西安建筑科技大学材料学院工程硕士考试试卷.doc

西安建筑科技大学材料学院工程硕士考试试卷
材料研究方法
学生姓名： 黄文胜 学号：

题号
一
二
三
四
五
六
七
总分
得分

一、 概念（4×5=20分）
1、 光率体：表示光线在介质中传播时，折射率值随振动方向而变化的立体几何图形，称为介质的光率体，也就是说，光率体是表示光波随振动方向和相应折射率大小的光性指示体。
2、 光性非均质体：根据光线射入后是否发生双折射，所有光线传播介质分为均质体和非均质体两大类。光性非均质体，即各向异性介质，光波在其中传播时，其传播速度随其振动方向不同而发生变化，因而其折射率值也因振动方向不同而改变，其折射率值不止一个。光波进入各向异性晶体中时，除光轴方向外，都要发生双折射。中级晶族和低级晶族的晶体都是光性非均质体。
3、 二次电子：在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的核外电子叫做二次电子，这是一种真空中的自由电子。
4、 俄歇电子：在入射电子激发样品的特征х射线过程中，如果在原子内层电子能级跃迁过程中释放出的能量并不是以χ射线的形式发射出去，而是用这部分能量将空位层内的邻近或较外层电子发射出去，这种被电离出来的电子叫俄歇电子。
二、 解：四方晶系是中级晶族，属一轴晶，其光率体是以C轴为族转轴的旋转椭球体。
∵ Ne＝2.616， No＝2.832
∴ Ne ＜No，故金红石关率体为一轴负光性光率体。
最大双折射率= No－ Ne＝2.832－2.616＝0.216

入射光 c Ne＝2.616
No=2.832 No＝2.832
a
光率体为： Ne=2.616

Ne＝Np
C

N0＝ Ng

b

b

三、 解：对正光性光率体，
最高干涉色为Ng Np切面：
880×106＝ d（Ng－Np） ①
垂直Bxa切面为Nm Np切面：
210×106＝d（Nm－Np） ②
①－②得：d（Ng－Nm）＝880×106－210×106
∵ Ng－Nm＝0.019 ∴ d＝0.035mm
四、⑴定义：χ射线是一种波长10-2∽102Å的电磁波，介于紫外线和γ射线之间，同时具有波动性和粒子性特征。
⑵性质：①χ射线具有很强的穿透力，可穿透黑纸及许多可见光不透明的物质。当穿过物质时，能被偏振化并被物质吸收而使强度减弱。
②χ射线沿直线传播，即使存在电场和磁场，也不能使其传播方向发生偏转。
③χ射线肉眼不能观察到，但可以使照相底片感光。在通过一些物质时，使物质原子中的外层电子发生跃迁产生可见光；通过气体时，χ射线光子与气体发生碰撞，使气体电离。
④χ射线能够杀死生物细胞和组织。人体组织在受到χ射线的辐射时，生理上会产生一定的反应。
⑶凡是高速运动的电子流或其他高速辐射流（如γ射线、χ射线、中子流等）被突然减速时均能产生χ射线
通常情况下，由χ射线光管产生的χ射线包含各种连续的波长，构成连续谱。在χ射线光管中，由阴极灯丝发射的能量巨大的电子被电场加速后以极高的速度撞向阳极靶，加速电子的大部分能量转化为热量而损耗，而部分动能则以电磁辐射即χ射线释放。由于阴极所产生的电子数量巨大，这些能量巨大的电子撞上阳极靶上的条件和碰撞时间不可能一致，因而所产生的电磁辐射也各不相同，从而就形成了各种波长的连续χ射线。
χ射线连续谱的强度随χ射线管的管电压增加而增大，而最大强度所对应的波长λmax变小，最短波长界限λ0减小。
特征χ射线谱的产生是与阳极靶物质的原子结构紧密相关的。通常情况下，电子总是首先占满能量最低的壳层，如KL层等。当具有足够高的能量的高速电子撞击阳极靶时，会将阳极靶物质中原子K层电子撞出，在K 壳层中形成空位，原子系统能量升高，使体系处于不稳定的激发态，按能量最低原理，L、M、N…层中电子回跃入K层的空位，为保持体系的能量平衡，在跃迁的同时，这些电子会将多余的能量，以χ射线光量子的形式释放，这就是特征χ射线。
特征χ射线成为一线性光谱，由若干相互分离且具有特征波长的谱线组成，其强度大大超过连续谱线的强度并可迭加于连续谱线上。这些谱线不随χ射线光管的工作条件而变，只取决于阳极靶的物质。
五、解：①使用Kα线作为单色辐射源时，最有利的管压应为该特征谱线激发电压的三倍左右。故：
V管＝3Vk＝3×7.7＝23.1KV
②λk＝12.40/ Vk＝1.6104Å
六、解：⑴特点：①扫描电镜可直接观察大块试样，样品制备非常方便。②扫描电镜的景深大，放大倍数连续调节范围大，分辨本领比较高。尤其适合观察比较粗糟的表面如材料断口和显微组织三维形态。③扫描电镜不仅能做表面形貌分析，而且能配置各种附件，做表面成分分析，及表面晶体学位向分析。
⑵工作原理：扫描电镜的成像原理，和透射电镜大不相同，它不用什么透镜来进行放大成像，而是像闭路电视系统那样，逐点逐行扫描成

像。上图是扫描电镜工作原理示意图。由三级电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过2----3个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样品产生各种物理信号，如二次电子、背散射电子、吸收电子、χ射线、饿歇电子等。这些物理信号的强度随样品表面特征而变。他们分别被相应的收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管的栅极上，用来同步地调制显像管的电子束强度，即显像管荧光屏上的亮度。由于供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也就是供给阴极射线显像管的扫描线圈的电源，此电源发出的锯齿波信号同时控制两束电子束作同步扫描。因此，样品上电子束的位置与显像管荧光屏上的电子束的位置是一一对应的。这样，在长余辉荧光屏上就形成一幅与样品表面特征相对应的画面---某种信息图，如二次电子像、背散射电子像等。画面上亮度的疏密程度表示该信息的强弱分布。
七、解：电子探针仪是一种微区成分分析仪器，它利用被聚焦成小于1μm的高速电子束轰击样品表面，由χ射线波谱仪或能谱仪检测从试样表面有限深度和侧面扩展的微区体积内产生的特征χ射线的波长和强度，从而得到体积内为1μm3微区的定性或定量的化学成分。
我们知道，χ射线特征谱线的波长和产生此射线的样品材料的原子序数已有一定确定的关系。只有测出特征χ射线的波长，就可确定相应元素的原子序数。又因为某种元素的特征χ射线强度与该元素在样品中的浓度成比例，所以，只要测出这种特征χ射线的强度，就可算出该元素的相对含量。这就利用电子探针仪作定性、定量分析的理论依据。