材料的现代应用研究方法-X射线衍射及分析.ppt

3.5.3. X射线衍射在测定晶体结构中的一些应用 1) 固熔体成分的测定 预先做出合金元素含量与点阵常数关系，对未知成分试样进行点阵常数精密测量，可查出合金成分 对于固溶体，随第二组元的溶入，均改变固溶体点阵结构的点阵常数。间隙固溶体的点阵常数基本上与固溶体的成分成直线关系，而置换固溶体一般按指数规律变化。 间隙固溶体 置换固溶体 3.5. 多晶体分析方法 2) 有序和无序固溶体 对于同一材料的无序固溶体和有序固溶的X射线衍射时，在无序固溶体的衍射谱上有正常点阵的基本线条。而在有序固溶体的衍射图谱中，除了这些基本线条外，还出现一些新的衍射线条，通称为超结构线条。 3.5. 多晶体分析方法 无 序 有 序 3.5. 多晶体分析方法 3) 固溶体溶解度曲线的测定 固溶体溶解度曲线的测定方法很多，最常用的是精密测定点阵常数法，又称为参数法。 这种方法的基本原理是：当温度一定时，单相固溶体的点阵常数随固溶体成分的变化而变化(一般近似认为是线性变化)，但在双相区中，各相的成分不变，其点阵常数也不变化。 3.5. 多晶体分析方法 固溶度曲线测定 举例来说，一种铁氧材料，用化学分析方法可以分析出试样中含有铁和氧元素，但不能知道是氧化铁Fe2O3还是氧化亚铁FeO，或者是磁铁F3O4，或者是它们的混合物，更不可能知道它们各自的百分含量； 经X射线衍射花样分析，可以明确地告诉我们到底是哪种或哪几种化合物，且经过计算，可以得到各自的百分含量； 这就是化学分析与X射线衍射分析的本质区别。 X射线是物相鉴别最有效的方法！ 物相分析与化学分析 3.6. X射线物相分析 3.6.1. 定性相分析 定性相分析 所谓定性相分析就是根据X射线衍射图谱，判别分析试样中存在哪些物相的分析过程 定量相分析 定量相分析是在定性相分析的基础上，根据不同物相衍射峰的强度来计算物相百分含量的过程 定性相分析和定量相分析 3.6. X射线物相分析 任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构 在一定波长的X射线照射下，不同的晶体结构产生完全不同的衍射花样 不可能有两种晶体结构的衍射花样完全相同 多相试样的衍射图谱不因为存在多相而产生变化，只是各自衍射花样的机械叠加 定性相分析的基本原理 3.6. X射线物相分析 利用布拉格公式2dsinθ= λ，通过计算机将图谱中的衍射峰位转换成d值，衍射强度按百分比计算I(I=I测/I最大×100)。得出只与相的特征有关而与仪器、波长无关的d-I列表，代替实际图谱 国际标准协会测量各种已知物质的d-I数据，并存为数据库（每一个物相的数据，称为一张PDF卡片） 将试样的d-I数据与数据库中的数据对比，可检测出待测试样中的物相 3.6. X射线物相分析 3.6. X射线物相分析 2θ PDF卡片 PDF卡片实例图 PDF卡片 3.6. X射线物相分析 PDF卡片 3强线 衍射花样前反射区(2 θ90°)中三条最强衍射线对应的面间距和强度值 3.6. X射线物相分析 特殊样品的制备 对不宜研碎样品，可先将其锯成与窗孔大小相一致，磨平一面，再用橡皮泥或石蜡将其固定在窗孔内。对于片状、纤维状或薄膜样品也可类似地直接固定在窗孔内，应注意使固定在窗孔内的样品表面与样品板平齐。 避免或减少试样的择优取向 3.4. 多晶体分析方法 连续扫描连续扫描是指让试样和探测器以1：2角速度作匀速圆周运动，在转动过程中同时记录衍射强度，获得衍射图谱。其工作效率高，也具有一定的分辨率、灵敏度和精确度，适用于一般物相分析工作。 衍射仪的工作方式 3.4. 多晶体分析方法 CuSO4·nH2O 在 50℃，不同湿度下XRD图谱 3.4. 多晶体分析方法 b. 步进扫描又称阶梯扫描，试样每转动一定角度Δθ即停止，探测器记录衍射线的总强度，转动试样一定角度，重复测量。 可精确测定2θ和I。 应用：定量或点阵常数精确测定。 3.4. 多晶体分析方法 探测器与记录系统 X射线衍射仪可用的辐射探测器有正比计数器、盖革管、闪烁计数器、Si(Li)半导体探测器、位敏探测器等，其中常用的是正比计数器和闪烁计数器。 3.4. 多晶体分析方法 3.4. 多晶体分析方法 衍射谱标定就是要从衍射谱判断出试样所属的晶系、点阵胞类型、各衍射面指数并计算出点阵参数。 步骤 判断试样的晶系 判断试样的点阵胞类型 确定晶面指数 计算点阵常数 3.4.2. 衍射谱的标定 3.4. 多晶体分析方法 衍射谱的指标化是晶体结构分析和点阵常数测定的基础。 已知晶系和晶格常数，从理论上求出θ，与实验值对比，两者相接近时，表明他们有相同的晶面指数。 晶系或者晶格常数未知时，四种点阵类型衍射线出现的顺序和它们对应的衍射线指数平方和具有不同的特征。