X射線衍射儀PPT課件

1、外觀與組成 基本組成 X射線發(fā)生器 衍射測角儀 輻射探測器 測量電路 控制操作與數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第1頁/共45頁測角儀的構(gòu)造測角儀的構(gòu)造X射線發(fā)生器第2頁/共45頁X射線發(fā)生器是高穩(wěn)定度的 它是由：X射線管 高壓發(fā)生器 管壓管流穩(wěn)定電路 各種保護(hù)電路等第3頁/共45頁現(xiàn)代衍射用的X射線管都屬于熱電子二極管。密封式轉(zhuǎn)靶式最大功率3KW視靶材料的不同而異是為獲得高強(qiáng)度X射線而設(shè)計(jì)的功率9KW分為第4頁/共45頁第5頁/共45頁第6頁/共45頁產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件高速電子遇靶突然停止產(chǎn)生X-射線1.燈絲 產(chǎn)生自由電子產(chǎn)生自由電子2.高壓 加速電子 使電子作定向的高速運(yùn)動使電子作定向的高速運(yùn)動3. 靶

2、阻擋電子 在其運(yùn)動的路徑上設(shè)置一個障在其運(yùn)動的路徑上設(shè)置一個障 礙物使電子突然減速或停礙物使電子突然減速或停止止 產(chǎn)生X-射線第7頁/共45頁樣品臺測角儀第8頁/共45頁測角儀測角儀 目前廣泛使用的衍射儀測角器是根據(jù)變換聚焦圓半徑原理設(shè)計(jì)的。測角儀圓中心是樣品臺。樣品臺可以繞中心O軸轉(zhuǎn)動。平板狀粉末多晶樣品安放在樣品臺上，并保證試樣被照射的表面與O軸線嚴(yán)格重合。測角儀圓周上安裝有X射線輻射探測器，探測器亦可以繞O軸線轉(zhuǎn)動。工作時(shí)，探測器與試樣同時(shí)轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)動的角速度為2：1的比例關(guān)系。當(dāng)試樣、探測器繞試樣中心軸按1:2的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，光源、試樣、探測器始終處在由這三點(diǎn)所組成的聚焦圓上。隨著衍射角

3、的增大，聚焦圓逐漸減小。由于聚焦圓半徑是變化的，所以要求樣品表面是平的，并始終與聚焦圓相切。第9頁/共45頁梭拉狹縫發(fā)散狹縫防散射狹縫接收狹縫梭拉狹縫第10頁/共45頁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(diǎn)S S發(fā)出，為了限制X X射線的發(fā)散，在照射路徑中加入S1S1梭拉光欄限制X X射線在高度方向的發(fā)散，加入DSDS發(fā)散狹縫光欄限制X X射線的照射寬度。 經(jīng)過二道光欄限制，入射X X射線僅照射到試樣區(qū)域，試樣以外均被光欄遮擋。 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中也設(shè)置防散射光欄SSSS、梭拉光欄S2S2和接收狹縫光欄RSRS，這樣限制后僅讓聚焦照向探測器

4、的衍射線進(jìn)入探測器，其余雜散射線均被光欄遮擋。 第11頁/共45頁單色器第12頁/共45頁 晶體單色器的作用與圖示 作用：消除衍射花樣的背底和K散射衍射束彎曲晶體單色器晶體單色器第13頁/共45頁檢測器與記錄系統(tǒng)第14頁/共45頁探測器與記錄系統(tǒng)探測器與記錄系統(tǒng) 計(jì)數(shù)器的主要功能是將X射線光子的能量轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。 閃爍計(jì)數(shù)器由三部分組成。閃爍體，光電倍增管和前置放大器。每個入射X射線量子將使晶體產(chǎn)生一次閃爍。每次閃爍激發(fā)倍增管光電陰極產(chǎn)生光電子，這些一次光電子被第一級收集并激發(fā)出更多的二次電子，再被下一級收集，由此倍增出更多的電子。第15頁/共45頁實(shí)驗(yàn)條件選擇 （一）（一）實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇

5、防散射狹縫與接收狹縫應(yīng)同步選擇。防散射狹縫與接收狹縫應(yīng)同步選擇。 選擇寬的狹縫可以獲得高的選擇寬的狹縫可以獲得高的X X射線衍射強(qiáng)度，射線衍射強(qiáng)度，但分辨率要降低；若希望提高分辨率則應(yīng)選擇但分辨率要降低；若希望提高分辨率則應(yīng)選擇小的狹縫寬度。小的狹縫寬度。 掃描速度是指探測器在測角儀圓周上均勻轉(zhuǎn)動掃描速度是指探測器在測角儀圓周上均勻轉(zhuǎn)動的角速度。掃描速度對衍射結(jié)果的影響與時(shí)間的角速度。掃描速度對衍射結(jié)果的影響與時(shí)間常數(shù)類似，掃描速度越快，衍射線強(qiáng)度下降，常數(shù)類似，掃描速度越快，衍射線強(qiáng)度下降，衍射峰向掃描方向偏移，分辨率下降，一些弱衍射峰向掃描方向偏移，分辨率下降，一些弱峰會被掩蓋而丟失。但過

6、低的掃描速度也是不峰會被掩蓋而丟失。但過低的掃描速度也是不實(shí)際的。實(shí)際的。第16頁/共45頁(一）一）實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇第17頁/共45頁實(shí)驗(yàn)條件選擇 （二）試樣（二）試樣 按聚焦條件的要求，試樣表面應(yīng)永遠(yuǎn)保持與聚焦圓有相同的曲面，但是，由于聚焦圓曲率半徑在測量過程中不斷變化，而試樣表面卻無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。因此，只能作近似處理，采用平板試樣，使試樣表面始終與聚焦圓相切，即聚焦圓圓心永遠(yuǎn)位于試樣表面的法線上。第18頁/共45頁實(shí)驗(yàn)條件選擇 （二）試樣（二）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。對于塊狀、片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

7、劑將其固定在試樣框架上，并保持一個平面與框架平面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)和后填入試樣架凹槽中，使粉末表面刮平與框平行；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。試樣對晶粒大小、試樣厚度、擇優(yōu)取向、應(yīng)力狀態(tài)和試樣表架平面一致。試樣對晶粒大小、試樣厚度、擇優(yōu)取向、應(yīng)力狀態(tài)和試樣表面平整度等都有一定要求。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。粉末粒度也要在左右最佳。粉末粒度也要在這個范圍內(nèi)，一般要求能通過這個范圍內(nèi)，一般要求能通過3

8、25325目的篩子為合適。目的篩子為合適。第19頁/共45頁實(shí)驗(yàn)條件選擇 （二）試樣（二）試樣下圖示出了一個由于制樣方法不當(dāng)而得不到正確的衍射圖的例子。 第20頁/共45頁衍射圖譜：不同晶體的衍射譜圖如同指紋 不同的物質(zhì)有不同的指紋 一張衍射圖譜上衍射線的位置僅和原子排列周期性有關(guān) 強(qiáng)度則決定于原子種類、數(shù)量、相對位置等性質(zhì) 衍射線的位置和強(qiáng)度就完整地反映了晶體結(jié)構(gòu)的二個特征，從而成為辨別物相的依據(jù)第21頁/共45頁第22頁/共45頁原始數(shù)據(jù)處理第23頁/共45頁第24頁/共45頁XRD的應(yīng)用通過對峰位置及峰強(qiáng)度的分析，我們可以完成如下工作定性分析定量分析狀態(tài)分析殘余奧氏體結(jié)晶度計(jì)算晶體粒徑、

9、晶格應(yīng)力計(jì)算晶體結(jié)構(gòu)分析晶格常數(shù)確定晶系物相分析第25頁/共45頁X射線衍射儀的應(yīng)用舉例一 物相鑒定原理：X射線入射到多晶體上，產(chǎn)生衍射的充要條件是： 2dsin=n -（1） F（hkl）0 -（2）（1）確定了衍射方向 在一定的實(shí)驗(yàn)條件下衍射方向取決于晶面間距d，而d是晶胞參數(shù)的函數(shù)。（2）表示衍射強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)因子F（hkl）的關(guān)系，衍射強(qiáng)度正比于F（hkl）模的平方。F（hkl）的數(shù)值取決于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，即晶胞中原子的種類，數(shù)目，和排列方式。因此決定X射線衍射譜中衍射方向和衍射強(qiáng)度的一套d-I的數(shù)值是與一個確定的晶體結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的。第26頁/共45頁第27頁/共45頁1，用jade軟件打開測量

10、圖譜，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊S/M，顯示物相檢索參數(shù)設(shè)置窗口。第28頁/共45頁第29頁/共45頁第30頁/共45頁如果樣品為幾種物相的混合物，則其圖形為這幾種晶體的衍射線的加和。一般各物相衍射線的強(qiáng)度與其含量成正比。第31頁/共45頁2040608010005001000100200300400 0200400600800 0200400600800(222)(311)(220)(200)應(yīng)變 35.6%intensity2/degrees應(yīng)變 0(111) intensity應(yīng)變 55% intensity(211)(200)(110)應(yīng)變 77.9% intensity基體為304奧氏體不銹鋼，經(jīng)過

11、冷軋變形后，以樣品厚度的減少量計(jì)算樣品的應(yīng)變分別為35.6%，55.0%，77.9%。圖中為奧氏體相，為馬氏體相，從XRD的結(jié)果可以看出，304基體沒有應(yīng)變的情況下，奧氏體的5個衍射峰均存在，并且馬氏體（110）晶面上出現(xiàn)衍射峰；隨著應(yīng)變量的增加，馬氏體的衍射峰逐漸增多，到應(yīng)變量為77.9%時(shí)，馬氏體在（110）、（200）、（211）晶面上出現(xiàn)衍射峰，而奧氏體的衍射峰削弱，只有（220）晶面的衍射峰存在。第二個例子第32頁/共45頁第三個例子：結(jié)晶度測定 從理論上講： 結(jié)晶度=晶區(qū)光強(qiáng)100% 總光強(qiáng) Ac Xc=_100%第33頁/共45頁粗略計(jì)算我們可以用剪刀積分法第34頁/共45頁嚴(yán)格

12、算結(jié)晶度，只能用計(jì)算機(jī)分峰第35頁/共45頁第四個例子：晶粒尺寸測定 我們用來計(jì)算晶粒尺寸的公式是： k t= _ Scherrer(謝樂）公式 Bcos t：在hkl法線方向上的平均尺寸（nm） k：修正常數(shù)：取0.89 或 1 B: 衍射峰的半高寬（弧度）第36頁/共45頁第37頁/共45頁第38頁/共45頁第39頁/共45頁第五個例子:衍射圖形指標(biāo)化 指標(biāo)化就是完成哪個峰代表哪個晶面 介紹一個最簡單的立方晶系 一般有兩種方法:sin2和d值法 第40頁/共45頁第41頁/共45頁 對于立方點(diǎn)陣 我們有 我們用最大 為基準(zhǔn)，去除以其它的d得到整數(shù)組 =m1:m2:m3找到最簡單的整數(shù)組，分解為hkl，就完成了指標(biāo)化（）不能出現(xiàn)非整平方數(shù)，等（）不能出現(xiàn)代表