《材料分析测试技术》试卷(答案)

材料分析测试技术 试卷 答案 一 填空题 20 分 每空一分 1 X 射线管主要由 阳极 阴极 和 窗口 构成 2 X 射线透过物质时产生的物理效应有 散射 光电效应 透射 X 射线 和 热 3 德拜照相法中的底片安装方法有 正装 反装 和 偏装 三种 4 X 射线物相分析方法分 定性 分析和 定量 分析两种 测钢中残余 奥氏体的直接比较法就属于其中的 定量 分析方法 5 透射电子显微镜的分辨率主要受 衍射效应 和 像差 两因素影响 6 今天复型技术主要应用于 萃取复型 来揭取第二相微小颗粒进行分析 7 电子探针包括 波谱仪 和 能谱仪 成分分析仪器 8 扫描电子显微镜常用的信号是 二次电子 和 背散射电子 二 选择题 8 分 每题一分 1 X 射线衍射方法中最常用的方法是 b a 劳厄法 b 粉末多晶法 c 周转晶体法 2 已知 X 光管是铜靶 应选择的滤波片材料是 b a Co b Ni c Fe 3 X 射线物相定性分析方法中有三种索引 如果已知物质名时可以采用 c a 哈氏无机数值索引 b 芬克无机数值索引 c 戴维无机字母索引 4 能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是 b a 第二聚光镜光阑 b 物镜光阑 c 选区光阑 5 透射电子显微镜中可以消除的像差是 b a 球差 b 像散 c 色差 6 可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是 a a 高阶劳厄斑点 b 超结构斑点 c 二次衍射斑点 7 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析 1nm 厚表层成分的 信号是 b a 背散射电子 b 俄歇电子 c 特征 X 射线 8 中心暗场像的成像操作方法是 c a 以物镜光栏套住透射斑 b 以物镜光栏套住衍射斑 c 将衍射斑移至 中心并以物镜光栏套住透射斑 三 问答题 24 分 每题 8 分 1 X 射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么 答 X 射线衍射仪法中样品是块状粉末样品 首先要求粉末粒度要大 小适中 在 1um 5um 之间 其次粉末不能有应力和织构 最后是样品 有一个最佳厚度 t 2 分析型透射电子显微镜的主要组成部分是哪些 它有哪些功能 在 材料科学中有什么应用 答 透射电子显微镜的主要组成部分是 照明系统 成像系统和观察记 录系统 透射电镜有两大主要功能 即观察材料内部组织形貌和进行电子衍 射以了解选区的晶体结构 分析型透镜除此以外还可以增加特征 X 射 线探头 二次电子探头等以增加成分分析和表面形貌观察功能 改变样 品台可以实现高温 低温和拉伸状态下进行样品分析 透射电子显微镜在材料科学研究中的应用非常广泛 可以进行材料 组织形貌观察 研究材料的相变规律 探索晶体缺陷对材料性能的影响 分析材料失效原因 剖析材料成分 组成及经过的加工工艺等 3 什么是缺陷的不可见性判据 如何用不可见性判据来确定位错的布 氏矢量 答 所谓缺陷的不可见性判据是指当晶体缺陷位移矢量所引起的附加相 位角正好是 的整数倍时 有缺陷部分和没有缺陷部分的样品下表面 衍射强度相同 因此没有衬度差别 故而看不缺陷 利用缺陷的不可见性判据可以来确定位错的布氏矢量 具体做法是 先看到位错 然后转动样品 选择一个操作反射 g1 使得位错不可见 这说明 g1 和位错布氏矢量垂直 再选择另一个操作反射 g2 使得位错 不可见 那么 g1 g2 就等于位错布氏矢量 b 四 证明题 20 分 1 证明衍射分析中的厄瓦尔德球图解与布拉格方程等价 以入射 X 射线的波长 的倒数为半径作一球 厄瓦尔德球 将试样 放在球心 O 处 入射线经试样与球相交于 O 以 O 为倒易原点 若 任一倒易点 G 落在厄瓦尔德球面上 则 G 对应的晶面满足衍射条件产 生衍射 证明 如图 令入射方向矢量为 k k 1 衍射方向矢量为 k 衍 射矢量为 g 则有 g 2ksin g 1 d k 1 2dsin 即厄 瓦尔德球图解与布拉格方程等价 2 作图并证明公式 Rd L 作图 以 1 为半径作厄瓦尔德球面 入射线经试样 O 与厄瓦尔德球 面交于 O 点 与荧光屏交于 O 点 衍射线与厄瓦尔德球面交于 G 点 与荧光屏交于 A 点 O G 是倒易矢量 g O A R O O L 透射电子显微镜的孔径半角很小 2 3 可近似认为 g R 有 OO G O O A OO L g R 将 OO 1 g 1 d 代入上式 得 Rd L 五 综合题 28 分 1 为使 Cuk 线的强度衰减 1 2 需要多厚的 Ni 滤波片 Ni 的 m 49 2 cm2g 1 8 9 gcm 3 10 分 解 根据强度衰减公式 I I0e m X 1 2 e 49 2 8 9X X ln2 49 2 8 9 15 83um 2 有一金属材料的多晶粉末电子衍射花样为六道同心圆环 其半径分 别是 8 42mm 11 88mm 14 52mm 16 84mm 18 88mm 20 49mm 相 机常数 L 17 00mm 请标定衍射花样并求晶格常数 10 分 解 已知 R1 8 42 R 2 11 88 R 3 14 52 R 4 16 84 R 5 18 88 R 6 20 49 有 R12 70 8964 R22 141 1344 R 32 210 8304 R 42 283 5856 R 52 356 45 44 R 62 419 8401 R12 R12 1 R22 R12 1 99 R32 R12 2 97 R 42 R12 4 R 52 R12 5 02 R 62 R12 5 92 有 N 数列为 1 2 3 4 5 6 由于金属材料中很少是简单立方结构 故考虑 N 数列为 2 4 6 8 10 12 这是体心立方晶体结构 其值对应的晶面族指数 是 110 200 211 220 310 222 根据电子衍射基本公式 Rd L 有 d1 2 019 d 2 1 431 d 3 1 171 d 4 1 009 d 5 0 900 d 6 0 829 根据立方晶体晶面间距公式 22lkha a 2 86 3 分析电子衍射与 X 射线衍射有何异同 8 分 答 电子衍射的原理和 X 射线衍射相似 是以满足 或基本满足 布拉 格方程作为产生衍射的必要条件 首先 电子波的波长比 X 射线短得多 在同样满足布拉格条件时 它的衍 射角 很小 约为 10 2rad 而 X 射线产生衍射时 其衍射角最大可接近 2 其次 在进行电子衍射操作时采用薄晶样品 薄样品的倒易阵点会沿着样 品厚度方向延伸成杆状 因此 增加了倒易阵点和爱瓦尔德球相交截的机会 结果使略微偏离布拉格条件的电子束也能发生衍射 第三 因为电子波的波长短 采用爱瓦尔德球图解时 反射球的半径很大 在衍射角 较小的范围内反射球的球面可以近似地看成是一个平面 从而也可 以认为电子衍射产生的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内 这个结果使 晶体产生的衍射花样能比较直观地反映晶体内各晶面的位向 给分析带来不少 方便 最后 原子对电子的散射能力远高于它对 X 射线的散射能力 约高出四个 数量级 故电子衍射束的强度较大 摄取衍射花样时暴光时间仅需数秒钟