XRD的原理及应用素材.ppt

点阵常数测定中的精确度涉及的问题 点阵常数测定中的精确度涉及两个独立的问题，即波长的精度和布拉格角的测量精度。波长的问题主要是X射线谱学家的责任，衍射工作者的任务是要在波长分布与衍射线分布之间建立一一对应的关系。知道每根反射线的密勒指数后就可以根据不同的晶系用相应的公式计算点阵常数。晶面间距测量的精度随θ角的增加而增加，θ越大得到的点阵常数值越精确，因而点阵常数测定时应选用高角度衍射线。误差一般采用图解外推法和最小二乘法来消除，点阵常数测定的精确度极限处在1×10-5附近。 3、应力的测定 X射线测定应力以衍射花样特征的变化作为应变的量度。应力主要有宏观应力和微观应力，应力的测定主要采用衍射仪法。 宏观应力均匀分布在物体中较大范围内，产生的均匀应变表现为该范围内方向相同的各晶粒中同名晶面间距变化相同，导致衍射线向某方向位移，这就是X射线测量宏观应力的基础。 微观应力在各晶粒间甚至一个晶粒内各部分间彼此不同，产生的不均匀应变表现为某些区域晶面间距增加、某些区域晶面间距减少，结果使衍射线向不同方向位移，使其衍射线漫散宽化，这是X射线测量微观应力的基础。超微观应力在应变区内使原子偏离平衡位置，导致衍射线强度减弱，故可以通过X射线强度的变化测定超微观应力。 X射线测定应力具有非破坏性，可测小范围局部应力，可测表层应力，可区别应力类型、测量时无需使材料处于无应力状态等优点，但其测量精确度受组织结构的影响较大，X射线也难以测定动态瞬时应力。 X射线应力仪 X射线应力仪的结构示意图如图，其核心部份为测角仪。 应力仪的测角仪为立式，测角仪上装有可绕试件转动的X射线管和计数管（即辐射探测器）。 通过ψ0调节使X射线管转动，以改变入射线的方向。从X射线管1发出的X射线，经入射光阑2照到位于试样台3的试件4上，衍射线则通过接收光阑5进入计数管6。计数管在测角仪圆上的扫描速度可以选择,扫描范围为110~170°。 4、晶粒尺寸和点阵畸变的测定 多晶体材料的晶粒尺寸是影响其物理、化学等性能的一个重要因素. 用X 射线衍射法测量小晶粒尺寸是基于衍射线剖面宽度随晶粒尺寸减小而增宽这一实验现象, 这就是1918年谢乐( Scherrer)首先提出的小晶粒平均尺寸( D ) 与衍射线真实宽度之间有的数学关系( 3), 该式也称为谢乐公式, 其中D 为晶粒的平均尺寸; K 为接近1的常数; K为特征X 射线衍射波长; B为衍射线剖面的半高宽, 即半峰宽, H为布拉格角. 在晶粒尺寸和点阵畸变测定过程中，需要做的工作有两个：⑴ 从实验线形中得出纯衍射线形，最普遍的方法是傅里叶变换法和重复连续卷积法。⑵ 从衍射花样适当的谱线中得出晶粒尺寸和缺陷的信息。这个步骤主要是找出各种使谱线变宽的因素，并且分离这些因素对宽度的影响，从而计算出所需要的结果。主要方法有傅里叶法、线形方差法和积分宽度法。 5、结晶度的测定 结晶度定义为结晶部分重量与总的试样重量之比的百分数，是影响材料性能的重要参数。在一些情况下, 物质结晶相和非晶相的衍射图谱往往会重叠。结晶度的测定主要是根据结晶相的衍射图谱面积与非晶相图谱面积的比, 在测定时必须把晶相、非晶相及背景不相干散射分离开来。基本公式为: 其中Xc为结晶度，Ic为晶相散射强度，Ia为非晶相散射强度，K为单位质量样品中晶相与非晶相散射系数之比 结晶度是结晶峰面积与总面积之比 目前主要的分峰法有几何分峰法、函数分峰法等。范雄等采用X射线衍射技术测定了高聚物聚丙烯(PP)的结晶度，利用函数分峰法分离出非晶峰和各个结晶峰，计算出了不同热处理条件下聚丙烯的结晶度，得出了聚丙烯结晶度与退火时间的规律。 6、晶体取向及织构的测定 晶体取向的测定又称为单晶定向，就是找出晶体样品中晶体学取向与样品外坐标系的位向关系。虽然可以用光学方法等物理方法确定单晶取向，但X 衍射法不仅可以精确地单晶定向，同时还能得到晶体内部微观结构的信息。一般用劳埃法单晶定向，其根据是底片上劳埃斑点转换的极射赤面投影与样品外坐标轴的极射赤面投影之间的位置关系。透射劳埃法只适用于厚度小且吸收系数小的样品,背射劳埃法就无需特别制备样品，样品厚度大小等也不受限制，因而多用此方法。 多晶材料中晶粒取向沿一定方位偏聚的现象称为织构，常见的织构有丝织构和板织构两种类型。为反映织构的概貌和确定织构指数，有三种方法描述织构: 极图、反极图和三维取向函数，这三种方法适用于不同的情况。对于丝织构，要知道其极图形式，只要求出其丝轴指数即可，照相法和衍射仪法是可用的方法。板织构的极点分布比较复杂，需要两个指数来表示，且多用衍射仪进行测定。 五、X射线衍射的进展 1、 X射线衍射在薄膜材的应用 研究薄膜材料的结构参数如厚度、应力分布、表面／界面粗糙度等信