材料分析方法 第六章a教材

第六章 X射线衍射方法,X射线衍射方法,多晶体衍射方法,衍射仪法,粉末照相法,德拜法,聚焦法,单晶体衍射方法,劳埃法,透射劳埃法,四园衍射仪法,周转晶体法,背射劳埃法,针孔法,第一节 多晶体衍射方法,一、照相法 定义:以特征X射线照射多晶试样，用底片记录衍射花样的方法。,照相法分为三种: 德拜法、针孔法、聚焦法。,德拜（Debye）法: 底片位于相机圆筒内表面，试样位于中心轴上。,针孔法: 底片为平板形与X射线束垂直放置，试样放在二者之间适当位置。,聚焦法: 底片、试样、X射线源均位于圆周上。,1. 成像原理与衍射花样特征,多晶体衍射的厄瓦尔德图解如下图， 样品中各晶粒同名（）面倒易点集合而成倒易球面，倒易球与反射球交线为圆环.,K,样品各晶粒同名（）面衍射线构成以入射线为轴、为半锥角的圆锥体（）衍射圆锥，, r*100 r*110 r*111,以立方P格子为例,不同（）面的衍射角不同，构成不同的衍射圆锥, 但各衍射圆锥共顶.,针孔法：用垂直入射线方向的平板底片记录衍射信息，获得的衍射花样是一些同心的衍射环各（）衍射圆锥与平板底片的交线。,100,110,111,111,110,100,德拜法：用卷成圆柱状并与样品同轴的底片记录衍射信息，获得的衍射花样是一些衍射弧（对）各（）衍射圆锥与底片的交线。,100,110,110,100,2.德拜相机与实验技术,（1）德拜相机,构成：圆筒形外壳、样品架、光栏、后光栏等。,底片紧贴相机外壳内壁安装。 样品架在相机中心轴上，使圆柱形样品与相机中心同轴。 光栏的作用：限制入射线的发散度等。,穿透样品后的入射线进入后光栏，经过一层黑纸和荧光屏后被铅玻璃吸收.,（2）样品制备,样品一般经过粉碎、研磨、过筛等过程，最后粘接为细圆柱状。 粉末粒度250325目。当粉末粒度过大（10-3cm）时，参加衍射的晶粒数减少，衍射线条不连续，成为点列状线段； 粉未过细（10-5cm）时，衍射线条变宽，2测量不准。,（3）底片的安装,将底片打孔后紧贴相机内壁安装。安装方法分三种： 正装法 反装法 偏装法,(4)选靶与滤波, 选靶 选靶：选择X光管的靶极材料. 基本要求: 靶材产生的特征X射线尽可能少地激发样品的荧光辐射. 选靶规则: Z靶 Z样 原因见自学材料, 滤波：在X射线源和样品之间放置滤波片，以吸收K，保留K ，产生单一的衍射花样。 当Z靶 40时，Z滤Z靶2,例：对于Cu (29)靶, 选Ni (28) 作滤波片； 对于Mo (42) 靶, 选Zr (40) 作滤波片。,（5）摄照参数的选择,管电压 = 靶材激发电压的35倍。 例: 对于Cu靶, 工作电压一般取值3540kV,是其激发电压（8.98kV）的3.94.5倍。 管电流: 管额定电流。 摄照时间: 试照确定。,(6)衍射花样的测量和计算, 通过测量底片上衍射线条的相对位置计算角,前反射区（290） 2LR·4 R 相机半径； 2L 衍射弧对间距 弧度 若用角度表示,背反射区 (2 90) 2LR·4（为弧度） 若用角度表示，则:,式中，2 =180- 2 90,已知，通过布拉格方程可算出d值。, 确定各衍射线条的相对强度,目测：分很强(vs)、强(s)、 中(m)、弱(w)、很弱(vw),3. 衍射花样指数标定,定义: 确定照片上每一条衍射线条的干涉面指数。,(1) 立方晶系衍射花样指数标定,布拉格方程: 2dHKL sin = ,m衍射晶面干涉指数平方和，即,立方系晶面间距公式:,将两式结合：,对于同一底片上的同一物相, 2/4a2为常数, 各衍射线条的sin2 (从小到大的)顺序比为：,根据立方晶系的消光规律，不同的结构消光规律不同，因而产生衍射各晶面的m顺序比就不一样。,表6-1. 立方晶系点阵消光规律, 我们可以根据测得的值，计算出： sin21/sin21, sin22/sin21, sin23/sin21得到一个序列，然后与消光规律表对比，就可以确定物质是哪种立方结构。,*7为禁数。正确的指标化完成后, H+K+L=2n， 为体心格子。由sin2=(/2a)2(H2+K2+L2), 得到 a = 6.07 Å 。,例1 Cs粉末衍射图的指标化 ( = 1.54 Å).,例2 CsCl粉末衍射图的指标化 ( = 1.54 Å).,HKL 面网均能产生衍射简单格子,例2 CsCl粉末衍射图的指标化 ( = 1.54 Å).,sin2=(/2a)2(H2+K2+L2) 由第一条线 (100): 0.035=(1.54/2a)2×(12+02+02) a = 4.12 Å,例3 NaCl粉末衍射图的指标化 ( = 1.54 Å).,HKL全为奇数或全为偶数时, 产生衍射面心格子 sin2=(/2a)2(H2+K2+L2) , 由第一条线 (111): 0.057=(1.54/2a)2×(12+12+12), 计算出 a = 5.59 Å,习题 Cu K辐射( = 0.154nm)照射Ag (fcc)样品， 测得第一衍射峰位置2 38°，试求Ag的点阵常数。 提示: fcc格子第一衍射峰为111反射,习题 3. 图题6-1为某样品德拜相(示意图)，摄照时未经滤波。已知1、2为同一晶面衍射线，3、4为另一晶面衍射线，试对此现象作出解释。,习题3.,提示：线2比1粗, 线4比3粗。 sin = /(2d); 同一晶面 d相同, K K, sin K sin K 当 K 对透射区 （2 L K 线2 来自K, 线1来自K 对背射区 (90 K依然成立 但 90, 2LR·4 LK LK 线4 来自K, 线3来自K,自学材料,(4)选靶与滤波, 选靶 选靶：选择X射线管阳极(靶)所用的材料. 基本要求: 靶材产生的特征X射线尽可能少地激发样品的荧光辐射. 选靶规则: Z靶 Z样 为什么?, 物质对X射线的吸收 (用m的大小来衡量) 与入射线波长有关，当波长=吸收限k时，因X射线“激发”样品光电效应产生荧光辐射，故m很大 。在吸收限k的两侧, m 随的减少而减少 。,解释如下: 先看m-曲线,令入射X射线波长=K，样品吸收限=k 当靶子K样品k (左图,不足以击出K电子)以及靶子K样品k(右图, 穿透能力大,射线大部分穿透)时, 可避免样品的荧光辐射。,当靶子K 样品k 靶子K (相当于中间那张图描述的情形)时, K激发样品的荧光辐射被吸收， K射线 通过, 有利于衍射实验。,回顾莫赛莱定律,可见：原子序数 K线系波长 靶K样品k 相当于 Z靶Z样,选靶规则： 当Z靶 Z样时, 可避免激发样品的荧光辐射。,选靶规则： Z靶 Z样,用Cu K射线照射Fe, Co样品, 是否可行？,答案: NO,END,