【2017年整理】多晶体分析方法.ppt

第四章 多晶体衍射分析方法 引 言 工程材料大多为多晶体，多晶体X射线衍射法所用样品为粉末或多晶块体，故常称 “粉末法” 。 早期X射线衍射多采用照相法，由德国的德拜（Debye）和谢乐（Scherrer）于1916年提出的，故也称德拜-谢乐法。此法最为方便，可提供晶体结构的大多数信息。 近几十年来，衍射仪法已逐步取代了照相法。 粉末法可分为：照相法和衍射仪法。 粉末照相法：是以强度最高的单色X射线(Kα)照射粉末或多晶体样品，使之发生衍射，用照相底片记录衍射花样的方法。 第一节 德拜-谢乐法 （Debye-Scherrer method） 一、德拜花样成像原理 一、德拜花样成像原理： X射线照射多晶粉末样品，总会有足够多晶粒的某（hkl）晶面满足布拉格方程；则在与入射线呈2θ角方向产生衍射，形成以4θ顶角的衍射圆锥，称（hkl）衍射圆锥。 一、德拜花样成像原理 衍射束：均在衍射圆锥面上； 衍射圆锥：以入射束为轴，各衍射圆锥是特定晶面的反射。 不同晶面衍射角2θ不同，但各衍射圆锥共顶角（4θ）； 等同晶面：衍射圆锥重叠（2θ 相同）。 二、德拜像的摄照 德拜－谢乐法：用细长的底片围成圆筒，细棒状试样位于圆筒的轴心，X射线与圆筒轴相垂直入射到试样上。 各衍射圆锥的母线与底片相交成一系列弧对。 1、德拜相机 德拜相机：为圆筒形的暗盒（Ф57.3mm或Ф 114.6mm ），试样架、光阑和承光管等组成，底片紧贴在相机盒内壁。 X射线：从光栏中心进入，照射圆柱形试样后再进入承光管。试样Ф0.2～1.0mm、长10mm，并以相机轴为轴转动，以增加参与衍射晶粒数。 1、德拜相机 德拜相机直径：Φ57.3mm或Φ114.6mm，是为简化计算。 1、当直径为Φ57.3mm时，周长为180mm，圆心角为360o，故底片上每1mm对应 2o 圆心角。 2、当直径为Φ114.6mm时，底片上每1mm对应 1o 圆心角。 德拜像 由德拜相机拍摄的衍射照片叫德拜像，将底片展开得： 2、底片安装方式 底片安装方式：由底片开口处位置不同，可分为： 1）正装法 ：X射线从底片接口处入射，从中心孔穿出。 优点：低角衍射线接近中心孔，高角衍射线则靠近端部。 高角线分辨本领高，常可看到Kα双线。 正装法几何关系和计算较简单，常用于物相分析等工作。 2、底片安装方式 2）反装法 ：X射线从底片中心孔射入，从底片接口处穿出。 优点：高角线集中于中心孔，因弧对间距较小，由底片收缩所致误差小，适用于点阵常数测定。 2、底片安装方式 3）偏装法（不对称装法） ： X 射线从底片的两个孔射入、射出，衍射线在两孔周围。 优点：可直接由底片上测算真实圆周长，消除因底片收缩、试样偏心及相机半径不准确所致误差。目前较常用的方法。 3、试样制备 德拜法：使用圆柱试样，直径0.2～0.5mm，长10～15mm，为粉末集合体或多晶体细捧。 样品：一般须经玛瑙研钵研成微米级粉末，并将粉末与树脂匀和，再粘接到细玻璃丝上或填装入赛璐珞毛细胶管中。 块状金属：用锉刀挫成粉末，但须在真空退火，因内应力大，会导致衍射线变宽，不利于分析。 脆性样：先打碎－研磨－过筛，约250～325目（微米级）。 粉末颗粒过大：参加衍射晶粒数减少，使衍射线条不连续，粉末颗粒过细：会使衍射线条变宽，不利于衍射分析。 3、试样制备 两相以上合金粉末：须反复过筛粉碎，让全部粉末通过筛孔，混合均匀，不能只选取细粉，而将粗粉丢掉。 合金中微量相：用电解法萃取、分离，得粉末经清洗和真空干燥后，再制成圆柱试样。 金属细棒：可直接做试样。但因拉丝时产生择优取向，因此，衍射线条往往是不连续的。 4、摄照规程选择 1）阳极靶材选择原则 a）入射X光波长远大于或远小于样品吸收限，可避荧光辐射 1）阳极靶材选择原则 b）当入射光λKα靶 稍大于样品吸收限λK样 时，不激发样品的荧光辐射，处于吸收低谷，最有利于衍射。 1）阳极靶材选择原则 2）滤波片选择 滤波片材料选择：目的使入射X射线单色化。 根据阳极靶材来选择，同样用吸收限原理。应使滤波片材料吸收限λK滤 处于入射X射线λKα 与λKβ之间。 2）滤波片选择 当滤片材料的 Z滤与靶材的 Z靶满足下列条件时，可满足。 晶体单色器 用滤波片滤波的射线并不是单一波长的射线，只是 Kβ 射线的强度远远小于Kα波长的射线。 使用单色器可获得真正的单色波。 单色器：用一块单晶体，选其反射能力最强的晶面平行晶体的一个表面。 3）摄照参数选择 拍摄粉末相的常用数据 表4-1 拍摄粉末相的常用数据 三、衍射花样测量和计算 通过对德拜像的测量和计算，可获得物相、点阵类型和点阵参数等。如图为德拜法衍射几何。 三、衍射花样测量和计算 2）测量有效周长C0 在高