X射线多晶体衍射-2017年11月.ppt

高等结构分析第九章 X射线多晶体衍射 一 原理 样品为多晶体（粉末） 三维衍射线变成一维衍射圆锥 ?常用衍射几何： Debye-Scherres几何，细条状样品 Bragg-Brenteno几何，平板状样品 二 衍射峰位置的测量和应用 1. 测量方法： 1）峰顶法、眼估法、微分法、拟合法 2）中点法 3）质心法 2. 点阵常数的测定和应用 1）依据：d和点阵常数的关系式 如：立方晶系 只要一条衍射线 不同晶系需要线数不同 三 衍射线强度的测量和应用 1. 衍射峰强度和测量 两种定义 一为峰值强度 二为积分强度 四 衍射线形的分析与应用 1. 影响衍射线形的各种因素 实际衍射线形是多种因素影响的卷积 4）测定织构的用处 *用冲床冲制金属零件时，往往会因择优取向产生“制耳”而造成废品 *硅钢片却需要造成001方向与硅钢片法线平行的织构 *马口铁锡的耐腐蚀性能是各向异性的 (010)(110)(011)(100) 镀锡时要控制形成(010)织构 *高温超导体YBa2Cu3O7-x的超导特性 (001)面，也即ab面能承载大的电流密度 应制备这种(001)强织构超导材料 *氮化钛镀膜具有(111)织构是耐磨的 镀膜时加在基体上的偏压愈负，(111)织构就越严重 *随着氮气分压对钛蒸发量比值的加大或基体温度的升高颜色是由淡黄经金黄向红黄转变，同步以(111)织构的减弱，(200)织构的增强 1）仪器因素 2）样品结构因素 （1）晶粒细化 晶粒越小，衍射线形就越宽 （2）残余应力与点阵畸变 均匀的畸变，则衍射线位置会发生位移 不均匀的畸变使线形加宽 2.晶粒大小与残余应变的测定 1）晶粒大小及残余应变与衍射线宽的关系 （1）衍射线宽的定义 积分宽：衍射峰的积分面积除以衍射峰高。 半高宽(FWHM)：衍射峰极大值一半处的衍射峰宽。 方差(均方宽度):定义为 其中之2?衍射峰的质心 （2）晶粒大小与衍射线宽的关系式 (Scherrer公式) ? = K? / D cos? 在 D为晶粒在此 H 衍射的反射晶面法线方向的厚度，?为半高宽定义时，K值为0.89 求得的晶粒大小是各晶粒大小的平均值 用不同(HKL)衍射求得的DHKL是不同的。 上限约为200nm （3）残余应变与衍射线宽的关系式 应变 应力 均方应变 2）衍射线形的分离 （1）K?1峰和K?2峰的分离 Rachinger法：设定由K?1和K?2形成的峰有相同的峰形、相同的峰宽，它们的强度比是2:1 混合波长?按下式计算： 分离度??按下式计算 2?角处的K?2衍射峰的强度 对于一定的仪器及一定的实验条件，可事先作好 图就可很快得出B （2）仪器线形与样品结构线形的分离 h(x)=f(x)*g(x) 要用参比样品，是近理想的完整晶体 参比样所得为纯的仪器线形g(x)， 样品线形h(x)可实际测到， 故f(x)就可从反卷积得到 反卷积的方法: 1.近似函数法：人为选择某种与h(x)，g(x)和f(x)的线形相符合的函数，通过拟合得出f(x) ?若将h(x)和g(x)都设为柯西函数 ，则可以推导出： 仪器峰宽b，结构峰宽?，总峰宽B, 均为积分峰宽。 ?若将两者都设为高斯函数 ，则关系为： ?作出 图,即可容易的求出? / B 能更满意的符合实际线形的函数 2.傅里叶变换法-Stokes法 卷积函数的傅里叶变换（FT）等于两个被卷积函数各自的傅里叶变换的乘积。 有h(x)=f(x)*g(x)，则有： H(u)=F(u)?G(u) h(x)，g(x)可从实验测得，则H(u)、G(u)可得，故F(u)亦可得。对F(u)进行傅里叶反变换，则可得f(x)。 进一步可把由晶粒细化造成的宽化和由应变造成的宽化分开,再进一步将微观应变分离为位错密度和位错分布 方差分析法的特点是有相加性， 只能在特定条件下应用 比较 3）测量晶粒大小与残余应变的应用 ?钢的表面氮化 可以大大提高表面硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳寿命 表面氮化时会生成?相（Fe2-3N），含氮