电子显微技术在航空航天上的运用

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1、X射线衍射分析及电子显微分析术在航空航天上的运用X射线的成因及物理性质 产生实验室中X射线由 X射线管产生，X 射线管是具有阴极和阳极的 真空管，阴极用钨丝制成，通电后可发射热电子，阳极（就称靶极）用高 熔点金属制成（一般用钨，用于晶体结构分析的X 射线管还可用铁、铜、 镍等材料）。用几万伏至几十万伏的高压加速电子，电子束轰击靶极，X 射 线从靶极发出。电子轰击靶极时会产生高温，故靶极必须用水冷却，有时 还将靶极设计成转动式的。 物理性质 1.X射线的特征是波长非常短，频率很高，其波长约为 （200.06 ） 10-8 厘米之间。因此X 射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级 之间的跃迁而

2、产生的。所以X 射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发 出来的，而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。 2.X 射线在电场磁场中不偏转。这说明 X射线是不带电的粒子流， 因此能产生干涉、衍射现象。 3. X射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的 物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生 可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X 射线能 量越大，叫做硬X射线，波长长的X 射线能量较低，称为软X 射线。X射线的衍射原理 当 X 射线以掠角( 入射角的余角) 入射到某一点阵晶格间距为d 的晶面上 时(图 1), 在符合上式的条件下，将在反射方

3、向上得到因叠加而加强的衍射 线。布拉格方程简洁直观地表达了衍射所必须满足的条件。当 X 射线波长 已知时 ( 选用固定波长的特征X 射线 ) ，采用细粉末或细粒多晶体的线状 样品 , 可从一堆任意取向的晶体中，从每一 角符合布拉格方程条件的反 射面得到反射, 测出 后，利用布拉格方程即可确定点阵晶面间距、晶胞 大小和类型 ; 根据衍射线的强度, 还可进一步确定晶胞内原子的排布。这便 是 X 射线结构分析中的粉末法或德拜-谢乐的理论基础。而在测定单晶取向 的劳厄法中所用单晶样品保持固定不变动（即 不变） , 以辐射束的波长 作为变量来保证晶体中一切晶面都满足布拉格方程的条件, 故选用连续X射 线

4、束。如果利用结构已知的晶体，则在测定出衍射线的方向 后, 便可计 算 X 射线的波长，从而判定产生特征X射线的元素。这便是X 射线谱术 , 可 用于分析金属和合金的成分。在航空航天上的运用 多晶体的物相分析可以对晶体结构进行分析，航空航天工业对材料性能要 求十分之高，如各种合金的运用，通过以上方法便可以对合金的微观结构 进行分析从而更好的掌握材料的性能，运用于航空工业。 残余应力的测定，在航空航天工业上的运用显得至关重要。运用X 射线衍 射可以对单个材料或者小区域范围进行残余应力的分析。而残余应力与构 件的疲劳强度，耐应力腐蚀能力以及尺寸稳定性均密切相关。航空航天工 业对构件安全的要求十分高，

5、不允许有任何的认为失误。对于飞机组件寿命的测定以及安全性能的检查，该方法运用得十分广泛而且有用。电子显微分析的装备及原理 装备透射电子显微镜 电子 显微 镜与 光学 显微 镜的 成像原理基本一样，所不同的 是前者用电子束作光源，用电 磁场作透镜。另外，由于电子 束的穿透力很弱，因此用于电 镜的标本须制成厚度约50nm 左右的超薄切片。这种切片需 要用超薄切片机制作。电子显 微镜 的放 大倍 数最 高可 达近 百万倍、由电子照明系统、电 磁透镜成像系统、真空系统、 记录系统、 电源系统等5 部分 构成，如果细分的话：主体部 分是 电子 透镜 和显 像记 录系 统，由置于真空中的电子枪、 聚光镜、

6、物样室、物镜、衍 射镜、中间镜、投影镜、荧 光屏和照相机。原理由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越 聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在 样品室内的样品上；透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样 品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多；经过物镜的会聚调 焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第 2 投影镜进行综合 放大成像，最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光 屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。航空航天上的运用 在航空航天工业上的运用依然归于航空材料的分析，运用电子显微分析， 可以通过制作薄晶体样品，加以观察从而分析晶体内部的缺陷，如铝合金， 钛合金等各种运用于航空航天的材料。充分利用材料的性能，根据微观结 构，强化材料。