材料分析測試技術(shù)-精品課件chapter 3

1、多晶體多晶體X X射線衍射分析方法射線衍射分析方法 德拜照相法德拜照相法 粉末多晶中不同的晶面族只要滿足衍射條件都將形成各自粉末多晶中不同的晶面族只要滿足衍射條件都將形成各自的反射圓錐。的反射圓錐。 如何記錄下這些衍射花樣呢？一種方法是用平板底片被如何記錄下這些衍射花樣呢？一種方法是用平板底片被X X射線衍射線照射感光，從而記錄底片與反射圓錐的交線。射線衍射線照射感光，從而記錄底片與反射圓錐的交線。如果將底片與入射束垂直放置，那么在底片上將得到一個如果將底片與入射束垂直放置，那么在底片上將得到一個個同心圓環(huán)，這就是針孔照相法。個同心圓環(huán)，這就是針孔照相法。 但是受底片大小的限制，一張底片不能記

2、錄下所有的衍射但是受底片大小的限制，一張底片不能記錄下所有的衍射花樣。如何解決這個問題？德拜和謝樂等設(shè)計了一種新方花樣。如何解決這個問題？德拜和謝樂等設(shè)計了一種新方法。將一個長條形底片圈成一個圓，以試樣為圓心，以法。將一個長條形底片圈成一個圓，以試樣為圓心，以X X射線入射方向為直徑放置圈成的圓底片（見圖射線入射方向為直徑放置圈成的圓底片（見圖3-23-2）。這）。這樣圓圈底片和所有反射圓錐相交形成一個個弧形線對，從樣圓圈底片和所有反射圓錐相交形成一個個弧形線對，從而可以記錄下所有衍射花樣，這種方法就是德拜而可以記錄下所有衍射花樣，這種方法就是德拜- -謝樂照謝樂照相法。相法。 記錄下衍射花樣

3、的圓圈底片，展平后可以測量弧形線對的記錄下衍射花樣的圓圈底片，展平后可以測量弧形線對的距離距離2L2L，進一步可求出，進一步可求出L L對應的反射圓錐的半頂角對應的反射圓錐的半頂角22，從，從而可以標定衍射花樣。而可以標定衍射花樣。德拜照相法德拜照相法 德拜相機德拜相機 德拜相機結(jié)構(gòu)簡單，主德拜相機結(jié)構(gòu)簡單，主要由相機要由相機圓筒圓筒、光欄、光欄、承光管承光管和位于圓筒中心和位于圓筒中心的的試樣架試樣架構(gòu)成。相機圓構(gòu)成。相機圓筒上下有結(jié)合緊密的底筒上下有結(jié)合緊密的底蓋密封，蓋密封，與圓筒內(nèi)壁周與圓筒內(nèi)壁周長相等的底片，圈成圓長相等的底片，圈成圓圈緊貼圓筒內(nèi)壁安裝圈緊貼圓筒內(nèi)壁安裝，并有卡環(huán)保證

4、底片緊貼并有卡環(huán)保證底片緊貼圓筒圓筒 德拜相機德拜相機 相機圓筒常常設(shè)計為內(nèi)圓周相機圓筒常常設(shè)計為內(nèi)圓周長為長為180mm180mm和和360mm360mm，對應的，對應的圓直徑為圓直徑為57.3mm57.3mm和和114.6mm114.6mm。 這樣的設(shè)計目的是使底片在這樣的設(shè)計目的是使底片在長度方向上每毫米對應圓心長度方向上每毫米對應圓心角角2 2和和1 1，為將底片上測，為將底片上測量的弧形線對距離量的弧形線對距離2L2L折算成折算成22角提供方便。角提供方便。德拜相機德拜相機 德拜相機中德拜相機中試樣放置在位于圓筒中心軸線的試樣試樣放置在位于圓筒中心軸線的試樣架上。架上。為校正試樣偏心

5、，在試樣架上設(shè)有調(diào)中心為校正試樣偏心，在試樣架上設(shè)有調(diào)中心的部件。圓筒半高處沿直徑方向開兩圓孔，一端的部件。圓筒半高處沿直徑方向開兩圓孔，一端插入光欄，另一端插入承光管。插入光欄，另一端插入承光管。光欄的作用是限光欄的作用是限制照射到樣品光束的大小和發(fā)散度。制照射到樣品光束的大小和發(fā)散度。承光管包括承光管包括讓讓X X射線通過的小銅管以及在底部安放的黑紙、熒射線通過的小銅管以及在底部安放的黑紙、熒光紙、和鉛玻璃。黑紙可以擋住可見光到相機的光紙、和鉛玻璃。黑紙可以擋住可見光到相機的去路，熒光紙可顯示去路，熒光紙可顯示X X射線的有無和位置，鉛玻璃射線的有無和位置，鉛玻璃則可以防護則可以防護X X

6、射線對人體的有害影響。射線對人體的有害影響。承光管有兩承光管有兩個作用，其一可以檢查個作用，其一可以檢查X X射線對樣品的照準情況，射線對樣品的照準情況，其二可以將透過試樣后入射線在管內(nèi)產(chǎn)生的衍射其二可以將透過試樣后入射線在管內(nèi)產(chǎn)生的衍射和散射吸收，避免這些射線混入樣品的衍射花樣，和散射吸收，避免這些射線混入樣品的衍射花樣，給分析帶來困難給分析帶來困難 底片安裝方法底片安裝方法 1正裝法：底片中心開一圓孔，底片兩端中心開半圓孔。底片安裝時光欄穿過兩個半圓孔和成的圓孔，承光管穿過中心圓孔 2反裝法：底片開孔位置同上，但底片安裝時光欄穿過中心孔 3偏裝法：底片上開兩個圓孔，間距仍然是R。當?shù)灼瑖?/p>

7、圓時，接頭位于射線束的垂線上。底片安裝時光欄穿過一個圓孔，承光管穿過另一個圓孔。 偏裝法偏裝法根據(jù)衍射幾何關(guān)系，偏根據(jù)衍射幾何關(guān)系，偏裝法固定了兩個圓孔位裝法固定了兩個圓孔位置后就能求出相機的真置后就能求出相機的真實圓周長度（圖實圓周長度（圖3-63-6）。）。由圖可見由圖可見AB+AB=2RAB+AB=2R，其中，其中R R就是真實半徑。所以偏就是真實半徑。所以偏裝法可以消除底片收縮、裝法可以消除底片收縮、試樣偏心、相機直徑不試樣偏心、相機直徑不準等造成的誤差。準等造成的誤差。德拜法的試樣制備德拜法的試樣制備 首先，試樣必須具有代表性；其次試樣粉末尺寸首先，試樣必須具有代表性；其次試樣粉末尺

8、寸大小要適中，第三是試樣粉末不能存在應力大小要適中，第三是試樣粉末不能存在應力 脆性材料可以用碾壓或用研缽研磨的方法獲??；脆性材料可以用碾壓或用研缽研磨的方法獲??；對于塑性材料（如金屬、合金等）可以用銼刀銼對于塑性材料（如金屬、合金等）可以用銼刀銼出碎屑粉末出碎屑粉末 德拜法中的試樣尺寸為德拜法中的試樣尺寸為0.4-0.80.4-0.85-10mm5-10mm的圓柱的圓柱樣品。制備方法有：（樣品。制備方法有：（1 1）用細玻璃絲涂上膠水后，）用細玻璃絲涂上膠水后，捻動玻璃絲粘結(jié)粉末。（捻動玻璃絲粘結(jié)粉末。（2 2）采用石英毛細管、玻）采用石英毛細管、玻璃毛細管來制備試樣。將粉末填入石英毛細管或

9、璃毛細管來制備試樣。將粉末填入石英毛細管或玻璃毛細管中即制成試樣。（玻璃毛細管中即制成試樣。（3 3）用膠水將粉末調(diào)）用膠水將粉末調(diào)成糊狀注入毛細管中，從一端擠出成糊狀注入毛細管中，從一端擠出2-3mm2-3mm長作為試長作為試樣。樣。 德拜法的實驗參數(shù)選擇德拜法的實驗參數(shù)選擇 選擇陽極靶和濾波片是獲得一張清晰衍射花樣的前提。 根據(jù)吸收規(guī)律，所選擇的陽極靶產(chǎn)生的X射線不會被試樣強烈地吸收，即Z靶 Z樣或Z靶 Z樣。 濾波片的選擇是為了獲得單色光，避免多色光產(chǎn)生復雜的多余衍射線條。實驗中通常僅用靶材產(chǎn)生的K線條照射樣品，因此必須濾掉K等其它特征射線。濾波片的選擇是根據(jù)陽極靶材確定的。 在確定了靶

10、材后，選擇濾波片的原則是：當Z靶 40時，Z濾 = Z靶 - 1；當Z靶 40時，Z濾 = Z靶 2， 德拜法的實驗參數(shù)選擇德拜法的實驗參數(shù)選擇 濾波片獲得的單色光只是除濾波片獲得的單色光只是除KK外其它射線強度相外其它射線強度相對很低的近似單色光。對很低的近似單色光。 獲得單色光的方法除了濾波片以外，還可以采用獲得單色光的方法除了濾波片以外，還可以采用單色器。單色器。 單色器實際上是具有一定晶面間距的晶體，通過單色器實際上是具有一定晶面間距的晶體，通過恰當?shù)拿骈g距選擇和機構(gòu)設(shè)計，可以使入射恰當?shù)拿骈g距選擇和機構(gòu)設(shè)計，可以使入射X X射線射線中僅中僅KK產(chǎn)生衍射，其它射線全部被散射或吸收掉。產(chǎn)

11、生衍射，其它射線全部被散射或吸收掉。 以以KK的衍射線作為入射束照射樣品是真正的單色的衍射線作為入射束照射樣品是真正的單色光。但是，單色器獲得的單色光強度很低，實驗光。但是，單色器獲得的單色光強度很低，實驗中必須延長曝光時間或衍射線的接受時間。中必須延長曝光時間或衍射線的接受時間。德拜法的實驗參數(shù)選擇德拜法的實驗參數(shù)選擇 實驗中還需要選擇的參數(shù)有實驗中還需要選擇的參數(shù)有X X射線管的電壓和電流。射線管的電壓和電流。 通常管電壓為陽極靶材臨界電壓的通常管電壓為陽極靶材臨界電壓的3-53-5倍，此時特倍，此時特征譜與連續(xù)譜的強度比可以達到最佳值。征譜與連續(xù)譜的強度比可以達到最佳值。 管電流可以盡量

12、選大，但電流不能超過額定功率管電流可以盡量選大，但電流不能超過額定功率下的最大值。下的最大值。 在管電壓和電流選擇好后，就得確定曝光時間參在管電壓和電流選擇好后，就得確定曝光時間參數(shù)。影響曝光時間的因素很多，試樣、相機尺寸、數(shù)。影響曝光時間的因素很多，試樣、相機尺寸、底片感光性能等等都影響到曝光時間。曝光時間底片感光性能等等都影響到曝光時間。曝光時間的變化范圍很大，常常在一定的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，再的變化范圍很大，常常在一定的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，再通過實驗來確定曝光時間。通過實驗來確定曝光時間。德拜相的指數(shù)標定德拜相的指數(shù)標定 在獲得一張衍射花樣的照片后，我們必須在獲得一張衍射花樣的照片后，我們必須確定照片上

13、每一條衍射線條的晶面指數(shù)，確定照片上每一條衍射線條的晶面指數(shù)，這個工作就是德拜相的指標化。這個工作就是德拜相的指標化。 進行德拜相的指數(shù)標定，首先得測量每一進行德拜相的指數(shù)標定，首先得測量每一條衍射線的幾何位置（條衍射線的幾何位置（22角）及其相對強角）及其相對強度，然后根據(jù)測量結(jié)果標定每一條衍射線度，然后根據(jù)測量結(jié)果標定每一條衍射線的的晶面指數(shù)晶面指數(shù)。衍射花樣照片的測量與計算衍射花樣照片的測量與計算 衍射線條幾何位置測量可以在專用的底片測量尺上進行，衍射線條幾何位置測量可以在專用的底片測量尺上進行，用帶游標的量片尺可以測得線對之間的距離用帶游標的量片尺可以測得線對之間的距離2L2L，且精度

14、可，且精度可達達0.02-0.1mm0.02-0.1mm。用比長儀測量，精度可以更高。用比長儀測量，精度可以更高。 當采用當采用114.6114.6的德拜相機時，測量的衍射線弧對間距的德拜相機時，測量的衍射線弧對間距（2L2L）每毫米對應的）每毫米對應的22角為角為1 1； 若采用若采用57.357.3的德拜相機時，測量的衍射線弧對間距（的德拜相機時，測量的衍射線弧對間距（2L2L）每毫米對應的每毫米對應的22角為角為2 2。 實際上由于底片伸縮、試樣偏心、相機尺寸不準等因素的實際上由于底片伸縮、試樣偏心、相機尺寸不準等因素的影響，真實相機尺寸應該加以修正。影響，真實相機尺寸應該加以修正。 德

15、拜相衍射線弧對的強度通常是相對強度，當要求精度不德拜相衍射線弧對的強度通常是相對強度，當要求精度不高時，這個相對強度常常是估計值，按很強（高時，這個相對強度常常是估計值，按很強（VSVS）、強）、強（S S）、中（）、中（M M）、弱（）、弱（W W）和很弱（）和很弱（VWVW）分成）分成5 5個級別。精個級別。精度要求較高時，則可以用黑度儀測量出每條衍射線弧對的度要求較高時，則可以用黑度儀測量出每條衍射線弧對的黑度值，再求出其相對強度。精度要求更高時，強度的測黑度值，再求出其相對強度。精度要求更高時，強度的測量需要依靠量需要依靠X X射線衍射儀來完成。射線衍射儀來完成。 衍射花樣衍射花樣 標

16、定標定 完成上述測量后，我們可以獲得衍射花樣中每條完成上述測量后，我們可以獲得衍射花樣中每條線對對應的線對對應的22角，根據(jù)布拉格方程可以求出產(chǎn)生角，根據(jù)布拉格方程可以求出產(chǎn)生衍射的晶面面間距衍射的晶面面間距d d。 如果樣品晶體結(jié)構(gòu)是已知的，則可以立即標定每如果樣品晶體結(jié)構(gòu)是已知的，則可以立即標定每個線對的晶面指數(shù)；個線對的晶面指數(shù)； 如果晶體結(jié)構(gòu)是未知的，則需要參考試樣的化學如果晶體結(jié)構(gòu)是未知的，則需要參考試樣的化學成分、加工工藝過程等進行嘗試標定。成分、加工工藝過程等進行嘗試標定。 在七大晶系中，立方晶體的衍射花樣指標化相對在七大晶系中，立方晶體的衍射花樣指標化相對簡單，其它晶系指標化都

17、較復雜。本節(jié)僅介紹立簡單，其它晶系指標化都較復雜。本節(jié)僅介紹立方晶系指標化的方法方晶系指標化的方法 立方晶體立方晶體衍射花樣衍射花樣 標定標定 立方晶體的面間距公式為立方晶體的面間距公式為 將上式代入布拉格方程有：將上式代入布拉格方程有： 公式（公式（3-23-2）中，）中，2/4a/4a2對于同一物質(zhì)的同一衍射花樣中對于同一物質(zhì)的同一衍射花樣中的各條衍射線是相同的，所以它是常數(shù)。由此可見，衍射的各條衍射線是相同的，所以它是常數(shù)。由此可見，衍射花樣中的各條線對的晶面指數(shù)平方和（花樣中的各條線對的晶面指數(shù)平方和（h h2+k+k2+l+l2）與）與sinsin2是一一對應的。令是一一對應的。令N

18、 = hN = h2+k+k2+l+l2，則有：，則有： SinSin21 1:sin:sin22 2:sin:sin23 3: :sinsin2n n = N = N1 1:N:N2 2:N:N3 3: :Nn Nn 根據(jù)立方晶系的消光規(guī)律（表根據(jù)立方晶系的消光規(guī)律（表3-13-1），不同的結(jié)構(gòu)消光規(guī)），不同的結(jié)構(gòu)消光規(guī)律不同，因而律不同，因而N N值的序列規(guī)律就不一樣。我們可以根據(jù)測值的序列規(guī)律就不一樣。我們可以根據(jù)測得的得的值，計算出：值，計算出： sinsin21 1/ sin/ sin21 1，sinsin22 2/sin/sin21 1，sinsin23 3/sin/sin21 1

19、得到一個序列，然后與表得到一個序列，然后與表3-13-1對比，就可以確定衍射物質(zhì)對比，就可以確定衍射物質(zhì)是哪種立方結(jié)構(gòu)。是哪種立方結(jié)構(gòu)。 222lkhad2222224sinlkha 表表3-1. 3-1. 立方晶系點陣消光規(guī)律立方晶系點陣消光規(guī)律 衍射衍射線序線序號號簡單立方簡單立方體心立方體心立方面心立方面心立方HKLNN/NHKLNN/NHKLNN/N11001111021111312110222204220041.333111332116322082.6642004422084311113.67521055310105222124621166222126400165.337220883

20、21147331196.338221,30099400168420206.6793101010411,3301894222481031111114202010333279X X射線衍射儀法射線衍射儀法 X X射線衍射儀是廣泛使用的射線衍射儀是廣泛使用的X X射線衍射裝置。射線衍射裝置。19131913年布拉格父子設(shè)計的年布拉格父子設(shè)計的X X射線衍射裝置是衍射線衍射裝置是衍射儀的早期雛形，經(jīng)過了近百年的演變發(fā)展，射儀的早期雛形，經(jīng)過了近百年的演變發(fā)展，今天的衍射儀如圖今天的衍射儀如圖3-73-7所示。所示。 X X射線衍射儀的主要組成部分有射線衍射儀的主要組成部分有X X射線衍射發(fā)射線衍射發(fā)生

21、裝置、測角儀、輻射探測器和測量系統(tǒng)，生裝置、測角儀、輻射探測器和測量系統(tǒng)，除主要組成部分外，還有計算機、打印機等。除主要組成部分外，還有計算機、打印機等。X X射線衍射儀射線衍射儀X X射線衍射儀法射線衍射儀法 衍射儀記錄花樣與德拜法有很大區(qū)別。首先，接衍射儀記錄花樣與德拜法有很大區(qū)別。首先，接收收X X射線方面衍射儀用輻射探測器，德拜法用底片射線方面衍射儀用輻射探測器，德拜法用底片感光；其次衍射儀試樣是平板狀，德拜法試樣是感光；其次衍射儀試樣是平板狀，德拜法試樣是細絲。衍射強度公式中的吸收項細絲。衍射強度公式中的吸收項不一樣。第三，不一樣。第三，衍射儀法中輻射探測器沿測角儀圓轉(zhuǎn)動，逐一接衍射

22、儀法中輻射探測器沿測角儀圓轉(zhuǎn)動，逐一接收衍射；德拜法中底片是同時接收衍射。收衍射；德拜法中底片是同時接收衍射。 相比之下，衍射儀法使用更方便，自動化程度高，相比之下，衍射儀法使用更方便，自動化程度高，尤其是與計算機結(jié)合，使得衍射儀在強度測量、尤其是與計算機結(jié)合，使得衍射儀在強度測量、花樣標定和物相分析等方面具有更好的性能?；訕硕ê臀锵喾治龅确矫婢哂懈玫男阅?。 測角儀測角儀 測角儀圓中心是樣品臺測角儀圓中心是樣品臺H H。樣品臺可以繞中心樣品臺可以繞中心O O軸轉(zhuǎn)動。軸轉(zhuǎn)動。平板狀粉末多晶樣品安放在平板狀粉末多晶樣品安放在樣品臺樣品臺H H上，并保證試樣被上，并保證試樣被照射的表面與照射的表

23、面與O O軸線嚴格重軸線嚴格重合。合。 測角儀圓周上安裝有測角儀圓周上安裝有X X射線射線輻射探測器輻射探測器D D，探測器亦可，探測器亦可以繞以繞O O軸線轉(zhuǎn)動。軸線轉(zhuǎn)動。 工作時，探測器與試樣同時工作時，探測器與試樣同時轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的角速度為轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的角速度為2 2：1 1的比例關(guān)系。的比例關(guān)系。 測角儀測角儀 設(shè)計設(shè)計2:12:1的角速度比，目的是確保探測的衍射的角速度比，目的是確保探測的衍射線與入射線始終保持線與入射線始終保持22的關(guān)系，即入射線與的關(guān)系，即入射線與衍射線以試樣表示法線為對稱軸，在兩側(cè)對衍射線以試樣表示法線為對稱軸，在兩側(cè)對稱分布。稱分布。 這樣輻射探測器接收到的衍

24、射是那些與試樣這樣輻射探測器接收到的衍射是那些與試樣表示平行的晶面產(chǎn)生的衍射。表示平行的晶面產(chǎn)生的衍射。 當然，同樣的晶面若不平行與試樣表面，盡當然，同樣的晶面若不平行與試樣表面，盡管也產(chǎn)生衍射，但衍射線進不了探測器，不管也產(chǎn)生衍射，但衍射線進不了探測器，不能被接受。能被接受。測角儀測角儀 X X射線源由射線源由X X射線發(fā)生器產(chǎn)生，其線狀焦點位于測射線發(fā)生器產(chǎn)生，其線狀焦點位于測角儀周圍位置上固定不動。在線狀焦點角儀周圍位置上固定不動。在線狀焦點S S到試樣到試樣O O和試樣產(chǎn)生的衍射線到探測器的光路上還安裝有和試樣產(chǎn)生的衍射線到探測器的光路上還安裝有多個光闌以限制多個光闌以限制X X射線的

25、發(fā)散。射線的發(fā)散。 當探測器由低當探測器由低角到高角到高角轉(zhuǎn)動的過程中將逐一角轉(zhuǎn)動的過程中將逐一探測和記錄各條衍射線的位置（探測和記錄各條衍射線的位置（22角度）和強度。角度）和強度。探測器的掃描范圍可以從探測器的掃描范圍可以從-20-20到到+165+165，這樣角度，這樣角度可保證接收到所有衍射線?？杀ＷC接收到所有衍射線。衍射儀中的光路布置衍射儀中的光路布置 X X射線經(jīng)線狀焦點射線經(jīng)線狀焦點S S發(fā)出，為發(fā)出，為了限制了限制X X射線的發(fā)散，在照射線的發(fā)散，在照射路徑中加入射路徑中加入S S1 1梭拉光欄限梭拉光欄限制制X X射線在高度方向的發(fā)散，射線在高度方向的發(fā)散，加入加入DSDS發(fā)

26、散狹縫光欄限制發(fā)散狹縫光欄限制X X射線的照射寬度。射線的照射寬度。 試樣產(chǎn)生的衍射線也會發(fā)散，試樣產(chǎn)生的衍射線也會發(fā)散，同樣在試樣到探測器的光路同樣在試樣到探測器的光路中也設(shè)置防散射光欄中也設(shè)置防散射光欄SSSS、梭、梭拉光欄拉光欄S S2 2和接收狹縫光欄和接收狹縫光欄RSRS，這樣限制后僅讓聚焦照向探這樣限制后僅讓聚焦照向探測器的衍射線進入探測器，測器的衍射線進入探測器，其余雜散射線均被光欄遮擋。其余雜散射線均被光欄遮擋。 經(jīng)過二道光欄限制，入射經(jīng)過二道光欄限制，入射X X射線僅照射到試樣區(qū)域，射線僅照射到試樣區(qū)域，試樣以外均被光欄遮擋。試樣以外均被光欄遮擋。聚焦圓聚焦圓 當一束當一束X

27、 X射線從射線從S S照射到試樣上的照射到試樣上的A A、O O、B B三點，它們的同一三點，它們的同一HKLHKL的的衍射線都聚焦到探測器衍射線都聚焦到探測器F F。圓周角。圓周角SAF=SOF=SBF=-2SAF=SOF=SBF=-2。設(shè)。設(shè)測角儀圓的半徑為測角儀圓的半徑為R R，聚焦圓半徑，聚焦圓半徑為為r r，根據(jù)圖，根據(jù)圖3-103-10的衍射幾何關(guān)系，的衍射幾何關(guān)系，可以求得聚焦圓半徑可以求得聚焦圓半徑r r與測角儀圓與測角儀圓的半徑的半徑R R的關(guān)系。的關(guān)系。 在三角形在三角形SOOSOO中，中， 則則r = R/2sinr = R/2sin rROOSO2/2/22cos聚焦圓

28、聚焦圓 在式在式3-43-4中，測角儀圓的半徑中，測角儀圓的半徑R R是固定不變的，聚焦圓半徑是固定不變的，聚焦圓半徑r r則是隨則是隨的改變而變化的。當?shù)母淖兌兓摹．?0 0，r r ； 9090，r rminr rmin = R/2 = R/2。這說明衍射儀在工作過程中，聚。這說明衍射儀在工作過程中，聚焦圓半徑焦圓半徑r r是隨是隨的增加而逐漸減小到的增加而逐漸減小到R/2R/2，是時刻在變化，是時刻在變化的。的。 又因為又因為S S、F F是固定在測角儀圓同一圓周上的，若要是固定在測角儀圓同一圓周上的，若要S S、F F同同時又滿足落在聚焦圓的圓周上，那么只有試樣的曲率半徑時又滿足落

29、在聚焦圓的圓周上，那么只有試樣的曲率半徑隨隨角的變化而變化。這在實驗中是難以做到的。角的變化而變化。這在實驗中是難以做到的。 通常試樣是平板狀，當聚焦圓半徑通常試樣是平板狀，當聚焦圓半徑rr試樣的被照射面積試樣的被照射面積時，可以近似滿足聚焦條件。完全滿足聚焦條件的只有時，可以近似滿足聚焦條件。完全滿足聚焦條件的只有O O點位置，其它地方點位置，其它地方X X射線能量分散在一定的寬度范圍內(nèi)，射線能量分散在一定的寬度范圍內(nèi)，只要寬度不太大，應用中是容許的。只要寬度不太大，應用中是容許的。探測器與記錄系統(tǒng)探測器與記錄系統(tǒng) X射線衍射儀可用的輻射探測器有正比計數(shù)射線衍射儀可用的輻射探測器有正比計數(shù)器

30、、蓋革管、閃爍計數(shù)器、器、蓋革管、閃爍計數(shù)器、Si（Li）半導體）半導體探測器、位敏探測器等，其中常用的是正探測器、位敏探測器等，其中常用的是正比計數(shù)器和閃爍計數(shù)器。比計數(shù)器和閃爍計數(shù)器。正比計數(shù)器正比計數(shù)器 正比計數(shù)器是由金屬圓筒（陰極）正比計數(shù)器是由金屬圓筒（陰極）與位于圓筒軸線的金屬絲（陽極）與位于圓筒軸線的金屬絲（陽極）組成。組成。金屬圓筒外用玻璃殼封裝，金屬圓筒外用玻璃殼封裝，內(nèi)抽真空后再充稀薄的惰性氣體，內(nèi)抽真空后再充稀薄的惰性氣體，一端由對一端由對X X射線高度透明的材料如鈹射線高度透明的材料如鈹或云母等做窗口接收或云母等做窗口接收X X射線。射線。當陰陽當陰陽極間加上穩(wěn)定的極間

31、加上穩(wěn)定的600-900V600-900V直流高壓，直流高壓，沒有沒有X X射線進入窗口時，輸出端沒有射線進入窗口時，輸出端沒有電壓；若有電壓；若有X X射線從窗口進入，射線從窗口進入，X X射射線使惰性氣體電離。氣體離子向金線使惰性氣體電離。氣體離子向金屬圓筒運動，電子則向陽極絲運動。屬圓筒運動，電子則向陽極絲運動。由于陰陽極間的電壓在由于陰陽極間的電壓在600-900V600-900V之之間，圓筒中將產(chǎn)生多次電離的間，圓筒中將產(chǎn)生多次電離的“雪雪崩崩”現(xiàn)象，大量的電子涌向陽極，現(xiàn)象，大量的電子涌向陽極，這時輸出端就有電流輸出，計數(shù)器這時輸出端就有電流輸出，計數(shù)器可以檢測到電壓脈沖?？梢詸z測

32、到電壓脈沖。 X X射線強度越高，輸出電流射線強度越高，輸出電流越大，脈沖峰值與越大，脈沖峰值與X X射線光射線光子能量成正比，所以正比計子能量成正比，所以正比計數(shù)器可以可靠地測定數(shù)器可以可靠地測定X X射線射線強度。強度。閃爍計數(shù)器閃爍計數(shù)器 閃爍計數(shù)器是利用閃爍計數(shù)器是利用X X射線作用在某些物質(zhì)（如磷光晶體）上產(chǎn)生可見射線作用在某些物質(zhì)（如磷光晶體）上產(chǎn)生可見熒光，并通過光電倍增管來接收探測的輻射探測器，其結(jié)構(gòu)如圖熒光，并通過光電倍增管來接收探測的輻射探測器，其結(jié)構(gòu)如圖3-123-12所示。當所示。當X X射線照射到用鉈（含量射線照射到用鉈（含量0.5%0.5%）活化的碘化鈉（）活化的碘

33、化鈉（NaINaI）晶體后，）晶體后，產(chǎn)生藍色可見熒光。藍色可見熒光透過玻璃再照射到光敏陰極上產(chǎn)生產(chǎn)生藍色可見熒光。藍色可見熒光透過玻璃再照射到光敏陰極上產(chǎn)生光致電子。由于藍色可見熒光很微弱，在光敏陰極上產(chǎn)生的電子數(shù)很光致電子。由于藍色可見熒光很微弱，在光敏陰極上產(chǎn)生的電子數(shù)很少，只有少，只有6-76-7個。但是在光敏陰極后面設(shè)置了多個聯(lián)極（可多達個。但是在光敏陰極后面設(shè)置了多個聯(lián)極（可多達1010個），每個聯(lián)極遞增個），每個聯(lián)極遞增100V100V正電壓，光敏陰極發(fā)出的每個電子都可以在正電壓，光敏陰極發(fā)出的每個電子都可以在下一個聯(lián)極產(chǎn)生同樣多的電子增益，這樣到最后聯(lián)極出來的電子就可下一個聯(lián)極

34、產(chǎn)生同樣多的電子增益，這樣到最后聯(lián)極出來的電子就可多達多達10106-10-107個，從而產(chǎn)生足夠高的電壓脈沖。個，從而產(chǎn)生足夠高的電壓脈沖。閃爍計數(shù)器閃爍計數(shù)器計數(shù)測量電路計數(shù)測量電路 將探測器接收的信號將探測器接收的信號轉(zhuǎn)換成電信號并進行轉(zhuǎn)換成電信號并進行計量后輸出可讀取數(shù)計量后輸出可讀取數(shù)據(jù)的電子電路部分。據(jù)的電子電路部分。圖圖3-133-13是電路結(jié)構(gòu)框是電路結(jié)構(gòu)框圖。它的主要組成部圖。它的主要組成部分是脈沖高度分析器、分是脈沖高度分析器、定標器和計數(shù)率器。定標器和計數(shù)率器。計數(shù)測量電路計數(shù)測量電路 脈沖高度分析器是對探測器測到的脈沖信號進行脈沖高度分析器是對探測器測到的脈沖信號進行甄

35、別，剔除對衍射分析不需要的干擾脈沖，從而甄別，剔除對衍射分析不需要的干擾脈沖，從而降低背底，提高峰背比。降低背底，提高峰背比。 定標器是對甄別后的脈沖進行計數(shù)的電路。定標定標器是對甄別后的脈沖進行計數(shù)的電路。定標器有定時計數(shù)和定數(shù)計時兩種方式。測量精度服器有定時計數(shù)和定數(shù)計時兩種方式。測量精度服從統(tǒng)計誤差理論，測量總數(shù)越大誤差越小。一般從統(tǒng)計誤差理論，測量總數(shù)越大誤差越小。一般情況下，使用的是定時計數(shù)方法，當要對情況下，使用的是定時計數(shù)方法，當要對X X射線相射線相對強度進行比較時宜采用定數(shù)計時方式。對強度進行比較時宜采用定數(shù)計時方式。 計數(shù)率器是測量單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，這與定標計數(shù)率器是測量

36、單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，這與定標器不同，定標器是測量一段時間的脈沖數(shù)。計數(shù)器不同，定標器是測量一段時間的脈沖數(shù)。計數(shù)率器是將單位時間脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成正比的直流電壓率器是將單位時間脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成正比的直流電壓輸出輸出 衍射圖譜衍射圖譜 實驗條件選擇實驗條件選擇 （一）試樣 衍射儀用試樣不同于德拜照相法的試樣。衍射儀的衍射儀用試樣不同于德拜照相法的試樣。衍射儀的試樣是平板狀，具體外形見圖試樣是平板狀，具體外形見圖3-15。實驗條件選擇實驗條件選擇 （一）試樣 衍射儀試樣可以是金屬、非金屬的塊狀、片狀或各種粉末。衍射儀試樣可以是金屬、非金屬的塊狀、片狀或各種粉末。對于塊狀、片狀試樣可以用粘接劑將其固定在試樣框

37、架上，對于塊狀、片狀試樣可以用粘接劑將其固定在試樣框架上，并保持一個平面與框架平面平行；粉末試樣用粘接劑調(diào)和并保持一個平面與框架平面平行；粉末試樣用粘接劑調(diào)和后填入試樣架凹槽中，使粉末表面刮平與框架平面一致。后填入試樣架凹槽中，使粉末表面刮平與框架平面一致。試樣對晶粒大小、試樣厚度、擇優(yōu)取向、應力狀態(tài)和試樣試樣對晶粒大小、試樣厚度、擇優(yōu)取向、應力狀態(tài)和試樣表面平整度等都有一定要求。表面平整度等都有一定要求。 衍射儀用試樣晶粒大小要適宜，在衍射儀用試樣晶粒大小要適宜，在1m-5m1m-5m左右最佳。左右最佳。粉末粒度也要在這個范圍內(nèi)，一般要求能通過粉末粒度也要在這個范圍內(nèi)，一般要求能通過3253

38、25目的篩目的篩子為合適。試樣的厚度也有一個最佳值，大小為：子為合適。試樣的厚度也有一個最佳值，大小為：sin45. 3t實驗條件選擇實驗條件選擇 （二）實驗參數(shù)選擇實驗參數(shù)選擇 實驗參數(shù)的選擇對于成功的實驗來說是非實驗參數(shù)的選擇對于成功的實驗來說是非常重要的。如果實驗參數(shù)選擇不當不僅不常重要的。如果實驗參數(shù)選擇不當不僅不能獲得好的實驗結(jié)果，甚至可能將實驗引能獲得好的實驗結(jié)果，甚至可能將實驗引入歧途。在衍射儀法中許多實驗參數(shù)的選入歧途。在衍射儀法中許多實驗參數(shù)的選擇與德拜法是一樣的，這里不再贅述。擇與德拜法是一樣的，這里不再贅述。 與德拜法不同的實驗參數(shù)是與德拜法不同的實驗參數(shù)是狹縫光欄狹縫光欄、時時間常數(shù)間常數(shù)和和掃描速度掃描速度。實驗條件選擇實驗條件選擇 （二）實驗參數(shù)選擇實驗參數(shù)選擇 防散射光欄與接收光欄應同步選擇。選擇寬的狹縫可以獲防散射光欄與接收光欄應同步選擇。選擇寬的狹縫可以獲得高的得高的X X射線衍射強度