[工作范文]第四章 X射线衍射方法的实际应用.pptVIP

(一）X射线物相分析 材料或物质的组成包括两部分： 一是确定材料的组成元素及其含量； 二是确定这些元素的存在状态，即是什么物相。 材料由哪些元素组成的分析工作可以通过化学分析、光谱分析、X射线荧光分析等方法来实现，这些工作称之成份分析。 材料由哪些物相构成可以通过X射线衍射分析加以确定，这些工作称之物相分析或结构分析。 什么是物相？ 在材料科学领域，相是指具有特定结构和性能的物质状态。材料中原子的排列方式决定了晶体的相结构，原子排列方式的变化导致了相结构的变化。在一种材料中可以同时存在几种相；同种材料在不同条件下可以不同的相存在。 例如，一种材料，用化学分析方法知道由铁和氧元素组成，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，只能用X射线衍射方法来确定。 特别要指出的是，所谓相，不是指化学元素，X射线衍射不能分析出材料中所包含的化学元素。相反，化学元素成分作为物相分析的一个已知条件。 X射线物相分析 例如对于钢铁材料（Fe-C合金），成份分析可以知道其中C%的含量、合金元素的含量、杂质元素含量等等。但这些元素的存在状态可以不同，如碳以石墨的物相形式存在形成的是灰口铸铁，若以元素形式存在于固溶体或化合物中则形成铁素体或渗碳体。究竟Fe-C合金中存在哪些物相则需要物相分析来确定。用X射线衍射分析可以帮助我们确定这些物相； 进一步的工作可以确定这些物相的相对含量。前者称之X射线物相定性分析，后者称之X射线物相定量分析. 物相分析的历史与发展 1938年J.D.Hanawalt开始，以d-I数据组代替衍射花样，制备衍射数据卡片的工作 1942年“美国材料试验协会”（ASTM）出版了大约1300张衍射数据卡片，称为ASTM卡片 到1963年共出版13集，以后按每年1集的速度递增 1969年成立了“粉末衍射标准联合委员会”，简称为JCPDS的国际组织，由它负责编辑和出版粉末衍射卡片，称为PDF卡片，至2004年共54集，每集约2000张。另有通过计算机计算得出的10多集（60-79） X射线物相定性分析原理 X射线物相分析是以晶体结构为基础，通过比较晶体衍射花样来进行分析的。 对于晶体物质中来说，各种物质都有自己特定的结构参数（点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子或分子的数目、位置等），结构参数不同则X射线衍射花样也就各不相同，所以通过比较X射线衍射花样可区分出不同的物质。 当多种物质同时衍射时，其衍射花样也是各种物质自身衍射花样的机械叠加。它们互不干扰，相互独立，逐一比较就可以在重叠的衍射花样中剥离出各自的衍射花样，分析标定后即可鉴别出各自物相。 定性判断结晶与取向 由照片判断 非晶无取向 弥散环 非晶取向 赤道线上的弥散斑 结晶无取向 有系列同心锐环 结晶取向 有系列对称弧 结晶高度取向 对称斑点 由衍射仪判断 “宽隆”峰：表明无定形 “尖锐“峰：表明存在结晶或近晶 X射线物相定性分析原理 目前已知的晶体物质已有成千上万种。事先在一定的规范条件下对所有已知的晶体物质进行X射线衍射，获得一套所有晶体物质的标准X射线衍射花样图谱，建立成数据库。 当对某种材料进行物相分析时，只要将实验结果与数据库中的标准衍射花样图谱进行比对，就可以确定材料的物相。 X射线衍射物相分析工作就变成了简单的图谱对照工作。 PDF卡片 PDF卡片 PDF卡片 PDF卡片 PDF卡片 PDF卡片 PDF卡片 物相分析案例（Al2O3） Fink Index——在物相未知的情况下，选用三强线用数值索引 Alphabetical Index——在物相已知的情况下，用英文名称索引 1. 按照Al2O3英文名称Aluminum Oxide查。 2.在第17、18页，根据化学成分Al2O3，可能的卡片有13个。 3.根据三强线 2.55、2.09、1.60，查到卡片为10-173。 根据PDF卡片确定物相 根据PDF卡片确定物相 粉末衍射卡片的索引 在实际的X射线物相分析工作中，通过比对方法从浩瀚的物质海洋中鉴别出实验物质的物相决非易事。为了从几万张卡片中快速找到所需卡片，必须使用索引书。目前所使用的索引有以下二种编排方式： （1）数字索引 （2）字母索引 物相定性分析方法 如待分析试样为单相，在物相未知的情况下可用索引进行分析。用数字索引进行物相鉴定步骤如下： 1 根据待测相的衍射数据，得出三强线的晶面间距值d1、d2和d3（并估计它们的误差）。 2 根据最强线的面间距d1，在数字索引中找到所属的组，再根据d2和d3找到其中的一行。 物相定性分析方法 3 比较此行中的三条线，看其相对强度是否与被摄物质的三强线基本一致。如d和I/I1都基本一致，则可初步断定未