X射线试题

材料结构分析试题1（参考答案）一、基本概念题（共8题，每题7分）1．X射线的本质是什么？是谁首先发现了X射线，谁揭示了X射线的本质？答：X射线的本质是一种横电磁波？伦琴首先发现了X射线，劳厄揭示了X射线的本质？2．下列哪些晶面属于[111]晶带？（111）、（321）、（231）、（211）、（101）、（101）、（133），（110），（112），（132），（011），（212），为什么？答：（110）（321）、（211）、（112）、（101）、（011）晶面属于[111]晶带，因为它们符合晶带定律：hu+kv+lw=0。3．多重性因子的物理意义是什么？某立方晶系晶体，其{100}的多重性因子是多少？如该晶体转变为四方晶系，这个晶面族的多重性因子会发生什么变化？为什么？答：多重性因子的物理意义是等同晶面个数对衍射强度的影响因数叫作多重性因子。某立方晶系晶体，其{100}的多重性因子是6？如该晶体转变为四方晶系多重性因子是4；这个晶面族的多重性因子会随对称性不同而改变。4．在一块冷轧钢板中可能存在哪几种内应力？它们的衍射谱有什么特点？答：在一块冷轧钢板中可能存在三种内应力，它们是：第一类内应力是在物体较大范围内或许多晶粒范围内存在并保持平衡的应力。称之为宏观应力。它能使衍射线产生位移。第二类应力是在一个或少数晶粒范围内存在并保持平衡的内应力。它一般能使衍射峰宽化。第三类应力是在若干原子范围存在并保持平衡的内应力。它能使衍射线减弱。5．透射电镜主要由几大系统构成?各系统之间关系如何?答：四大系统:电子光学系统,真空系统,供电控制系统,附加仪器系统。其中电子光学系统是其核心。其他系统为辅助系统。6．透射电镜中有哪些主要光阑?分别安装在什么位置?其作用如何?答：主要有三种光阑：①聚光镜光阑。在双聚光镜系统中,该光阑装在第二聚光镜下方。作用:限制照明孔径角。②物镜光阑。安装在物镜后焦面。作用:提高像衬度；减小孔径角，从而减小像差；进行暗场成像。③选区光阑:放在物镜的像平面位置。作用:对样品进行微区衍射分析。7．什么是消光距离?影响晶体消光距离的主要物性参数和外界条件是什么?答：消光距离:由于透射波和衍射波强烈的动力学相互作用结果，使I0和Ig在晶体深度方向上发生周期性的振荡，此振荡的深度周期叫消光距离。影响因素:晶胞体积,结构因子,Bragg角,电子波长。8．倒易点阵与正点阵之间关系如何?画出fcc和bcc晶体的倒易点阵，并标出基本矢量a*,b*,c*。答：倒易点阵与正点阵互为倒易。（1）倒易点阵基矢的定义如果用点阵基矢（i=1,2,3）定义一正点阵。若由另一个点阵基矢（j=1，2，3）定义的点阵满足*jaiaVaaaaaaaa3232132*1)(Vaaaaaaaa1313213*2)(Vaaaaaaaa2121321*3)(式（2）中，V—阵胞体积).().().(213132321aaaaaaaaav（1）则由定义的点阵为定义的点阵的倒易点阵。jaia二、综合及分析题（共4题，每题11分）1．决定X射线强度的关系式是MceAFPVVmceRII22222230)()(32，试说明式中各参数的物理意义?答：I0为入射X射线的强度；λ为入射X射线的波长R为试样到观测点之间的距离；V为被照射晶体的体积Vc为单位晶胞体积P为多重性因子，表示等晶面个数对衍射强度的影响因子；F为结构因子，反映晶体结构中原子位置、种类和个数对晶面的影响因子；φ(θ)为角因子，反映样品中参与衍射的晶粒大小，晶粒数目和衍射线位置对衍射强度的影响；A(θ)为吸收因子，圆筒状试样的吸收因子与布拉格角、试样的线吸收系数μl和试样圆柱体的半径有关；平板状试样吸收因子与μ有关，21)(A而与θ角无关。Me2表示温度因子。衍射强度无热振动理想情况下的强度有热振动影响时的衍射Me22．比较物相定量分析的外标法、内标法、K值法、直接比较法和全谱拟合法的优缺点？答：外标法就是待测物相的纯物质作为标样以不同的质量比例另外进行标定，并作曲线图。外标法适合于特定两相混合物的定量分析，尤其是同质多相（同素异构体）混合物的定量分析。内标法是在待测试样中掺入一定量试样中没有的纯物质作为标准进行定量分析，其目的是为了消除基体效应。内标法最大的特点是通过加入内标来消除基体效应的影响，它的原理简单，容易理解。但它也是要作标准曲线，在实践起来有一定的困难。K值法是内标法延伸。K值法同样要在样品中加入标准物质作为内标，人们经常也称之为清洗剂。K值法不作标准曲线，而是选用刚玉Al2O3作为标准物质，并在JCPDS卡片中，进行参比强度比较，K值法是一种较常用的定量分析方法。直接比较法通过将待测相与试样中存在的另一个相的衍射峰进行对比，求得其含量的。直接法好处在于它不要纯物质作标准曲线，也不要标准物质，它适合于金属样品的定量测量。以上四种方法都可能存在因择优取向造成强度问题。Rietveld全谱拟合定量分析方法。通过计算机对试样图谱每个衍射峰的形状和宽度，进行函数模拟。全谱拟合定量分析方法，可避免择优取向，获得高分辨高准确的数字粉末衍射图谱，是目前X射线衍射定量分析精度最高的方法。不足之处是：必须配有相应软件的衍射仪。3．请导出电子衍射的基本公式，解释其物理意义，并阐述倒易点阵与电子衍射图之间有何对应关系?解释为何对称入射(B//[uvw])时，即只有倒易点阵原点在爱瓦尔德球面上，也能得到除中心斑点以外的一系列衍射斑点?答：（1）由以下的电子衍射图可见3.3.6倒易点阵与电子衍射图的关系1.电子衍射装置与电子衍射基本公式推导右图是导出电子衍射基本公式的普通电子衍射装置示意图。•电子束波长为•样品晶体置于O处，•离样品距离为L置底版•假定面间距为d的（hkl）面满足Bragg条件，则发生衍射，透射束和衍射束将和底片分别交于0’和P’。O’为衍射花样的中心斑，P’为（hkl）面的衍射斑。2tgLR∵2θ很小，一般为1~20∴sin22tg（2coscossin22cos2sin2tg）由sin2d代入上式dlLRsin2即LRd，L为相机裘度这就是电子衍射的基本公式。令kl一定义为电子衍射相机常数kgdkR（2）、在0*附近的低指数倒易阵点附近范围，反射球面十分接近一个平面，且衍射角度非常小10，这样反射球与倒易阵点相截是一个二维倒易平面。这些低指数倒易阵点落在反射球面上，产生相应的衍射束。因此，电子衍射图是二维倒易截面在平面上的投影。（3）这是因为实际的样品晶体都有确定的形状和有限的尺寸，因而，它的倒易点不是一个几何意义上的点，而是沿着晶体尺寸较小的方向发生扩展，扩展量为该方向实际尺寸的倒数的2倍。4．单晶电子衍射花样的标定有哪几种方法？图1是某低碳钢基体铁素体相的电子衍射花样，请以尝试—校核法为例，说明进行该电子衍射花样标定的过程与步骤。图1某低碳钢基体铁素体相的电子衍射花样答：一般，主要有以下几种方法：1）当已知晶体结构时，有根据面间距和面夹角的尝试校核法；根据衍射斑点的矢径比值或N值序列的R2比值法2）未知晶体结构时，可根据系列衍射斑点计算的面间距来查JCPDS（PDF）卡片的方法。3）标准花样对照法4）根据衍射斑点特征平行四边形的查表方法过程与步骤：(1)测量靠近中心斑点的几个衍射斑点至中心斑点距离R1，R2，R3，R4••••（见图）(2)根据衍射基本公式求出相应的晶面间距d1，d2，d3，d4••••(3)因为晶体结构是已知的，某一d值即为该晶体某一晶面族的晶面间距，故可根据d值定出相应的晶面族指数{hkl}，即由d1查出{h1k1l1}，由d2查出{h2k2l2}，依次类推。dLR1一、已知晶体结构衍射花样的标定1.尝试-核算（校核）法1)测量靠近中心斑点的几个衍射斑点至中心斑点距离R1，R2，R3，R4••••（见图）2)根据衍射基本公式dLR1求出相应的晶面间距d1，d2，d3，d4••••3)因为晶体结构是已知的，某一d值即为该晶体某一晶面族的晶面间距，故可根据d值定出相应的晶面族指数{hkl}，即由d1查出{h1k1l1}，由d2查出{h2k2l2}，依次类推。(4)测定各衍射斑点之间的夹角。(5)决定离开中心斑点最近衍射斑点的指数。若R1最短，则相应斑点的指数应为{h1k1l1}面族中的一个。对于h、k、l三个指数中有两个相等的晶面族（例如{112}），就有24种标法；两个指数相等、另一指数为0的晶面族（例如{110}）有12种标法；三个指数相等的晶面族（如{111}）有8种标法；两个指数为0的晶面族有6种标法，因此，第一个指数可以是等价晶面中的任意一个。(6)决定第二个斑点的指数。第二个斑点的指数不能任选，因为它和第1个斑点之间的夹角必须符合夹角公式。对立方晶系而言，夹角公式为222222212121212121coslkhlkhllkkhh决定了两个斑点后，其它斑点可以根据矢量运算求得213RRR即h3=h1+h2k3=k1+k2L3=L1+L2根据晶带定律求零层倒易截面的法线方向，即晶带轴的指数.222111][lkhlkhgguvw7)决定了两个斑点后，其它斑点可以根据矢量运算求得213RRR即h3=h1+h2k3=k1+k2L3=L1+L28)根据晶带定律求零层倒易截面的法线方向，即晶带轴的指数222111][lkhlkhgguvwh1k1l1h1k1l1h2k2l2h2k2l2uvw材料结构分析试题2（参考答案）一、基本概念题（共8题，每题7分）1．实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以Fe为主要成分的样品，试选择合适的X射线管和合适的滤波片？答：实验中选择X射线管的原则是为避免或减少产生荧光辐射，应当避免使用比样品中主元素的原子序数大2~6（尤其是2）的材料作靶材的X射线管。选择滤波片的原则是X射线分析中，在X射线管与样品之间一个滤波片，以滤掉Kβ线。滤波片的材料依靶的材料而定，一般采用比靶材的原子序数小1或2的材料。分析以铁为主的样品，应该选用Co或Fe靶的X射线管，它们的分别相应选择Fe和Mn为滤波片。2．下面是某立方晶系物质的几个晶面，试将它们的面间距从大到小按次序重新排列：（123），（100），（200），（311），（121），（111），（210），（220），（130），（030），（221），（110）。答：它们的面间距从大到小按次序是：（100）、（110）、（111）、（200）、（210）、（121）、（220）、（221）、（030）、（130）、（311）、（123）。3．衍射线在空间的方位取决于什么？而衍射线的强度又取决于什么？答：衍射线在空间的方位主要取决于晶体的面网间距，或者晶胞的大小。衍射线的强度主要取决于晶体中原子的种类和它们在晶胞中的相对位置。4．罗伦兹因数是表示什么对衍射强度的影响？其表达式是综合了哪几方面考虑而得出的？答：罗仑兹因数是三种几何因子对衍射强度的影响，第一种几何因子表示衍射的晶粒大小对衍射强度的影响，罗仑兹第二种几何因子表示晶粒数目对衍射强度的影响，罗仑兹第三种几何因子表示衍射线位置对衍射强度的影响。5．磁透镜的像差是怎样产生的?如何来消除和减少像差?答：像差分为球差,像散,色差.球差是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的.增大透镜的激磁电流可减小球差.像散是由于电磁透镜的周向磁场不非旋转对称引起的.可以通过引入一强度和方位都可以调节的矫正磁场来进行补偿.色差是电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的.稳定加速电压和透镜电流可减小色差.6．别从原理、衍射特点及应用方面比较X射线衍射和透射电镜中的电子衍射在材料结构分析中的异同点。答：原理:X射线照射晶体，电子受迫振动产生相干散射；同一原