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1、1. X 射线衍射的几何条件是d、必须满足什么公式？写出数学表达式，并说明d、的意义。（5分）答： . X 射线衍射的几何条件是d、必须满足布拉格公式。（1 分）其数学表达式：2dsin =（ 1分）其中 d 是晶体的晶面间距。 （ 1 分）是布拉格角，即入射线与晶面间的交角。（ 1 分）是入射 X射线的波长。（ 1 分）4. 二次电子是怎样产生的？其主要特点有哪些？二次电子像主要反映试样的什么特征？用什么衬度解释？该衬度的形成主要取决于什么因素？（6 分 ）答：二次电子是单电子激发过程中被入射电子轰击出的试样原子核外电子。（1 分）二次电子的主要特征如下：（ 1）二次电子的能量小于50eV
2、，主要反映试样表面10nm 层内的状态，成像分辨率高。（1分）（ 2）二次电子发射系数与入射束的能量有关，在入射束能量大于一定值后，随着入射束能量的增加，二次电子的发射系数减小。 （1 分）（ 3）二次电子发射系数和试样表面倾角有关：( )= 0/cos（ 1 分）（ 4）二次电子在试样上方的角分布，在电子束垂直试样表面入射时，服从余弦定律。（1 分）二此电子像主要反映试样表面的形貌特征，用形貌衬度来解释，形貌衬度的形成主要取决于试样表面相对于入射电子束的倾角。 （ 1 分）2. 布拉格角和衍射角：布拉格角：入射线与晶面间的交角，衍射角：入射线与衍射线的交角。（ 1.5 分）（ 1.5 分）3
3、. 静电透镜和磁透镜：静电透镜：产生旋转对称等电位面的电极装置即为静电透镜，磁透镜：产生旋转对称磁场的线圈装置称为磁透镜。 （ 1.5（ 1.5 分）分）4. 原子核对电子的弹性散射和非弹性散射：弹性散射：电子散射后只改变方向而不损失能量，（ 1.5 分）非弹性散射：电子散射后既改变方向也损失能量。 （ 1.5 分）二、填空（每空 1 分，共 20 分）1. X 射线衍射方法有 劳厄法 、转晶法 、粉晶法 和 衍射仪法 。2.扫描仪的工作方式有连续扫描和步进扫描两种。3. 在 X 射线衍射物相分析中，粉末衍射卡组是由粉末衍射标准联合委员会编制，称为JCPDS 卡片，又称为PDF卡片。4. 电磁
4、透镜的像差有 球差 、色差 、 轴上像散和 畸变 。5.透射电子显微镜的结构分为光学成像系统、真空系统和电气系统。1.X 射线管中，焦点形状可分为点焦点 和 线焦点 ，适合于衍射仪工作的是线焦点 。2.在 X射线物象分析中，定性分析用的卡片是由粉末衍射标准联合委员会编制，称为JCPDS 卡片，又称为PDF(或 ASTM)卡片。3.X 射线衍射方法有劳厄法、 转晶法 、 粉晶法 和 衍射仪法 。4.电磁透镜的像差有球差、色差 、轴上像散和 畸变。5.电子探针是一种显微 分析和成分 分析相结合的微区分析。二、选择题（多选、每题4 分）1. X射线是（AD）A. 电磁波；B.声波；C. 超声波；D.
5、波长为0.011000? 。2.方程2dSin =叫（AD）A. 布拉格方程；B.劳厄方程；C.其中称为衍射角；D. 称为布拉格角。3. 下面关于电镜分析叙述中正确的是（BD）A. 电镜只能观察形貌；B. 电镜可观察形貌、成分分析、结构分析和物相鉴定；C电镜分析在材料研究中广泛应用，是因为放大倍数高，与分辨率无关；D电镜在材料研究中广泛应用，是因为放大倍数高，分辨率高。4在扫描电镜分析中（A C）E 成分像能反映成分分布信息，形貌像和二次电子像反映形貌信息F 所有扫描电镜像，只能反映形貌信息；G 形貌像中凸尖和台阶边缘处最亮，平坦和凹谷处最暗；H 扫描电镜分辨率比透射电镜高。5差热分析中，掺比
6、物的要求是（ABC）E 在整个测温范围内无热效应；F 比热和导热性能与试样接近；G 常用 1520煅烧的高纯 -Al2O3 粉H 无任何要求。六、简答题（ 30 分）（ 答题要点）1 X射线衍射分析，在无机非金属材料研究中有哪些应用？（8 分）答： 1.物相分析：定性、定量1什么是光电效应？光电效应在材料分析中有哪些用途？答：光电效应是指：当用X 射线轰击物质时，若 X 射线的能量大于物质原子对其内层电子的束缚力时，入射 X 射线光子的能量就会被吸收，从而导致其内层电子被激发，产生光电子。材料分析中应用光电效应原理研制了光电子能谱仪和荧光光谱仪，对材料物质的元素组成等进行分析。3测角仪在采集衍
7、射图时，如果试样表面转到与入射线成30 0 角，则计数管与入射线所成角度为多少？能产生衍射的晶面，与试样的自由表面是何种几何关系？答：当试样表面与入射X 射线束成 30角时，计数管与入射X 射线束的夹角是 600。能产生衍射的晶面与试样的自由表面平行。样品制备的工艺过程1) 切薄片样品2) 预减薄3) 终减薄离子减薄：1）不导电的陶瓷样品2）要求质量高的金属样品3）不宜双喷电解的金属与合金样品双喷电解减薄：1）不易于腐蚀的裂纹端试样2）非粉末冶金试样3）组织中各相电解性能相差不大的材料4）不易于脆断、不能清洗的试样6图说明衍衬成像原理，并说明什么是明场像、暗场像和中心暗场像。答：设薄膜有A 、
8、 B 两晶粒 内的某 (hkl) 晶面严格满足 Bragg 条件，或 B 晶粒内满足“双光束条件” ，则通过 (hkl) 衍射使入射强度 I0 分解为 Ihkl 和 IO-Ihkl两部分 A 晶粒内所有晶面与Bragg 角相差较大，不能产生衍射。在物镜背焦面上的物镜光阑，将衍射束挡掉， 只让透射束通过光阑孔进行成像（明场），此时，像平面上 A和 B 晶粒的光强度或亮度不同，分别为I A ? I 0 I B ? I 0 - Ihkl， B 晶粒相对 A 晶粒的像衬度为：明场成像：只让中心透射束穿过物镜光栏形成的衍衬像称为明场镜。暗场成像：只让某一衍射束通过物镜光栏形成的衍衬像称为暗场像。中心暗场
9、像：入射电子束相对衍射晶面倾斜角，此时衍射斑将移到透镜的中心位置，该衍射束通过物镜光栏形成的衍衬像称为中心暗场成像。4何为波谱仪和能谱仪？说明其工作的三种基本方式及其典型应用，并比较波谱仪和能谱仪的优缺点。要分析钢中碳化物成分和基体中碳含量，应选用哪种电子探针仪 ? 为什么 ?答：波谱仪：用来检测X 射线的特征波长的仪器能谱仪：用来检测X 射线的特征能量的仪器实际中使用的谱仪布置形式有两种：直进式波谱仪： X 射线照射分光晶体的方向固定，即出射角保持不变，聚焦园园心 O 改变，这可使 X 射线穿出样品表面过程中所走的路线相同也就是吸收条件相等回转式波谱仪：聚焦园的园心O 不动，分光晶体和检测器
10、在聚焦园的园周上以1：2 的角速度转动，以保证满足布拉格条件。这种波谱仪结构较直进式简单，但出射方向改变很大，在表面不平度较大的情况下，由于 X 射线在样品内行进的路线不同，往往会造成分析上的误差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
11、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 .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 ). 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.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 (
12、 b ). a.球差 ;b. 像散 ;c. 色差 .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.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
13、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 .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
