X射线物相分析及其应用

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1、X射线衍射物相分析吴志国兰州大学等离子体与金属材料研究所现代材料物理研究方法第五讲X射线衍射物相分析材料的成份和组织结构是决定其性能的基本因素。化学分析能给出材料的成份，金相分析能揭示材料的显微形貌，而X射线衍射分析可得出材料中物相的结构、含量及元素的存在状态。因此，三种方法不可互相取代。物相分析包括定性分析和定量分析两部分。2X射线衍射物相分析X射线衍射得到的结果是宏观体积内（约1cm2×10μm）大量原子行为的统计结果，它与材料宏观的物理、化学及力学性能有直接、密切的关系。这里介绍利用JCPDS卡片进行物

2、相定性分析及建立在衍射线累计强度测量基础上的定量相分析的原理和方法。3物相的定性分析定性分析鉴别出待测样品是由哪些“物相”所组成。X射线之所以能用于物相分析是因为由各衍射峰的角度位置所确定的晶面间距d以及它们的相对强度I/I1是物质的固有特性。每种物质都有特定的晶格类型和晶胞尺寸，而这些又都与衍射角和衍射强度有着对应关系，所以可以象根据指纹来鉴别人一样用衍射图像来鉴别晶体物质，即将未知物相的衍射花样与已知物相的衍射花样相比较。既然多晶体的衍射花样是被鉴定物质的标志，那么就有必要大量搜集各种已知物质的多晶体衍射

3、花样。Hanawalt早在20世纪30年代就开始搜集并获得了上千种已知物质的衍射花样，又将其加以科学分类，以标准卡片的形式保存这些花样，这就是粉末衍射卡片（PDF）。4粉末衍射卡片（PDF）1942年，美国材料试验学会等出版了第一组衍射数据卡片（ASTM卡片），以后逐年增编。1969年，建立了国际组织——粉末衍射标准联合会（JointCommitteeonPowderDiffractionStandards，JCPDS）。在各国相应组织合作下，建立了PDF数据库（PowderDiffractionFiles）

4、，出版了粉末衍射卡片，现已出版了近50组，包括有机及无机物质卡片60000余张，每年以2000多种的速度增加。PDF卡片索引：无机索引；有机索引；Hanawalt索引；Fink法数字索引；字母索引PDF卡片具体形式见下页：5粉末衍射卡片（PDF）6第1部分1a,1b,1c为三根最强衍射线的晶面间距，1d为试样的最大面间距；第2部分2a,2b,2c，2d为上述四根衍射线条的相对强度；第3部分所用实验条件第4部分物相的结晶学数据第5部分物相的光学性质数据第6部分化学分析、试样来源、分解温度、转变点、热处理、实验温

5、度等第7部分物相的化学式和名称第8部分矿物学通用名称、有机物结构式。又上角标号★表示数据高度可靠；○表示可靠性较低；无符号者表示一般；i表示已指数化和估计强度，但不如有星号的卡片可靠；有C表示数据为计算值。第9部分面间距、相对强度和干涉指数第10部分卡片序号7索引方法字母索引哈纳瓦尔特（Hanawalt）索引Fink法数字索引8字母索引方法已知被测样品的主要化学成分时用此方法。根据物质化学元素英文名称的第一字母的顺序排列，在同一元素档中又以另一元素或化合物名称第一字母为序编排。在名称后面列出物质的化学式、其衍

6、射图样中三根最强线的d值和相对强度，以及物质的卡片序号。检索者一旦知道了试样中的一种或数种化学元素时，便可以使用这种索引。被分析的对象中所可能含有的物相，往往可以从文献中查到或估计出来，这时便可通过字母索引将有关卡片找出，与待定衍射花样对比，即可迅速确定物相。9哈纳瓦尔特（Hanawalt）索引哈纳瓦尔特索引是一种按d值编排的数字索引。当待测样品中的物相或元素完全未知时，可以使用数字索引。该索引将已经测定的所有物质的三条最强线的面间距d值从大到小按顺序分组排列。按照排在第一位的最强线d值分成若干大组，各大组内

7、按第二位的d值自大到小排列，每个物质三强线后列出其它5根较强线的d值（按强度顺序排列）。d值下的脚标是以最强线强度为10时的相对强度，最强线的脚标为“x”。在d值数列后面给出物质的化学式及JCPDS卡片编号。10哈纳瓦尔特（Hanawalt）索引有时由于试样制备及实验条件的差异，可能被测结晶物质相的最强线并不一定是JCPDS卡片中的最强线。在这种情况下，如果每个被测结晶物质相在索引中只出现一次，就会给检索带来麻烦。考虑到影响强度的因素比较复杂，为了减少因强度测量的差异而带来的查找困难，索引中将每种物质列出多次

8、。当三条强线中的任何两线间的强度差小于25%时，均将它们的位置对调后再次列入索引。最好是分别以d1d2d3、d2d3d1、d3d1d2进行排列。每条索引包括物质的三强线的d和I/I1、化学式、名称及卡片的顺序号。11哈纳瓦尔特（Hanawalt）索引以下是Hanawalt索引中几个无机物相的条目：★2.09x2.5591.6083.4881.3751.7452.3841.403Al2O310-173