復(fù)合材料測試方法第一章(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 子被碰到一邊，成為反沖電子，同時(shí)在 ?角度下產(chǎn)生一 個新光子，由于入射光子一部分能量轉(zhuǎn)化成為電子的動能，因此，新光子的能量必然較碰撞前的能量 hν為小。散射輻射的波長 λ應(yīng)略較入射光束的波長 λ′為長。由于這種散射的波長、相位和角度都不同，因此不會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，故稱之為非相干散射。 復(fù)合材料測試方法 第一章 X射線 非彈性碰撞 ? ，方向，變化 反沖電子 波長、周期和相位不同 不相干 波長變化根據(jù)能量及動量守恒定律有： ? ? = ?? ? = (1cos ?) Z↓，非相干散射 ↑；在衍射圖上出現(xiàn)連續(xù)背景，給衍射分析帶來不利。 復(fù)合材料測試方法 第一章 復(fù)合材料測試方法 第一章 如圖所示，強(qiáng)度為 I的入射線照射到厚度為 t的均勻物質(zhì)上，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng) X射線通過深度為 x處的 dx厚度物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度的相對衰減d I x／ I x與 dx成正比，即： d I x／ IL＝一 μ Ldx 稱線吸收系數(shù)。上式經(jīng)積分得： I=I0eμt I為透過強(qiáng)度， I0為入射強(qiáng)度， μ線吸收系數(shù)， t為厚度。 4. X射線吸收 光電效應(yīng)與俄歇效應(yīng) (1) 光電效應(yīng) —以 X射線產(chǎn)生 X射線的過程。 (2) 俄歇效應(yīng) —以 X射線產(chǎn)生 X射線，但該射線不輻射出而是再激發(fā)其它電子的過程。 復(fù)合材料測試方法 第一章 復(fù)合材料測試方法 第一章 (1) 光電效應(yīng) 當(dāng) X射線光電子具有足夠高的能量時(shí)，可以將被照射物質(zhì)原子中內(nèi)層電子激發(fā)出來，使原子處于激發(fā)狀態(tài)、通過原子中殼層上的電子躍遷，輻射出 X射線特征譜線。這種利用 X射線激發(fā)作用而產(chǎn)生的新的特征譜線叫做二次特征輻射，也稱為熒光 X射線。顯然，入射 X射線光量子的能量 hv必須等于或大于將此原子某一完層的電子激發(fā)出所需要的脫出功。例如，激發(fā) K系熒光 X射線的入射 X射線光量子的能量最小值為： hνk=hc/ λk≥eVk 或者波長必須滿足： λk≤復(fù)合材料測試方法 第一章 原子中一個 K層電子被激發(fā)出以后， L層的一個電子躍入 K層填補(bǔ)空穴，剩下的能量不是以輻射光量子能量輻射出來，而是促使 L層的另一個電子跳到原子之外，即 K層的一個空穴被 L層的兩個空位所代替，此過程稱為俄歇 (Auger)效應(yīng)。 它也造成原 X射線的減弱，但也被利用于材料表面物理的研究。 (2) 俄歇效應(yīng) 復(fù)合材料測試方法 第一章 （ 1）利用吸收限作原子內(nèi)層能級圖 如果入射 X射線剛好能擊出原子內(nèi)的 K層電子，則 X射線光子能量為 Wk，則： Wk=hνk=hc/ λk 用儀器測出 X射線的波長 λk ，即可得到物質(zhì)的吸收限，從而確定出 K系的能級圖。同樣， L， M，N…… 的能級也可根據(jù) L， M， N… 得吸收限定出對應(yīng)各殼層的能級圖。 吸收限的應(yīng)用 復(fù)合材料測試方法 第一章 (2)激發(fā)電壓的計(jì)算 利用加速電子束轟擊某元素作成產(chǎn)生 K標(biāo)識譜線，電子束能量至少等于： Wk=eVk=hνk=hc/ λk 由此得出所需的 K層激發(fā)電壓為： λk＝ （ nm) Vk=（千伏） λk稱為激發(fā)限，從 X射線吸收的角度講又可稱吸收限， Vk稱 K系激發(fā)電壓。 (3) X射線探傷 (透視 ) X射線探傷 (透視 )是 X射線穿透性的應(yīng)用。是對吸收體 (材料或生物體 )進(jìn)行無損檢驗(yàn)的一種方法。這種方法主要是根據(jù) X射線經(jīng)過衰減系數(shù)不同的吸收體時(shí)，所穿過的射線強(qiáng)度不同而實(shí)現(xiàn)的。若被檢驗(yàn)的物質(zhì)中存在著氣泡、裂紋、夾雜物或生物體中的病變等，這些部位對 X射線的吸收各不相同。因此，在透射方向的感光底片上使出現(xiàn)深淺各異的陰影。根據(jù)陰影可判斷出物質(zhì)內(nèi)部缺陷的部位和性質(zhì)。一般缺陷的厚度僅為吸收體厚度的 1％時(shí)，即可被檢驗(yàn)出來。 復(fù)合材料測試方法 第一章 復(fù)合材料測試方法 第一章 (4)濾波 (光 )片 可以利用吸收限兩側(cè)吸收系數(shù)差別很大的現(xiàn)象制成濾光片，用以吸收不需要的輻射而得到基本單色的光源。 如前所述， K系輻射包含 K? 和 K? 譜線，在多晶衍射分析中，必須除去強(qiáng)度較低的 K?譜 線。為此可以選取一種材料制成濾波片，放置在光路上，這種材料的 K吸收限 λk處于光源的 λk和 λk輻射線之間，即： λk ?(光源 )＜ λk(濾片 )＜ λk ?(光源 ) 它對光源的 K?輻射吸收很強(qiáng)烈，而對 K? 吸收很少，經(jīng)過濾波片后的發(fā)射光譜變成如圖的形態(tài)。 復(fù)合材料測試方法 第一章 濾波片原理示意圖 復(fù)合材料測試方法 第一章 通常均調(diào)整濾波片的厚度 (按吸收公式計(jì)算 )使濾波后的 I K? ／ I K? ≈1／ 600(在未濾波時(shí)二者強(qiáng)度比為 1／5)。實(shí)驗(yàn)表明，濾波片元素的原子序數(shù)均比靶元素的原子序數(shù)小 1—2。 當(dāng) Z靶 ＜ 40時(shí)， Z片 =Z靶 1； Z靶 ≥40時(shí)， Z片 =Z靶 2 元素的吸收譜還可作為選擇 X射線管靶材的重要依據(jù)。在進(jìn)行衍射分析時(shí)，總是希望試樣對 X射線的吸收盡可能地少，獲得高的衍射強(qiáng)度和低的背底。最合理的選擇方法是，陽極靶的 K?譜線波長稍大于試樣元素的 K吸收限，而且又要盡量靠近 λk ；這樣既不產(chǎn)生K系熒光輻射，試樣對 X射線的吸收也最小。 一般的選靶原則是： Z靶 ＝ Z試 +1。 吸收限 (吸收邊 )： 一個特征 X射線譜系的臨界激發(fā)波長，即 μm突變點(diǎn)對應(yīng)的波長。 在元素的 X射線吸收光譜中， μm 發(fā)生突變；呈現(xiàn)非連續(xù)性；上一個譜系的吸收結(jié)束，下一個譜系的吸收開始。 能級 (M→K)↓, 吸收限 (波長 )↓， 激發(fā)需要的能量 ↑。 復(fù)合材料測試方法 第一章 復(fù)合材料測試方法 第一章 問題 X射線激發(fā)電壓 V激 ？ 復(fù)合材料測試方法 第一章 復(fù)合材料測試方法 第一章 第 1章 X射線衍射分析 第一節(jié) X射線的產(chǎn)生及性質(zhì) 第二節(jié) X射線與物質(zhì)的作用 第三節(jié) X射線衍射原理 1. 晶體與晶體結(jié)構(gòu) 2. 晶面指數(shù) 3. 晶面間距 4. 倒易點(diǎn)陣 7. 布拉格公式的應(yīng)用 8. X射線衍射線的強(qiáng)度 第四節(jié) X射線衍射分析方法 第五節(jié) X射線衍射分析的應(yīng)用 復(fù)合材料測試方法 第一章 第三節(jié) X射線衍射原理 利用 X射線研究晶體結(jié)構(gòu)中的各類問題，主要是通過X射線在晶體中所產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象進(jìn)行的。當(dāng)一束 X射線照射到晶體上時(shí)，首先被電子所散射，每個電子都是一個新的輻射波源，向空間輻射出與入射波相同頻率的電磁波。在一個原子系統(tǒng)中所有電子的散射波都可以近似地看作是由原子中心發(fā)出的。因此，可以把晶體中每個原子都看成是一個新的散射波源，它們各自向空間輻射與入射波相向頻率的電磁波。由于這些散射波之間的干涉作用使得空間某些方向上的波互相疊加，可以觀測到衍射線；而在另一些方向上的波是互相抵消的，就沒有衍射線產(chǎn)生。所以，X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)上是大量的原子散射波互相干涉的結(jié)果。 每種晶體產(chǎn)生的衍射花樣都反映出晶體內(nèi)部的原子分布規(guī)律。 復(fù)合材料測試方法 第一章 衍射花樣的特征認(rèn)為是由兩個方面組成的，一方面是衍射線在空間的分布規(guī)律，另一方面是衍射線束的強(qiáng)度。 衍射線的分布規(guī)律是由晶胞的大小、形狀和位向決定的，而衍射線的強(qiáng)度則取決于原子在晶胞中的位置、數(shù)量和種類。 因此，衍射現(xiàn)象與晶體結(jié)構(gòu)之間所建立的定性和定量的關(guān)系，是 X射線衍射理論所要解決的中心問題。 ①晶態(tài)與非晶態(tài) 從結(jié)構(gòu)角度觀察物質(zhì)時(shí)分兩類： 晶 態(tài)：原子、原子團(tuán)或分子有序周期性排列； 非晶態(tài)：原子、原子團(tuán)或分子不存在有序周期性排列規(guī)則。 ②晶體結(jié)構(gòu) 晶體結(jié)構(gòu)是指晶體中原子、原子團(tuán)的具體分布情況，通常用晶胞參數(shù)來描述晶體結(jié)構(gòu)。 復(fù)合材料測試方法 第一章 復(fù)合材料測試方法 第一章 復(fù)合材料測試方法 第一章 晶體結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)分布除周期性 外，還具有 對稱性 。因此，與晶體結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的空間點(diǎn)陣，也同樣具有周期性和對稱性。為了使單位晶胞能同時(shí)反映出空間點(diǎn)陣的周期性和對稱性，簡單晶胞 選取晶胞的條件 是：①能同時(shí)反映出空間點(diǎn)陣的周期性和對稱性；②在滿足①的條件下，有盡可能多的直角；③在滿足①和②的條件下，體積最小。 是不能滿足要求的，必須選取比簡單晶胞體積更大的復(fù)雜晶胞。在復(fù)雜晶胞中，結(jié)點(diǎn)不僅可以分布在頂點(diǎn)，而且也可以分布在體心或圓心 。 復(fù)合材料測試方法 第一章 法國晶體學(xué)家布拉菲經(jīng)長期的研究表明，按上述三條原則選取的 陣胞只能有 14種 ，稱為 14種布拉菲點(diǎn)陣 。根據(jù)結(jié)點(diǎn)在陣胞中位置的不同，可將 14種布拉菲點(diǎn)陣分為 4種點(diǎn)陣類型 （簡單 P、底心 C、體心 I、面心 F)。 陣胞（晶胞）的形狀和大小用相交于某一頂點(diǎn)的三條棱邊上的點(diǎn)陣周期 a、 b、 c以及它們之間的夾角 ? 、 ? 、 ?來描述。習(xí)慣上以 b、 c之間的夾角為 ? ， a、 c之間的夾角為 ? ， a、 b之間的夾角為 ? 。 a、 b、 c和 ? 、 ? 、 ?稱為點(diǎn)陣常數(shù)或晶胞參數(shù)。 復(fù)合材料測試方法 第一章 晶格常數(shù) ：軸率 a: b:c 及軸角合稱為晶格常數(shù)。各晶系對稱程度不一樣，晶格常數(shù)也不樣。各