現(xiàn)代材料分析方法第二章第四節(jié)ppt課件

1、第四節(jié)第四節(jié) 多晶體分析方法多晶體分析方法 內(nèi)容提要內(nèi)容提要: : 4-1 4-1 引引 言言 4-2 4-2 德拜照相法德拜照相法 4-3 X 4-3 X射線衍射儀法射線衍射儀法 4-1 引引 言言 X射線衍射線衍射方法射方法 照相法照相法 X射線衍射線衍射儀法射儀法 粉末法粉末法 勞埃法勞埃法 轉(zhuǎn)晶法轉(zhuǎn)晶法 聚焦法聚焦法 平板底片法平板底片法 德拜法德拜法 粉末法的原理粉末法的原理: 對(duì)于粉末試樣，當(dāng)一束對(duì)于粉末試樣，當(dāng)一束X射線從任意方向照射到粉射線從任意方向照射到粉末樣品上時(shí)，總會(huì)有足夠末樣品上時(shí)，總會(huì)有足夠多的晶面滿足布拉格方程。多的晶面滿足布拉格方程。 在與入射線呈在與入射線呈2角

2、的方向角的方向上產(chǎn)生衍射，衍射線形成上產(chǎn)生衍射，衍射線形成一個(gè)相應(yīng)的一個(gè)相應(yīng)的4頂角的反射頂角的反射圓錐。圓錐。 各個(gè)圓錐均由特定各個(gè)圓錐均由特定的晶面反射引起的。的晶面反射引起的。 圓錐的軸為入射束，特定圓錐的軸為入射束，特定晶面的衍射束均在反射圓晶面的衍射束均在反射圓錐面上。錐面上。圖示繪出了衍射線的空間分布圖示繪出了衍射線的空間分布( (繪出了三個(gè)衍射圓錐繪出了三個(gè)衍射圓錐) ) 粉末多晶中不同的晶面族只要滿足衍射條件都將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。形成各自的反射圓錐。 如何記錄下這些衍射花樣同時(shí)包括衍射方向和如何記錄下這些衍射花樣同時(shí)包括衍射方向和強(qiáng)度

3、呢？強(qiáng)度呢？ 其中一類方法是用照相法記錄。比如采用平板底其中一類方法是用照相法記錄。比如采用平板底片或圓筒形底片等。片或圓筒形底片等。 照相法：以光源照相法：以光源X X射線管發(fā)出的特征射線管發(fā)出的特征X X射線照射線照射多晶體樣品，使之產(chǎn)生衍射，并用照相底片記射多晶體樣品，使之產(chǎn)生衍射，并用照相底片記錄衍射花樣的方法。錄衍射花樣的方法。4-2 粉末照相法德拜粉末照相法德拜-謝樂(lè)法）謝樂(lè)法）一、德拜一、德拜- -謝樂(lè)法及德拜相機(jī)：謝樂(lè)法及德拜相機(jī)： 德拜法的主要特點(diǎn)：用細(xì)圓德拜法的主要特點(diǎn)：用細(xì)圓柱狀試樣和環(huán)帶狀底片。柱狀試樣和環(huán)帶狀底片。 將一個(gè)長(zhǎng)條形底片圈成一個(gè)將一個(gè)長(zhǎng)條形底片圈成一個(gè)圓，

4、以試樣為圓心，以圓，以試樣為圓心，以X X射射線入射方向?yàn)橹睆椒胖萌Τ删€入射方向?yàn)橹睆椒胖萌Τ傻膱A底片。的圓底片。 這樣圓圈底片和所有反射圓錐相交形成一個(gè)個(gè)這樣圓圈底片和所有反射圓錐相交形成一個(gè)個(gè)弧形線對(duì)，從而可以記錄下所有衍射花樣，這弧形線對(duì)，從而可以記錄下所有衍射花樣，這種方法就是德拜種方法就是德拜- -謝樂(lè)照相法。謝樂(lè)照相法。 記錄下衍射花樣的圓圈底片，展平后可以測(cè)量弧記錄下衍射花樣的圓圈底片，展平后可以測(cè)量弧形線對(duì)的距離形線對(duì)的距離2L，進(jìn)一步可求出，進(jìn)一步可求出L對(duì)應(yīng)的反射圓對(duì)應(yīng)的反射圓錐的半頂角錐的半頂角2，從而可以標(biāo)定衍射花樣。，從而可以標(biāo)定衍射花樣。德拜相機(jī)德拜相機(jī) 德拜相機(jī)是

5、圓筒形的。德拜相機(jī)是圓筒形的。 構(gòu)造：主要由相機(jī)圓筒、構(gòu)造：主要由相機(jī)圓筒、光欄、承光管和位于圓光欄、承光管和位于圓筒中心的試樣架構(gòu)成。筒中心的試樣架構(gòu)成。與圓筒內(nèi)壁周長(zhǎng)相等的與圓筒內(nèi)壁周長(zhǎng)相等的底片，圈成圓圈緊貼圓底片，圈成圓圈緊貼圓筒內(nèi)壁安裝。筒內(nèi)壁安裝。 X X射線從濾光片進(jìn)入前光射線從濾光片進(jìn)入前光闌，照射細(xì)圓柱試樣后再進(jìn)闌，照射細(xì)圓柱試樣后再進(jìn)入后光闌入后光闌( (承光管承光管) )。 相機(jī)圓筒常常設(shè)計(jì)為內(nèi)圓周相機(jī)圓筒常常設(shè)計(jì)為內(nèi)圓周長(zhǎng)為長(zhǎng)為180mm和和360mm，對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)的圓直徑為的圓直徑為57.3mm和和114.6mm。 這樣的設(shè)計(jì)目的是使底片在這樣的設(shè)計(jì)目的是使底片在長(zhǎng)度方

6、向上每毫米對(duì)應(yīng)圓心長(zhǎng)度方向上每毫米對(duì)應(yīng)圓心角角2和和1，為將底片上測(cè)，為將底片上測(cè)量的弧形線對(duì)距離量的弧形線對(duì)距離2L折算成折算成4角提供方便。角提供方便。二、德拜法的實(shí)驗(yàn)條件二、德拜法的實(shí)驗(yàn)條件 1、試樣、試樣 試樣尺寸為試樣尺寸為 mm的的細(xì)圓柱狀樣品。細(xì)圓柱狀樣品。 試樣要求：試樣要求： 第一、試樣粉末尺寸大小要適中；第一、試樣粉末尺寸大小要適中；粉末顆粒通常在粉末顆粒通常在10-310-5cm之間之間過(guò)過(guò)250300目篩），每個(gè)顆粒又目篩），每個(gè)顆粒又可能包含了好幾顆晶粒?？赡馨撕脦最w晶粒。 第二、試樣粉末不能存在應(yīng)力。脆第二、試樣粉末不能存在應(yīng)力。脆性材料可以用碾壓或用研缽研磨的

7、性材料可以用碾壓或用研缽研磨的方法獲??；對(duì)于塑性材料方法獲?。粚?duì)于塑性材料(如金屬、如金屬、合金等合金等)可以用銼刀銼出碎屑粉末?？梢杂娩S刀銼出碎屑粉末。1058 . 04 . 0 2、陽(yáng)極靶和濾波片的選擇、陽(yáng)極靶和濾波片的選擇 陽(yáng)極靶的選擇：陽(yáng)極靶的選擇：Z靶靶 Z樣樣+1，或，或Z靶靶 Z樣。樣。 濾波片的選擇：濾波片的選擇： 當(dāng)當(dāng)Z靶靶 40時(shí)，時(shí)，Z濾濾 = Z靶靶 - 1； 當(dāng)當(dāng)Z靶靶 40時(shí)，時(shí)，Z濾濾 = Z靶靶 2。 獲得單色光的方法除了濾波片以外，還可以獲得單色光的方法除了濾波片以外，還可以采用單色器。采用單色器。 3 3、X X射線管的電壓和電流射線管的電壓和電流 通常管電

8、壓為陽(yáng)極靶材臨界電壓通常管電壓為陽(yáng)極靶材臨界電壓VKVK的的3 35 5倍，此時(shí)特征譜與連續(xù)譜的強(qiáng)度比最倍，此時(shí)特征譜與連續(xù)譜的強(qiáng)度比最大。大。 管電流可以盡量選大可縮短攝照時(shí)間），管電流可以盡量選大可縮短攝照時(shí)間），但以不超過(guò)但以不超過(guò)X X射線管的額定功率為限。射線管的額定功率為限。 4 4、確定曝光時(shí)間、確定曝光時(shí)間 德拜法的攝照時(shí)間以德拜法的攝照時(shí)間以h h計(jì)。計(jì)。三、德拜花樣的指數(shù)標(biāo)定即指標(biāo)化）三、德拜花樣的指數(shù)標(biāo)定即指標(biāo)化） 德拜相的指標(biāo)化：就是確定照片上各線條弧對(duì)德拜相的指標(biāo)化：就是確定照片上各線條弧對(duì)的晶面指數(shù)。的晶面指數(shù)。 指數(shù)標(biāo)定步驟指數(shù)標(biāo)定步驟: : 第一步：測(cè)量每一衍射

9、線對(duì)的幾何位置第一步：測(cè)量每一衍射線對(duì)的幾何位置22角角及其相對(duì)強(qiáng)度；及其相對(duì)強(qiáng)度； 第二步：根據(jù)測(cè)量結(jié)果標(biāo)定每一對(duì)衍射線的晶面第二步：根據(jù)測(cè)量結(jié)果標(biāo)定每一對(duì)衍射線的晶面指數(shù)。指數(shù)。( (即每對(duì)弧線代表一個(gè)即每對(duì)弧線代表一個(gè)(hkl)(hkl)面網(wǎng)面網(wǎng)) )1、衍射花樣照片的測(cè)量與計(jì)算、衍射花樣照片的測(cè)量與計(jì)算 衍射線條幾何位置的測(cè)衍射線條幾何位置的測(cè)量：量： 對(duì)各弧線對(duì)標(biāo)號(hào)；對(duì)各弧線對(duì)標(biāo)號(hào)； 測(cè)量弧線對(duì)之間的測(cè)量弧線對(duì)之間的距離距離2L2L； 計(jì)算出與計(jì)算出與2L2L對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的44角。角。 衍射線條強(qiáng)度的測(cè)量：衍射線條強(qiáng)度的測(cè)量： 德拜花樣衍射線弧對(duì)的強(qiáng)度通常是相對(duì)強(qiáng)度。德拜花樣衍射線弧對(duì)

10、的強(qiáng)度通常是相對(duì)強(qiáng)度。 當(dāng)要求精度不高時(shí)，這個(gè)相對(duì)強(qiáng)度常常是估計(jì)值，當(dāng)要求精度不高時(shí)，這個(gè)相對(duì)強(qiáng)度常常是估計(jì)值，按很強(qiáng)按很強(qiáng)VS）、強(qiáng)）、強(qiáng)S）、中）、中M）、弱）、弱W和很弱和很弱VW分成分成5個(gè)級(jí)別。個(gè)級(jí)別。 精度要求較高時(shí)，則可以用黑度儀測(cè)量出每條衍精度要求較高時(shí)，則可以用黑度儀測(cè)量出每條衍射線弧對(duì)的黑度值，再求出其相對(duì)強(qiáng)度。射線弧對(duì)的黑度值，再求出其相對(duì)強(qiáng)度。 精度要求更高時(shí)，需要依靠精度要求更高時(shí)，需要依靠X射線衍射儀來(lái)獲得射線衍射儀來(lái)獲得衍射花樣！衍射花樣！ 2、衍射花樣的指數(shù)標(biāo)定、衍射花樣的指數(shù)標(biāo)定 即標(biāo)定每一衍射線對(duì)的晶面指數(shù)。即標(biāo)定每一衍射線對(duì)的晶面指數(shù)。 （在衍射儀法中介紹

11、）（在衍射儀法中介紹） 4-3 X射線衍射儀法射線衍射儀法 X X射線多晶體衍射儀是以特征射線多晶體衍射儀是以特征X X射線照射多晶體射線照射多晶體樣品，并用輻射探測(cè)器記錄衍射花樣的衍射實(shí)驗(yàn)裝樣品，并用輻射探測(cè)器記錄衍射花樣的衍射實(shí)驗(yàn)裝置。置。 X X射線衍射儀測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：方便、快速、準(zhǔn)確等。射線衍射儀測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：方便、快速、準(zhǔn)確等。 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(jì)的年布拉格父子設(shè)計(jì)的X X射線衍射裝置是衍射儀的射線衍射裝置是衍射儀的早期雛形，經(jīng)過(guò)了近百年的演變發(fā)展，今天的衍早期雛形，經(jīng)過(guò)了近百年的演變發(fā)展，

12、今天的衍射儀如圖所示。射儀如圖所示。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 相比之下，衍射儀法使用更方便，自動(dòng)化程度高，相比之下，衍射儀法使用更方便，自動(dòng)化程度高，尤其是與計(jì)算機(jī)結(jié)合，使得衍射儀在強(qiáng)度測(cè)量、花尤其是與計(jì)算機(jī)結(jié)合，使得衍射儀在強(qiáng)度測(cè)量、花樣標(biāo)定和物相分析等方面具有更好的性能。樣標(biāo)定和物相分析等方面具有更好的性能。衍射儀記錄花樣與德拜法有很大區(qū)別衍射儀記錄花樣與德拜法有很大區(qū)別接收接收X射線射線試試樣樣強(qiáng)度公式強(qiáng)度公式吸收項(xiàng)吸收項(xiàng)接受方式接受方式衍射衍射儀儀輻射探輻射探測(cè)器測(cè)器平平板板1/2l輻射探測(cè)器沿測(cè)角儀圓輻射探測(cè)器沿測(cè)角儀圓轉(zhuǎn)動(dòng)，逐一接收衍射轉(zhuǎn)動(dòng)，逐一接收

13、衍射德拜德拜法法底片底片感光感光細(xì)細(xì)絲絲A(A( ) )同時(shí)接收衍射同時(shí)接收衍射衍射儀衍射儀多晶廣角衍射儀：多晶廣角衍射儀：3160小角散射衍射儀：更低小角散射衍射儀：更低2角，大分子晶角，大分子晶體及微粒體及微粒X射線發(fā)生裝置射線發(fā)生裝置衍射儀衍射儀主要組成主要組成單晶四周衍射儀：?jiǎn)尉ЫY(jié)構(gòu)單晶四周衍射儀：?jiǎn)尉ЫY(jié)構(gòu)測(cè)角儀測(cè)角儀輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器記錄單元或自動(dòng)控制單元記錄單元或自動(dòng)控制單元一、測(cè)角儀一、測(cè)角儀 1、測(cè)角儀的構(gòu)造和工作、測(cè)角儀的構(gòu)造和工作原理原理 構(gòu)造如圖。構(gòu)造如圖。 (1) 樣品臺(tái)小轉(zhuǎn)盤(pán)樣品臺(tái)小轉(zhuǎn)盤(pán)H）：）：樣品表面與樣品表面與O軸重合軸重合 (2) X射線

14、源射線源S：X射線管的射線管的線狀焦點(diǎn)線狀焦點(diǎn)S與與O軸平行；軸平行； (3) 測(cè)角儀圓測(cè)角儀圓G：光學(xué)布置：光學(xué)布置上要求上要求S、 C(實(shí)際是實(shí)際是F) 位位于同一圓周上，這個(gè)圓周于同一圓周上，這個(gè)圓周叫測(cè)角儀圓。叫測(cè)角儀圓。 (4) 測(cè)角儀支架測(cè)角儀支架E： 狹縫狹縫I、光闌、光闌F和計(jì)數(shù)管和計(jì)數(shù)管C固定于支架固定于支架E上；上； 支架可以繞支架可以繞O軸轉(zhuǎn)動(dòng)即軸轉(zhuǎn)動(dòng)即與樣品臺(tái)的軸心重合）；與樣品臺(tái)的軸心重合）； 支架的角位置支架的角位置2可以從刻可以從刻度盤(pán)度盤(pán)K上讀取。上讀取。 (5) 測(cè)量動(dòng)作：測(cè)量動(dòng)作： -2聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng) 即樣品和計(jì)數(shù)管的轉(zhuǎn)動(dòng)角即樣品和計(jì)數(shù)管的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度保持速度保持1

15、：2的速比。當(dāng)?shù)乃俦取．?dāng)H轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)過(guò)角度時(shí)，角度時(shí)，E恒轉(zhuǎn)過(guò)恒轉(zhuǎn)過(guò)2。這就是試樣。這就是試樣-計(jì)數(shù)管的計(jì)數(shù)管的聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng)(常寫(xiě)作常寫(xiě)作-2 聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng))。為何采用為何采用 -2-2 聯(lián)動(dòng)？聯(lián)動(dòng)？ 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)1:21:2的角速度比，是保證當(dāng)計(jì)數(shù)器處于的角速度比，是保證當(dāng)計(jì)數(shù)器處于22角的角的位置時(shí)，試樣表面與入射線的掠射角為位置時(shí)，試樣表面與入射線的掠射角為，從而使，從而使入射線與衍射線以試樣表面法線為對(duì)稱軸，在兩側(cè)入射線與衍射線以試樣表面法線為對(duì)稱軸，在兩側(cè)對(duì)稱分布。對(duì)稱分布。 因此，輻射探測(cè)器接收到的衍射是那些與試樣表面因此，輻射探測(cè)器接收到的衍射是那些與試樣表面平行的晶面產(chǎn)生的衍射。（雖然有些晶面

16、不平行于平行的晶面產(chǎn)生的衍射。（雖然有些晶面不平行于試樣表面，盡管也產(chǎn)生衍射，但衍射線進(jìn)不了探測(cè)試樣表面，盡管也產(chǎn)生衍射，但衍射線進(jìn)不了探測(cè)器，不能被接收。）器，不能被接收。） 聯(lián)動(dòng)掃描過(guò)程中，探測(cè)器沿測(cè)角儀圓由低聯(lián)動(dòng)掃描過(guò)程中，探測(cè)器沿測(cè)角儀圓由低22角到高角到高22角角轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)便可接收到一根反射線，這樣轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)便可接收到一根反射線，這樣逐一探測(cè)和記錄下各條衍射線的位置逐一探測(cè)和記錄下各條衍射線的位置22角度和強(qiáng)度，角度和強(qiáng)度，獲得衍射譜。獲得衍射譜。如圖，橫坐標(biāo)為如圖，橫坐標(biāo)為2；縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度。縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度。探測(cè)器的掃描范圍可探測(cè)器的掃描范圍可以從以

17、從-20到到+165；2測(cè)量的絕對(duì)精度測(cè)量的絕對(duì)精度0.02。 衍射儀法和德拜照相法的花樣比較衍射儀法和德拜照相法的花樣比較2、測(cè)角儀的聚焦幾何、測(cè)角儀的聚焦幾何 測(cè)角儀的衍射線的聚焦條件是測(cè)角儀的衍射線的聚焦條件是根據(jù)聚焦原理設(shè)計(jì)的。根據(jù)聚焦原理設(shè)計(jì)的。 根據(jù)聚焦原理：根據(jù)聚焦原理：“同一圓周上同一圓周上的同弧圓周角相等的同弧圓周角相等”，當(dāng)一束，當(dāng)一束X射線從射線從S照射到試樣表面照射到試樣表面AOB上，它們的同一上，它們的同一HKL的衍的衍射線的會(huì)聚點(diǎn)射線的會(huì)聚點(diǎn)F必落到同一聚必落到同一聚焦圓上。這時(shí)圓周角焦圓上。這時(shí)圓周角SAF=SOF=SBF=-2。 設(shè)測(cè)角儀圓半徑為設(shè)測(cè)角儀圓半徑為

18、R，聚焦圓半徑為，聚焦圓半徑為r，可以證明：，可以證明： r = R/2sin 討論：討論： 探測(cè)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，聚焦圓時(shí)刻變化著。探測(cè)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，聚焦圓時(shí)刻變化著。 當(dāng)當(dāng) 0，r ； 90，r rmin = R/2。 使得衍射儀采用平板試樣。其目的：使試樣表面始終使得衍射儀采用平板試樣。其目的：使試樣表面始終保持與聚焦圓相切，近似滿足聚焦條件。保持與聚焦圓相切，近似滿足聚焦條件。3、測(cè)角儀的光路布置、測(cè)角儀的光路布置 光路布置如圖。光路布置如圖。 狹縫的寬度以度狹縫的寬度以度（）來(lái)計(jì)量，有）來(lái)計(jì)量，有一系列的尺寸供選一系列的尺寸供選用。用。 在測(cè)定時(shí)，可根據(jù)在測(cè)定時(shí)，可根據(jù)樣品的情況選擇

19、各樣品的情況選擇各狹縫的寬度。狹縫的寬度。 狹縫寬度影響衍射狹縫寬度影響衍射峰形及強(qiáng)度！峰形及強(qiáng)度！二、探測(cè)器與記錄系統(tǒng)二、探測(cè)器與記錄系統(tǒng) 工作原理：工作原理：X射線能使原子電離的特性制造。射線能使原子電離的特性制造。原子環(huán)境原子環(huán)境 氣體正比計(jì)數(shù)器、蓋革管）氣體正比計(jì)數(shù)器、蓋革管） 固體閃爍計(jì)數(shù)器、半導(dǎo)體探測(cè)器）固體閃爍計(jì)數(shù)器、半導(dǎo)體探測(cè)器）X射線衍射儀可用的輻射探測(cè)器有正比計(jì)數(shù)器、蓋射線衍射儀可用的輻射探測(cè)器有正比計(jì)數(shù)器、蓋革管、閃爍計(jì)數(shù)器、革管、閃爍計(jì)數(shù)器、SiLi半導(dǎo)體探測(cè)器、位敏半導(dǎo)體探測(cè)器、位敏探測(cè)器等。探測(cè)器等。其中常用的是正比計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器。其中常用的是正比計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)

20、數(shù)器。正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器 正比計(jì)數(shù)器是利用正比計(jì)數(shù)器是利用X X射線光子使計(jì)數(shù)器內(nèi)惰性氣體電離，射線光子使計(jì)數(shù)器內(nèi)惰性氣體電離，所形成的電子流在外電路中產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。所形成的電子流在外電路中產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。 脈沖大小與入射脈沖大小與入射X X射線光子能量成正比，可與脈沖高度分射線光子能量成正比，可與脈沖高度分析器聯(lián)用。析器聯(lián)用。閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器 工作原理：利用工作原理：利用x射線能激發(fā)某些固體物質(zhì)射線能激發(fā)某些固體物質(zhì)(磷光體磷光體)發(fā)射可發(fā)射可見(jiàn)熒光，并通過(guò)光電倍增管轉(zhuǎn)換和放大為能夠測(cè)量的電流；見(jiàn)熒光，并通過(guò)光電倍增管轉(zhuǎn)換和放大為能夠測(cè)量的電流； 由于輸出的電流和由于輸出的電流和X光

21、子的能量成正比，因此也可與脈沖光子的能量成正比，因此也可與脈沖高度分析器聯(lián)用，從而用來(lái)測(cè)量衍射線的強(qiáng)度。高度分析器聯(lián)用，從而用來(lái)測(cè)量衍射線的強(qiáng)度。 閃爍計(jì)數(shù)器由磷閃爍計(jì)數(shù)器由磷光體及光電倍增管光體及光電倍增管組成，其構(gòu)造及探組成，其構(gòu)造及探測(cè)原理如圖所示。測(cè)原理如圖所示。閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器2、輻射測(cè)量電路、輻射測(cè)量電路 將探測(cè)器接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并進(jìn)行計(jì)量將探測(cè)器接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并進(jìn)行計(jì)量后輸出可讀取數(shù)據(jù)的電子電路部分。后輸出可讀取數(shù)據(jù)的電子電路部分。 組成主要有：組成主要有： 脈沖高度分析器脈沖高度分析器 定標(biāo)器定標(biāo)器 計(jì)數(shù)率器計(jì)數(shù)率器三、實(shí)驗(yàn)條件及計(jì)數(shù)測(cè)量方法三、實(shí)驗(yàn)條件及計(jì)數(shù)

22、測(cè)量方法 1、試樣、試樣 衍射儀法試樣是平板狀?？梢允墙饘?、非衍射儀法試樣是平板狀?？梢允墙饘?、非金屬的塊狀、片狀或各種粉末。金屬的塊狀、片狀或各種粉末。 試樣要求：試樣要求： 試樣晶粒大小要適宜，在試樣晶粒大小要適宜，在1m5m左左右最佳。右最佳。 試樣不能有擇優(yōu)取向試樣不能有擇優(yōu)取向(織構(gòu)織構(gòu))存在。否則存在。否則探測(cè)到的探測(cè)到的X射線強(qiáng)度分布不均勻。射線強(qiáng)度分布不均勻。 不宜有應(yīng)力存在。應(yīng)力將使衍射峰寬化，不宜有應(yīng)力存在。應(yīng)力將使衍射峰寬化，2角測(cè)量精度下降。角測(cè)量精度下降。 試樣表面的平整度越高越好，但在表面試樣表面的平整度越高越好，但在表面平的過(guò)程中注意不要引入摩擦應(yīng)力。平的過(guò)程中注

23、意不要引入摩擦應(yīng)力。 試樣厚度也有一個(gè)最佳值與試樣厚度也有一個(gè)最佳值與有關(guān)）。有關(guān)）。sin45. 3t 2、實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇、實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇 與德拜法中一樣的實(shí)驗(yàn)參數(shù)：與德拜法中一樣的實(shí)驗(yàn)參數(shù)： 陽(yáng)極靶和濾陽(yáng)極靶和濾波片的選擇；波片的選擇；X射線管的電壓和電流。射線管的電壓和電流。 與德拜法不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)：狹縫光欄寬度、與德拜法不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)：狹縫光欄寬度、時(shí)間常數(shù)和掃描速度。時(shí)間常數(shù)和掃描速度。 物相分析時(shí)，掃描速度常用物相分析時(shí)，掃描速度常用3 4 /min。 3、掃描方式、掃描方式 多晶體衍射儀掃描方式分為連續(xù)掃描和多晶體衍射儀掃描方式分為連續(xù)掃描和步進(jìn)掃描兩種。步進(jìn)掃描兩種。 （1連續(xù)掃描

24、最常用）：連續(xù)掃描最常用）： 在選定的在選定的2角范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)管以一定的掃角范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)管以一定的掃描速度與樣品描速度與樣品(臺(tái)臺(tái))聯(lián)動(dòng)，連續(xù)測(cè)量各衍射角聯(lián)動(dòng)，連續(xù)測(cè)量各衍射角相應(yīng)的衍射強(qiáng)度，獲得相應(yīng)的衍射強(qiáng)度，獲得I2 曲線。曲線。 連續(xù)掃描方式掃描速度快、效率高。連續(xù)掃描方式掃描速度快、效率高。 一般用于對(duì)樣品的全掃描測(cè)量如物相定一般用于對(duì)樣品的全掃描測(cè)量如物相定性分析）。性分析）。大中小 （2步進(jìn)掃描步進(jìn)掃描 常用于精確測(cè)量衍射峰的強(qiáng)度、確定衍射峰位、常用于精確測(cè)量衍射峰的強(qiáng)度、確定衍射峰位、線形分析等定量分析工作。線形分析等定量分析工作。 步進(jìn)掃描測(cè)量精度較高，但費(fèi)時(shí)，一般僅用于測(cè)步進(jìn)

25、掃描測(cè)量精度較高，但費(fèi)時(shí)，一般僅用于測(cè)量量2范圍不大的一段衍射圖。范圍不大的一段衍射圖。4、 衍射花樣的指數(shù)標(biāo)定衍射花樣的指數(shù)標(biāo)定 首先，計(jì)算與首先，計(jì)算與2衍射峰衍射峰對(duì)應(yīng)的面間距對(duì)應(yīng)的面間距d。 然后，標(biāo)定晶面指數(shù)。然后，標(biāo)定晶面指數(shù)。 標(biāo)定方法分兩種：標(biāo)定方法分兩種： 如果樣品晶體結(jié)構(gòu)已知，如果樣品晶體結(jié)構(gòu)已知，可以立即標(biāo)定每根衍射可以立即標(biāo)定每根衍射線的晶面指數(shù)；線的晶面指數(shù)； 如果樣品晶體結(jié)構(gòu)未知，如果樣品晶體結(jié)構(gòu)未知，則需要參考試樣的化學(xué)則需要參考試樣的化學(xué)成分、加工工藝過(guò)程等成分、加工工藝過(guò)程等進(jìn)行嘗試標(biāo)定。進(jìn)行嘗試標(biāo)定。例：立方系晶體衍射花樣標(biāo)定例：立方系晶體衍射花樣標(biāo)定 介紹

26、立方晶系晶體指標(biāo)化的數(shù)值計(jì)算法。介紹立方晶系晶體指標(biāo)化的數(shù)值計(jì)算法。 對(duì)于立方晶系，有：對(duì)于立方晶系，有： 上式中，上式中， 對(duì)于同一物質(zhì)的同一衍射花樣中的各對(duì)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)。條衍射線是相同的，所以它是常數(shù)。 因此，衍射花樣中的各條線對(duì)的晶面指數(shù)平方和因此，衍射花樣中的各條線對(duì)的晶面指數(shù)平方和h2+k2+l2與與sin2是一一對(duì)應(yīng)的。是一一對(duì)應(yīng)的。2222224sinlkha224a 令令N=h2+k2+l2 N=h2+k2+l2 ，則有：，則有： 即掠射角正弦的平方之比等于晶面指數(shù)平方和之即掠射角正弦的平方之比等于晶面指數(shù)平方和之比。比。 根據(jù)立

27、方晶系的消光規(guī)律，相應(yīng)的根據(jù)立方晶系的消光規(guī)律，相應(yīng)的N N值序列規(guī)律如值序列規(guī)律如下：下：nnNNNN:sin:sin:sin:sin3212322212點(diǎn)陣類型點(diǎn)陣類型N值序列比值序列比簡(jiǎn)單立方簡(jiǎn)單立方 1:2:3:4:5:6:8:9:10:體心立方體心立方 2:4:6:8:10:12:14:16:18:面心立方面心立方 3:4:8:11:12:16:19:20:24: 于是于是,根據(jù)測(cè)得的根據(jù)測(cè)得的值，可計(jì)算出：值，可計(jì)算出： 得到指數(shù)平方和的連比序列，然后與表得到指數(shù)平方和的連比序列，然后與表3-1對(duì)比，對(duì)比，就可以確定衍射物質(zhì)是哪種立方結(jié)構(gòu)。就可以確定衍射物質(zhì)是哪種立方結(jié)構(gòu)。 按照對(duì)

28、應(yīng)的線條順序就可標(biāo)出相應(yīng)的線條指數(shù)。按照對(duì)應(yīng)的線條順序就可標(biāo)出相應(yīng)的線條指數(shù)。 線條指數(shù)確定后，就可計(jì)算出晶格常數(shù)線條指數(shù)確定后，就可計(jì)算出晶格常數(shù)a。 （以高指數(shù)高（以高指數(shù)高角計(jì)算出的角計(jì)算出的a比較準(zhǔn)確。比較準(zhǔn)確。 ） :sin:sin:sin322212 表表 立方晶系點(diǎn)陣衍射晶面序列立方晶系點(diǎn)陣衍射晶面序列 衍射衍射線序線序號(hào)號(hào)簡(jiǎn)單立方簡(jiǎn)單立方體心立方體心立方面心立方面心立方HKLNNi/N1HKLNNi/N1HKLNNi/N111001111021111312110222204220041.333111332116322082.6642004422084311113.67521055310105222124621166222126400165.33722088321147331196.338221,30099400168420206.6793101010411,330189422248103111111420201033327