第四章-x射线的多晶衍射分析及其应用.ppt

材料研究与测试方法 4 X射线的多晶衍射分析及其应用 4.1 X射线衍射仪 4.2 X射线物相分析 4.3 点阵常数的精确测定 4.4 宏观应力的测定 4.5 微观应力及晶粒大小的测定 4.6 非晶态物质及其晶化后的衍射 4.7 膜厚的测量 4.8 多晶体的织构分析 Ｘ射线衍射分析 单晶—λ变化 θ不变 劳厄法 λ不变 θ变化 周转晶体法 多晶—粉末法 λ不变 θ变化 德拜法 衍射仪法 一、德拜法照相机的结构和工作原理 由于晶体中有很多组面网，而每组面网有不同的值，因此满足布拉格方程和结构因子的所有面网所产生的衍射线形成一系列的园锥，而这些园锥的顶角为不同的4θhkl； 一、德拜法照相机的结构和工作原理 由于底片是围绕粉末柱环形安装的，所以在底片上衍射线表现为一对对称的弧线（θ=450时为直线），一对弧线代表一组面网（dhkl）每对弧线间的距离为4θhkl，所张的弧度为： S=R4θhkl 德拜法就是利用X射线的照相效应，用底片感光形式来记录样品所产生的衍射花样。 衍射花样的记录、测量及计算 记录方式： 按底片的安装方式不同，有三种方法： 正 装 反 装 不对称装 测量与计算： I相对—目测估计、测微光度计测量 dhkl —从底片上测量计算、使用d尺 四、德拜法的试样制备 试样必须具有代表性；试样粉末尺寸大小要适中，试样粉末不能存在应力 脆性材料可以用碾压或用研钵研磨的方法获取；对于塑性材料（如金属、合金等）可以用锉刀锉出碎屑粉末 四、德拜法的试样制备 试样尺寸：(φ0.4-0.8)×(5-10)mm的圆柱样品。 制备方法有： （1）细玻璃丝涂上胶水，捻动玻璃丝粘结粉末。 （2）用石英毛细管、玻璃毛细管来制备试样。将粉末填入石英毛细管或玻璃毛细管中制成试样。 （3）用胶水将粉末调成糊状注入毛细管中，从一端挤出2-3mm长作为试样。 五、德拜法的实验参数选择 选择阳极靶和滤波片是获得一张清晰衍射花样的前提。 根据吸收规律，所选择的阳极靶产生的X射线不会被试样强烈地吸收，即Z靶 = Z样+1或Z靶 Z样 滤波片的选择是为了获得单色光，避免多色光产生复杂的多余衍射线条。 实验中通常仅用靶材产生的Kα线条照射样品，因此必须滤掉Kβ等其它特征射线。 在确定靶材后，选择滤波片的原则是： 当Z靶≤40时,Z滤=Z靶-1;当Z靶40时,Z滤=Z靶–2, 滤波片获得的单色光只是除Kα外其它射线强度相对很低的近似单色光。 德拜照片上的Kα与Kβ线及Kα1与Kα2的鉴别 ①Kα与Kβ线的鉴别 d=λKα/Sinθα=λKβ/Sinθβ ②Kα1与Kα2线的鉴别 　d=λKα1/Sinθα1=λKα2/Sinθα2 五、德拜法的实验参数选择 获得单色光的方法除了滤波片以外，还可以采用单色器。单色器实际上是具有一定晶面间距的晶体，通过恰当的面间距选择和机构设计，可以使入射X射线中仅Kα产生衍射，其它射线全部被散射或吸收掉。 以Kα的衍射线作为入射束照射样品是真正的单色光。但是，单色器获得的单色光强度很低，实验中必须延长曝光时间或衍射线的接受时间。 五、德拜法的实验参数选择 六、德拜相的指数标定 在获得一张衍射花样的照片后，我们必须确定照片上每一条衍射线条的晶面指数，这个工作就是德拜相的指标化。 进行德拜相的指数标定，首先得测量每一条衍射线的几何位置（2θ角）及其相对强度，然后根据测量结果标定每一条衍射线的晶面指数。 六、德拜相的指数标定 完成测量后，可以获得衍射花样中每条线对对应的2θ角，并根据布拉格方程求出产生衍射的晶面面间距d。 如果样品晶体结构是已知的，则可以立即标定每个线对的晶面指数； 如果晶体结构是未知的，则需要参考试样的化学成分、加工工艺过程等进行尝试标定。 在七大晶系中，立方晶体的衍射花样指标化相对简单，其它晶系指标化都较复杂。 七、德拜相机的分辨能力 分辨能力是指将晶面间距很相近的两组面网所产生的衍射线分开的程度。分辨能力可表示为： φ=ΔL/（Δd/d） 它表示晶面间距变化时引起衍射线条位置相对改变的灵敏程度。 4.1 X射线衍射仪 定义：利用X射线的电离效应及荧光效应，用辐射探测器来测定记录衍射线的方向和强度。 4.1 X射线衍射仪 与德拜法的区别： 首先，接收X射线方面衍射仪用辐射探测器，德拜法用底片感光； 其次衍射仪试样是平板状，德拜法试样是细丝。衍射强度公式中的吸收项μ不一样。 第三，衍射仪法中辐射探测器沿测角仪圆转动，逐一接收衍射；德拜法中底片是同时接收衍射。 4.1