yè)，共82頁(yè)。非相干散射機(jī)理入射X射線遇到約束松的電子時(shí)，將電子撞至一方，成為反沖電子。入射線的能量對(duì)電子作功而消耗一部分后，剩余部分以X射線向外輻射。散射X射線的波長(zhǎng)（λ‘）比入射X射線的波長(zhǎng)（λ）長(zhǎng)，其差值與角度α之間存在如下關(guān)系：《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第52頁(yè)，共82頁(yè)。小結(jié)相干散射因?yàn)槭窍喔刹ㄋ钥梢愿缮婕訌?qiáng).只有相干散射才能產(chǎn)生衍射,所以相干散射是X射線衍射的基礎(chǔ)非相干散射因?yàn)榉窍喔缮⑸洳荒芨缮婕訌?qiáng)產(chǎn)生衍射,所以非相干散射只是形成衍射的背底《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第53頁(yè)，共82頁(yè)。二、X射線的吸收

X射線的吸收是指X射線的能量在通過物質(zhì)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。即發(fā)生了能量損耗。吸收主要由原子內(nèi)部的電子躍遷引起，這個(gè)過程發(fā)生X射線的光電效應(yīng)及俄歇效應(yīng)，使X射線的部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣怆娮?、熒光X射線及俄歇電子的能量?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第54頁(yè)，共82頁(yè)。1、光電效應(yīng)與熒光輻射

光電效應(yīng)——入射X射線光子的能量足夠大時(shí)，可將內(nèi)層電子擊出，產(chǎn)生光電效應(yīng)?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第55頁(yè)，共82頁(yè)。

熒光輻射——失去內(nèi)層電子的原子處于激發(fā)態(tài)，將發(fā)生外層電子向內(nèi)層躍遷同時(shí)釋放波長(zhǎng)一定的特征X射線。稱為二次特征X射線或熒光X射線。jc《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第56頁(yè)，共82頁(yè)。

激發(fā)K系光電效應(yīng)時(shí)，入射光子的能量必須大于或等于將電子從K層移至無窮遠(yuǎn)時(shí)所作的逸出功WK，即而入射光子能量取決于加速電壓所以稱λk為激發(fā)限，或吸收限，只有當(dāng)入射X射線的波長(zhǎng)λ≤λk時(shí)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。激發(fā)限《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第57頁(yè)，共82頁(yè)。

在X射線衍射分析中，熒光X射線是有害的，它會(huì)增加衍射譜的背底，使衍射花樣變得復(fù)雜。但是在元素分析方面，熒光X射線又可作為X射線熒光光譜分析的基礎(chǔ)。《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第58頁(yè)，共82頁(yè)。2、俄歇效應(yīng)原子的K層電子被X射線擊出后，處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)L層的電子向K層躍遷時(shí)，將釋放出ΔW=WK-WL能量，這個(gè)能量可以用熒光X射線的形式釋放，也可以被原子內(nèi)部的某個(gè)電子（內(nèi)層或者外層）所吸收，使這個(gè)電子受激發(fā)而逸出原子成為自由電子，這就是俄歇效應(yīng)，這個(gè)電子就是俄歇電子。KLL俄歇電子的能量為：ΔW=WK-WL-WL《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第59頁(yè)，共82頁(yè)。俄歇電子的能量與入射X射線的波長(zhǎng)無關(guān)，僅與產(chǎn)生俄歇效應(yīng)的物質(zhì)的元素種類有關(guān)。俄歇電子的能量很低，一般只有幾百電子伏，因此，只有表面幾層原子所產(chǎn)生的俄歇電子才能逸出表面被探測(cè)，所以俄歇電子可以帶來物質(zhì)表層化學(xué)成分信息，俄歇電子能譜儀是表面物理研究的重要工具之一。《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第60頁(yè)，共82頁(yè)。光電效應(yīng)----俄歇效應(yīng)示意圖《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第61頁(yè)，共82頁(yè)。X射線與物質(zhì)作用小結(jié)《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第62頁(yè)，共82頁(yè)。三、X射線的衰減

1.X射線的衰減規(guī)律與線吸收系數(shù)實(shí)驗(yàn)證明，一單色X射線透過一層均勻物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度將隨穿透的距離呈指數(shù)規(guī)律減弱，即——透射束強(qiáng)度——入射束強(qiáng)度——線吸收系數(shù)——透過物質(zhì)的厚度線吸收系數(shù)μl表示沿穿透方向單位長(zhǎng)度X射線的衰減程度，與X射線的波長(zhǎng)、吸收物質(zhì)、吸收物質(zhì)物理狀態(tài)有關(guān)《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第63頁(yè)，共82頁(yè)。2.質(zhì)量吸收系數(shù)為避開線吸收系數(shù)隨吸收物質(zhì)物理狀態(tài)不同而改變的問題，令——質(zhì)量吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)μm表示單位質(zhì)量物質(zhì)對(duì)X射線的吸收程度，只與X射線的波長(zhǎng)和吸收物質(zhì)有關(guān)。《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第64頁(yè)，共82頁(yè)。2.質(zhì)量吸收系數(shù)實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于非單質(zhì)元素組成的復(fù)雜物質(zhì)，

——某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)——相應(yīng)元素的質(zhì)量吸收系數(shù)《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第65頁(yè)，共82頁(yè)。3.吸收限對(duì)于選定的物質(zhì)（Z一定），作曲線。曲線中某幾處出現(xiàn)值突增，其原因是在該波長(zhǎng)處產(chǎn)生光電效應(yīng)，X射線大量被吸收，該波長(zhǎng)即為吸收限《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第66頁(yè)，共82頁(yè)。四、吸收限的應(yīng)用1.濾波片的選擇

X射線衍射實(shí)驗(yàn)是利用K系特征輻射源，K系譜線包括和兩條線，它們將在晶體衍射時(shí)產(chǎn)生兩套花樣，使得分析復(fù)雜化。解決方法——濾掉《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第67頁(yè)，共82頁(yè)。濾波片選擇方法《材料測(cè)試與分析技術(shù)》選擇一種合適的材料，使其吸收限正好位于和線波長(zhǎng)之間，且盡量靠近線波長(zhǎng)。將這種材料制成薄片——濾波片，置于入射束或衍射束光路中，強(qiáng)烈吸收線，而對(duì)吸收很少，得到單色輻射。第68頁(yè)，共82頁(yè)?！恫牧蠝y(cè)試與分析技術(shù)》第69頁(yè)，共82頁(yè)。濾波片選擇原則濾波片根據(jù)陽(yáng)極靶來選，濾波片原子序數(shù)比靶材小1~2例如，對(duì)于Co（27）、Cu（29）、Mo（42）靶，分別選Fe（26）、Ni（28）、Zr（40）濾波片《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第70頁(yè)，共82頁(yè)。陽(yáng)極靶的選擇陽(yáng)極靶根據(jù)試樣來選，靶材原子序數(shù)比試樣大0~1

X射線衍射實(shí)驗(yàn)中，入射X射線在與試樣作用過程中產(chǎn)生熒光輻射，只能增加衍射花樣的背景，為消除干擾，可通過適當(dāng)?shù)陌胁膩肀苊鉄晒廨椛洹Ｔ瓌t：或例如：對(duì)于Fe（26）試樣，應(yīng)選用Co（27）靶或Fe（26）靶。《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第71頁(yè)，共82頁(yè)。1.6X射線的防護(hù)過量X射線輻射對(duì)人體的傷害：局部組織灼傷或壞死，毛發(fā)脫落，血液病變，影響生育等防護(hù)措施：不要將手及身體的任何部位直接暴露在X射線光束下，避免一切不必要的照射。用重金屬鉛強(qiáng)烈吸收X射線，鉛屏風(fēng)、鉛玻璃眼睛、鉛橡膠手套、鉛圍裙等定期體檢《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第72頁(yè)，共82頁(yè)。X射線的主要特征：肉眼不可見沿直線傳播、使膠片感光、使熒光物質(zhì)發(fā)光很高的穿透能力、可被物質(zhì)吸收和減弱、可使空氣電離、對(duì)生物細(xì)胞有殺傷作用第一章要點(diǎn)《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第73頁(yè)，共82頁(yè)。X射線的本質(zhì)

X射線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，具有波粒二象性，波長(zhǎng)與晶格常數(shù)為同一數(shù)量級(jí)。

第一章要點(diǎn)《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第74頁(yè)，共82頁(yè)。X射線的波粒二象性波動(dòng)性：X射線以一定的波長(zhǎng)和頻率在空間傳播，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。粒子性：X射線以光子形式輻射和吸收時(shí)具有一定的能量和動(dòng)量，反映了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的分立性。當(dāng)X射線在空間傳播過程中發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，就突出地表現(xiàn)出它的波動(dòng)性；而在與物質(zhì)相互作用交換能量時(shí)，就突出地表現(xiàn)出它的粒子性。

第一章要點(diǎn)《材料測(cè)試與分析技術(shù)》第75頁(yè)，共82頁(yè)。X射線產(chǎn)生的基本條件