图1-5 特征X射线产生示意图
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第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱
由于L层内还有能量差别很小的亚能级，不同亚能级的电子 跃迁将辐射K1和K2射线。若M层电子向K层空位补充，则 辐射波长更短的 K 射线。特征 X射线的频率可由下式计算
h = W2W1 = (-En2) (-En1) (1-8)
m为单位面积厚度为 t 的体积中物质 的质量。因此 ，m 的物理意义是X射 线通过单位面积单位质量物质的强度 衰减量 它避开了密度的影响，可以作为反映 物质本身对X射线吸收性质的物理量
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习题
X射线实验室用防护铅屏厚度通常至少为 1 mm，试计算这种铅屏对Cr Kα、Mo Kα 辐射的透射系数各为多少？ 已知ρPb=11.34 g/cm3 注：各元素的质量吸收系数见附录B，书 本P324~325页
一、衰减规律和吸收系数 单位体积内物质量随其密度而异，因此对于一确定的物质 l 并不是常量，为表达物质本质的吸收特性，采用质量吸收系 数m= l / ( 是吸收物质的密度)，代入式(1-12)可得
I I 0e m t I 0e mm
(1-14)
图1-7 X射线强度随透入 深度的变化
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本教材主要内容
第二篇 材料电子显微分析
第八章 电子光学基础 第九章 透射电子显微镜 第十章 电子衍射 第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析
第十二章 高分辨透射电子显微术
第十三章 扫描电子显微镜 第十四章 电子背散射衍射分析技术 第十五章 电子探针显微分析 第十六章 其他显微分析方法
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绪
论
本课程的特点：以分析仪器和实验技术为基础 本课程的内容主要包括：X射线衍射仪、电子显微镜等分 析仪器的结构与工作原理、及与此相关的材料微观组织结 构和微区成分的分析方法原理及其应用
第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 由图1-3可见，连续 X 射线谱的特点是，X 射线的波长存 在最小值SWL，其强度在m处有最大值 当管电压U 升高时，各波长X射线的强度均提高，短波限 SWL和强度最大值对应的波长m减小 当管电流 i 增大时，各波长X射线的强度均提高，但SWL 和m保持不变 随阳极靶材的原子序数Z 增大，连续X射线谱的强度提高， 但SWL和m保持不变
6
比较一下各图的差别
2θ
KeV
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课题讨论
• 你所了解的材料表征方法与技术，优 缺点
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第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础
第二章 X射线衍射方向
第三章 X射线衍射强度 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定 第七章 多晶体织构的测定
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1.74346
1.60815 1.48807 1.28059 0.61978
6.40
6.93 7.47 8.04 17.44
25~30
30 30~35 35~40 50~55
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注：K= ( 2K1+ K2 ) / 3
第三节 X射线与物质的相互作用
一、衰减规律和吸收系数 如图1-6，强度为I0的X射线照射厚度为t的均匀物质上， 穿过深度为x处的dx厚度时的强度衰减量dIx/Ix与dx成正比，
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第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱
表1-1 几种阳极靶材及其特征谱参数 靶 材 Cr Z 24 K系列特征谱波长/0.1nm K1 2.28970 K2 2.29361 K 2.29100 K 2.08487 K 吸收限 K/0.1nm 2.07020 UK /kV 5.43 U适宜 /kV 20~25
第一篇 材料X射线衍射分析
1895年德国物理学家伦琴发现了 X射线，随后医学界将其 用于诊断和医疗，后来又用于金属材料和机械零件的探伤
李鸿章在X光被发现后仅7 个月就体验了此种新技术， 成为拍X光片检查枪伤的 第一个中国人。
5
• 1912年德国物理学家劳埃发现了X射线在晶体中 的衍射现象，为物质结构研究提供了一种崭新的 方法，后来发展成为X射线衍射学 • 1912年英国物理学家布拉格提出了晶面“反 射”X射线的概念，推导出至今被广泛应用的布 拉格方程 • 1914年莫塞来发现特征X射线波长和原子序数有 定量的对应关系，这一原理应用于材料成分检测 • X射线衍射分析研究内容很广，主要包括相分析、 精细结构研究和晶体取向测定等； • X射线学三大分支：透射学，衍射学，光谱学。
第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱 当 X射线管压高于靶材相应的某一特征值UK 时，在某些 特定波长位置上， 将出现一系列强度很高、波长范围很窄的 线状光谱，称为特征谱或标识谱， 本曲线是那种材料的？ 见图1-4；其波长与阳极靶材的原 子序数有确定关系，见式(1-6) ， 故可作为靶材的标志和特征，
Fe
Co Ni Cu Mo
26
27 28 29 42
1.93604
1.78897 1.65791 1.54056 0.70930
1.93998
1.79285 1.66175 1.54439 0.71359
1.93736
1.79026 1.65919 1.54184 0.71730
1.75661
1.72079 1.50014 1.39222 0.63229
式中， W2、W1分别为电子跃迁前后原子激发态能量， En2 和En1是所在壳层上的电子能量。根据经典原子模型，原子 内电子分布在一系列的壳层上，最内层(K层)能量最低，按 L、 M、N、顺序递增
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第二节 X射线的产生及X射线谱
二、特征(标识)X射线谱 在莫塞莱定律 (1-6)式中，
1 1 m e4 1 1 2 K2 R 2 2 3 2 2 8 0 h c n2 n1 n2 n1
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第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 连续谱强度分布曲线下的面积即为连续 X 射线谱的总 强度，其取决于X射线管U、i、Z 三个因素 I连 = K1iZU2 式中，K1 是常数。 X射线管仅产生连续谱时的效率 (1-4)
= I连 / iU = K1ZU
可见， X 射线管的管电压越高、阳极靶原子序数越大，X 射 线管的效率越高。因 K1 约(1.1~1.4)10-9，即使采用钨阳极 (Z = 74)、管电压100kV， 1%，效率很低。电子击靶时 大部分能量消耗使靶发热
式中，h是普朗克常数；c是光速； 是X射线的频率， 是X射线的波长
图1-1 电磁波谱
分辨率与波长的关系
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第一节 X射线的性质
X射线穿过不同介质时，折射系数接近1，几乎不产生折射 现象 X射线肉眼不可见，但具有能使荧光物质发光、能使照相 底板感光、能使一些气体产生电离的现象 X射线的穿透能力大，能穿透对可见光不透明的材料，特 别是波长在0.1nm以下的硬X射线 X射线照射到晶体物质时，将产生散射、干涉和衍射等现 象，与光线的绕射现象类似 X射线具有破坏杀死生物组织细胞的作用
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第三节 X射线与物质的相互作用
一、衰减规律和吸收系数 复杂物质的质量吸收系数
对于多元素组成的复杂物质，如固溶体、化合 物和混合物等，其质量吸收系数仅取决于各组元 的质量系数mi及各组元的质量分数wi ，即
习题
m mi wi
i 1
n
(1-15)
厚度为1mm的铝片能把某单色Ⅹ射线束的强度降低 为原来的23.9％，试求这种Ⅹ射线的波长。试计算含 Wc＝0.8％，Wcr＝4％，Ww＝18％的高速钢对 26 Mo Kα辐射的质量吸收系数。
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第二节 X射线的产生及X射线谱
为什么连续X射线谱存在短波限SWL？
用量子理论可以解释连续谱和短波限，若管电压为U， 则电子到达阳极靶的动能为eU，当电子在一次碰撞中将全部 能量转化为一个光量子，可获得最大能量hmax ，其波长即 为SWL，
eU = hmax = hc /SWL
SWL= K /U
图1-2 X射线管结构示意图
产生两种谱线：连续和 特征X射线
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第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 强度随波长连续变化的谱线称连续X射线谱，见图1-3
短波限SWL
图1-3 管电压、管电流和阳极靶原子序数对连续谱的影响 a) 管电压的影响 b) 管电流的影响 c)阳极靶原子序数的影响
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材料科学研究方法
主 讲 李 伟 洲
wzli@
广西大学材料学院 教 材 材料分析方法
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本教材主要内容
绪 论 第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础 第二章 X射线衍射方向
第三章 X射线衍射强度
第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定 第七章 多晶体织构的测定
本课程的意义在于：通过材料微观组织结构和微区成分分 析，揭示材料组织结构与性能的关系，即组织是性能的内 在根据，性能是组织的对外表现；确定材料加工工艺和组 织结构的关系，以实现微观组织结构控制
本课程的基本要求：了解常用的现代分析仪器的基本结构 和工作原理；掌握常用的实验分析方法；能正确选用合适 的分析方法解决实际工作中的问题 4
(1-5)
式中，K =1.24nmkV。而绝大部分电子到达阳极靶经多次碰 撞消耗其能量，因每次能量消耗不同而产生大于SWL的不同 波长的X射线，构成连续谱 习题：计算当管电压为50 kv时，电子在与靶碰撞时的速度 与动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能。 17 电子静止质量9.1X10-31 Kg，电子电量 1.602X10-19 C

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K2 (Z )
(1-6)