材料测试与分析技术-3.1-粉末照相法课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章,X,射线衍射方法,3.1,粉末照相法,3.2 X,射线衍射仪,第3章 X射线衍射方法,X,射线衍射实验方法,Ewald,作图法可知,必须要在反射球面上的倒易点对应的面才获得衍射线,.,用单色标识谱照射一个晶体试样时,获得的衍射线信息可能不多,往往需设计各种实验方法,(,改变波长或角度,),常采用的衍射方法有三种：,材料测试与分析技术-3,3.1,粉末照相法,3.1.1,粉末法成像原理,在,X,射线衍射分析的三个主要方法中最常用的是粉末法，由德国的德拜和谢乐于,1916,年提出。粉末法故名思义，它样品是“粉末”，即样品是由细小的多晶质物质组成。理想的情况下，在样品中有无数个小晶粒,(,一般晶粒大小为,1m,，而,X,射线照射的体积约为,1mm,3,，在这个体积内就有,10,9,个晶粒,),，且各个晶粒的方向是随机的，无规则的。或者说，各种取向的晶粒都有。,3.1 粉末照相法3.1.1 粉末法成像原理 在X,在粉末法中，由于试样中存在着数量极多的各种取向的晶粒。因此，总有一部分晶粒的取向恰好使其,(hkl),晶面正好满足布拉格方程，因而产生衍射线。衍射锥的顶角为,4,。每一组具有一定晶面间距的晶面根据它们的,d,值分别产生各自的衍射锥。一种晶体就形成自己特有的一套衍射锥。可以记录下衍射锥,角和强度。,H=1/d,2/,，,d /2,的,HKL,能产生衍射,在粉末法中，由于试样中存在着数量极多的各种取向的晶粒。因此，,3.1.2,徳拜,-,谢勒法,(,照相法,),照相法：以,X,射线管发出的特征,X,射线照射多晶体样品，使之发生衍射，并用照相底片记录衍射花样的方法。,试样：粉末多晶体样品，或非粉末块、板、丝。,照相方法：德拜,-,谢乐法、聚焦法、针孔法等，多用德拜,-,谢乐法。,3.1.2 徳拜-谢勒法(照相法)照相法：以X射线管发出的特,照相法成像原理,样品中各晶粒同名,(HKL),晶面倒易点集合成倒易球面，倒易球与反射球交线为圆环，各晶粒同名,(HKL),晶面衍射线构成以入射线为轴，,2,为半锥角的圆锥体。不同,(HKL),晶面衍射角不同，形成一系列共顶的衍射圆锥。,照相法成像原理,如何记录下这些衍射花样呢？,针孔照相法,：,用平板底片被,X,射线衍射线照射感光，记录底片与反射圆锥的交线。如果将底片与入射束垂直放置，那么在底片上将得到一个个,同心圆环,。,德拜,-,谢乐照相法,：,将一个长条形底片圈成一个圆，以试样为圆心，以,X,射线入射方向为直径放置圈成的圆底片,(,见下图,),。这样圆圈底片和所有反射圆锥相交形成一个个,弧形线对,，从而可以记录下所有衍射花样。,如何记录下这些衍射花样呢？,材料测试与分析技术-3,1.),照相机,德拜相机结构简单，主要由,相机圆筒外壳,、,光栏,、,承光管,和位于圆筒中心的,试样架,构成。相机圆筒上下有结合紧密的底盖密封，与圆筒内壁周长相等的底片，圈成圆圈紧贴圆筒内壁安装，并有卡环保证底片紧贴圆筒。,1.)照相机 德拜相机结构简单，主要由相机圆筒外壳、光栏,光栏,的作用是限制照射到样品光束的大小和发散度。,承光管,包括让,X,射线通过的小铜管以及在底部安放的黑纸、荧光纸和铅玻璃。黑纸可以挡住可见光到相机的去路，荧光纸可显示,X,射线的有无和位置，铅玻璃则可以防护,X,射线对人体的有害影响。,承光管有两个作用,，,其一,可以检查,X,射线对样品的照准情况，,其二,可以将透过试样后入射线在管内产生的衍射和散射吸收，避免这些射线混入样品的衍射花样，给分析带来困难。,光栏的作用是限制照射到样品光束的大小和发散度。,相机圆筒常常设计为内圆周长为,180mm,和,360mm,，对应的圆直径为,57.3mm,和,114.6mm,。,这样设计的目的是使底片在长度方向上每毫米对应圆心角,2,和,1,，为将底片上测量的弧形线对距离,2L,折算成,2,角提供方便。,相机圆筒常常设计为内圆周长为180mm和360mm，对应的圆,2.),试样的制备,试样要求：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。,德拜法中的试样尺寸为,0.4-0.8 5-10mm,的圆柱样品。制备过程：,制粉,(,研磨或锉粉,),消除内应力退火装管。,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。,制备方法有：,（,1,）用细玻璃丝涂上胶水后，捻动玻璃丝粘结粉末。,（,2,）采用石英毛细管、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即制成试样。,（,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。,2.)试样的制备,3.),徳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。,1),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,样或,Z,靶,Z,样。,2),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。滤波片的选择是根据阳极靶材确定的。,在确定了靶材后，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,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,K,产生衍射，其它射线全部被散射或吸收掉,。,3.)徳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,实验中还需要选择的参数有,X,射线管的电压和电流。,通常,管电压,为阳极靶材临界电压的,3-5,倍，此时特征谱与连续谱的强度比可以达到最佳值。,管电流,可以尽量选大，但电流不能超过额定功率下的最大值。,在管电压和电流选择好后，就得确定,曝光时间参数,。影响曝光时间的因素很多，试样、相机尺寸、底片感光性能等等都影响到曝光时间。曝光时间的变化范围很大，常常在一定的经验基础上，再通过实验来确定曝光时间。,实验中还需要选择的参数有X射线管的电压和电流。,正装法：,X,射线从底片接口处入射，照射试样后从中心孔穿出，衍射花样的特点是，,低角度的弧线位于底片中央，高角度线则靠近两端,。弧线呈左右对称分布。正装法的几何关系和计算均较简单，用于一般的物相分析。,倒装法：,X,射线从底片中心孔射入，从底片接口处穿出。其特点是,弧线亦呈左右对称分布，但高角度线条位于底片中央,。它比较适合于测量高角度的衍射线。由于高角线有较高的分辨本领，故适合于点阵常数精确测定。,偏装法（不对称法）：在底片的,1/4,和,3/4,处有两个孔。特点是,弧线是不对称的。低角度和高角度的衍射线分别围绕两个孔形成对称的弧线。,该方法能同时顾及高低角度的衍射线，还可以直接由底片上测算出真实的圆周长，便于消除误差。因此是最常用的方法。,4.),底片的安装方法,正装法：X射线从底片接口处入射，照射试样后从中心孔穿出，衍射,（,1,）正装法,（,2,）倒装法,（,3,）不对称法,2L,4R,=2L,2L,4R,=2,R-,2L,B,A,2L,2,=2L/2R,2,=,-2L/4R,2L 2L B 2L,5.),相机的分辨本领的特点,相机半径,R,越大，分辨本领越高,。但是相机直径的增大，会延长曝光时间，并增加由空气散射而引起的衍射背景。一般情况下仍以,57.3mm,的相机最为常用。,角越大，分辨本领越高,。所以衍射花样中高角度线条的,K,1,和,K,2,双线可明显的分开。,X,射线的波长越长，分辨本领越高,。为了提高相机的分辨本领，在条件允许的情况下，应尽量采用波长较长的,X,射线源。,面间距越大，分辨本领越低,。因此，在分析大晶胞的试样时，应尽可能选用波长较长的,X,射线源，以抵偿由于晶胞过大对分辨本领的不良影响。,5.)相机的分辨本领的特点相机半径R越大，分辨本领越高。但,3.2.2,探测器,在测角仪上的探测器内装有计数管。计数管再加上其供电线路和检测线路构成了,X,射线强度测量装置。,常用的探测器是基于,X,射线能使原子电离的特性而制造的。,常用探测器,闪烁计数器：,X,射线电离固体（,NaI(Tl),等）,盖革计数器：,X,射线电离气体（氩、氪、氙等）,正比计数器：,X,射线电离气体（氩、氪、氙等）,3.2.2 探测器常用探测器闪烁计数器：X射线电离固体（Na,