Рентгеновское излучение. Рентгеновское излучение имеет электромагнитную природу. Длина волн рентгеновского излучения охватывает интервал от нескольких сот ангстремов до стотысячных долей этой единицы. Чрезвычайно малые длины волн рентгеновского излучения, соизмеримые с межатомными расстояниями в твердых телах, обусловливают его способность проходить сквозь непрозрачные для светового излучения объекты. Преломление рентгеновского излучения существенно отличается от преломления света. Коэффициент преломления г рентгеновского излучения при переходе воздух - твердое тело меньше единицы, причем разность 1- г = д ничтожно мала.
Рентгеновское излучение, проходя сквозь вещество, воздействует на электроны его атомов и, в частности, сообщает электронам колебательное движение. Колеблющийся электрон испускает в пространство электромагнитные волны, частота которых совпадает с частотой его колебаний и с частотой рентгеновского излучения, вызывающего эти колебания. В результате происходит рассеяние этого излучения.
Излучение, рассеянное электронами различных атомов кристалла, интерферирует между собой и дает «отражение» от атомных плоскостей м кристалла. Это «отражение» (рис. 37) возможно лишь при соблюдении особого условия, описываемого формулой Брэгга-Вульфа, 2d sin v-n л, где d - расстояние между двумя соседними параллельными атомными плоскостями; АА1 и BB1 - межплоскостное расстояние; v - угол скольжения пучка лучей по отношению к отражающей плоскости; л - длина волны рентгеновского излучения, n - целое число (порядок отражения).
Рис. 37. Схема отражения рентгеновского излучения от атомных плоскостей кристалла.
Формула Брэгга-Вульфа является основной формулой для проведения исследований методом рентгеноструктурного анализа.
Источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка. Это излучение возникает в ней в результате взаимодействия быстро летящих электронов с атомами анода, установленного на пути электронов.
Для структурного анализа применяются рентгеновские аппараты с запаянными электронными трубками (рис. 38). Они представляют собой стеклянный баллон с двумя электродами. Катод - накаливаемая проволочная вольфрамовая спираль, анод - массивный полый медный цилиндр.
В торцовую стенку анода впрессовывают металлическую пластинку (зеркало анода), которая тормозит электроны, движущиеся от катода. В трубках для структурного анализа обычно зеркало анода изготовляют из Сr, Fе, V, Со, Ni, Сu, Мо, W.
Вольфрамовая спираль, нагретая током до 2100-2200°С, испускает электроны, которые, находясь в поле приложенного к полюсам трубки высокого напряжения, двигаются с большой скоростью к аноду. Ударяясь о зеркало анода, электроны резко тормозятся. Примерно 1% энергии при этом превращается в теплоту.
Для определения фазового состава сплава часто применяют фотометрический метод и используют установки УРС-55, УРС-60 и др. Из исследуемого металла изготовляют цилиндрический образец диаметром 0,8-1,0 мм. Его вытачивают из металла или металл измельчают в порошок, смешивают со специальным клеем и накатывают на стеклянную нить. Полученный образец устанавливают в центре камеры: по окружности камеры располагают фотопленку. Через специальное отверстие в камеру поступает рентгеновское излучение, направленное на образец. Отразившись от образца, рентгеновское излучение попадает на пленку. После определенной выдержки пленку проявляют и получают рентгенограмму. На общем фоне выявляются поперечные линии различной интенсивности, расположенные на разном расстоянии от середины пленки. Эти линии появляются в результате отражения излучения от плоскостей кристаллов различных фаз. Пользуясь формулой Брэгга-Вульфа, рентгенограмму расшифровывают: определив отношение d/n, по специальным таблицам определяют присутствующие в стали фазы. С помощью этого метода можно проводить качественный и количественный фазовый анализ сплава.
Рис. 38. Схема рентгеновской трубки:
1 – анод, 2 – электроны, 3 - нить накала (катод), 4 – контакты нити накала.
Благодаря применению этого метода анализа оказалось возможным определять степень совершенства кристаллов, их ориентировку, глубоко изучить структурные изменения, протекающие в сплавах при их пластической и термической обработке, и в процессе эксплуатации определять различные фазы в металле. Методы рентгеноструктурного анализа используют для установления оптимальных режимов технологии изготовления и обработки самых разнообразных материалов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как производят отбор и подготовку образцов для металлографического исследования?
2. Какие абразивные материалы применяют для шлифования и полиропания образцов?
3. Как проводят полирование образца механическим способом?
4. Как проводят полирование образца электролитическим способом?
5. Какие существуют методы выявления микроструктуры и в чем они заключаются?
6. Опишите принципиальную схему микроскопа.
7. Что такое разрешающая способность микроскопа и как ее можно увеличить?
8. Расскажите об устройстве микроскипа МИМ-7.
9. Расскажите об устройстве микроскопа МИМ-8М.
10. Какие исследования проводят на оптических микроскопах?
II. Для каких целей применяется метод тепловой металлографии?
12. Каким образом выявляют строение металла в вакууме при высокой температуре?
13. Как устроен высокотемпературный вакуумный микроскоп?
14. Как производят определение микротвердости?
15. Расскажите о схеме устройства просвечивающего электронного микроскопа.
16. Какие существуют методы исследования металлических образцов с помощью электронного микроскопа?
17. Как получают реплики различных видов?
18. Как проводят рентгеноструктурный анализ?