第四章多晶体粉末衍射.ppt

第四章 多晶体的分析方法 4.1 引言 ? 多晶体衍射的照相方法采用单色(标识)X射线作辐射源，被分析的试样多数情况为很细(10－310－5厘米)的粉末，故称之为粉末法。具体如下： 试样：多晶粉末集合体、粉末园柱或其它多晶试样； 辐射：标识谱（即特征谱）； 记录：照相法。用长条形底片，用德拜相机摄照。 衍射花样：衍射弧对（对称弧对）——德拜环。 讯号：衍射谱线的位置、强度大小、线形等。 信息：晶体结构、 点阵常数；定性物相分析、定量物相分析；宏观内应力、微观内应力（线型）; 晶块大小（线型）。 衍射实验方法：德拜法（照相法）、衍射仪法另外介绍（辐射探测器） 4.2 粉末法成像原理 粉末试样是由数目极多的微小晶粒组成。晶粒的取向完全是任意无规则的。 如果采用倒易空间的概念，各晶面的倒易矢量分布于整个倒易空间的各个方向，而它们的倒易结点布满在以倒易矢量的长度|g*|为半径的倒易球面上。 4.3 德拜—谢乐法 4.3.1 ?相机结构特点 德拜照相机是按图4 -2 的衍射几何原理设计的德拜法实验专用相机。如图，相机是由一个带有盖子的不透光的金属圆筒型外壳、试样架、光栏、承光管、调中及维持试样旋转或摆动的装置等部分组成。（具体在实验时介绍） 试样先要用胶泥粘在试样杆上，再安装在相机中心的试样架上，调整到与相机轴线同心。并由马达带动绕轴旋转。 4.3.2 相机直径 德拜相机的直径一般为57.3mm或114.6mm，底片上每1mm长度对应1°或 2°的园心角。 当直径D=57.3mm时,其周长 πD=180 mm 对应360°, 即：底片上每1mm长度对应2°的圆心角。 当直径D=114.6 mm 时，其周长πD=360 mm 对应360°，即：底片上每1mm长度对应1°的圆心角。 实验中，只要量出底片上的弧对间距便可知衍射圆锥的顶角（4θ）。这样的相机直径可使衍射花样的计算简化。 4.3.3 德拜相机的分辨本领 照相机的分辨本领，是一定波长的X射线照射两个相邻晶面时，衍射花样中两条相邻线条分离程度的定量表征。即底片上两根衍射线条能够分开的程度。它表示晶面变化时引起线条位置相对变化的灵敏度。 定义：若试样晶体的面间距d 发生微小改变 △d，在衍射花样中引起线条位置的相应变化为△L，则 相机的分辨率本领 ? 为： ? =ΔL/(Δd/d)，如相机的半径为 R，则： 4.3.4 影响相机分辨率的因素 相机直径2R→ 当直径增加时，? 增加。 即大直径相机的 ? 大于小直径的。在57.3mm直径的相机上分不开的线条，到了114.6mm直径的相机上可以分开。但采用大直径的相机后，曝光时间大量增加。所以一般工作中使用较小的相机（直径2R=57.3 mm） ? 值→ ?增大时，? 增大。在低角区分不开的kα和Κβ线条，在高角区可以分开，衍射分析工作中要充分利用高角区的线条。 ? 值→ ?增大时， ? 增大，可能的情况下应尽量选用长波长的靶子照相； 面间距d值→ 面间距d 越大，分辨本领越低，对大晶胞的试样尽量用长波长X射线。 4.3.5 相机性能 一台好的德拜相机必须具有的性能有： ①．衍射线要细，以便精确测定谱线位置； ②．光栏和承光管的“死区”要小，才能记录下更多的谱线； ③．衍射线的衬度要高。要求寄生散射，如连续谱、光栏散射 试样中无关物质（如胶水等试样粘结剂）的散射、空气的散射等尽可能弱，使照片的背景浅，以便把那些强度最弱的线条都辨认出来； ④．曝光时间短。相机的半径越小越好（一般用D＝57.3 mm 的德拜相机），这样效率高； ⑤．分辨率高。 上述要求是互相矛盾的，不能同时满足。 4.4 德拜法实验技术 4.4.1 试样制备 德拜法实验采用细圆柱状的粉末集合体试样或多晶体细棒。为获得适用粒度的粉末，事先要作出一系列处理。 (1).粉末处理：脆性材料先用锤子敲碎，韧性金属则用锉刀锉下（注意不能掺入工具的粉末）。再将较粗的粉末置于玛瑙研钵中充分细研，亦可用球磨机粉碎。 (2).粉末粒度：10-3 - 10-5 cm， 要求得到的粉末要通过250－325目的筛孔。 颗粒过大（10-3cm），晶粒数目很少，衍射线条不连续； 颗粒过细（10-5cm），衍射线条宽化。 (3).粉末粘接 ：一般引用一根 ?＝0.2－0.3mm的细玻璃丝，粘一层胶水，在制好的粉末中滚动蘸上一层结实粉末即成。 ? 制得的粉末圆柱试样必须是长10mm，直径? = 0.5－0.8mm 的均匀直棒，将圆柱试样插在相机中心的橡皮泥上即可。 4.4.2 底片