第二章 X射线多晶衍射方法及应用

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1、第二章X射线多晶衍射方法及应用§2.1多晶（粉末）衍射方法工程材料大都在多晶形式下使用，故多晶体X射线衍射分析法具有重大的实用价值。多晶X射线衍射分析所用样品大多为粉末，故常称为“粉末法”获取物质衍射图样的方法按使用的设备可分为照相法和衍射仪法,德拜法及其他照像法现在使用的已经很少了。衍射仪由于与计算机相结合，具有高稳定、高分辨率、多功能和全自动等特点，并且可以自动地给出大多数实验结果，因此应用非常普遍。一、德拜-谢乐法(一)德拜相机的构造直径有114.6mm和57.3mm两种一、德拜-谢乐法(二)试样的制备制粉(研磨或锉粉)→退火以

2、消除内应力→装管(管径0.05-0.08mm,做成长10-15mm的试样)。粉末粒度应控制在250~350目，过粗会使衍射环不连续，过细则使衍射线发生宽化。多晶金属丝也可用作德拜相样品:消除内应力退火→表面磨光→酸腐蚀去掉变形层。一、德拜-谢乐法(三)底片的安装(1)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，低角衍射线较接近中心孔，高角衍射线则位于底片两端，测量衍射线对间的距离2L，衍射角θ=2L/4R。(2)反装法：X射线从中心孔入射，照射试样后从底片接口处穿出，高角线条集中于中心孔附近，2π-4θ=2L/R，θ=π/

3、2-2L/4R（弧度）。(3)偏装法(不对称装法)：在底片上开两个孔,X射线先后从此两孔通过，底片开口置于前后光阑之间。前后衍射线条对中心点间的距离为W。前衍射区：4θ/2L=180/W；背衍射区:(360-4θ)/2L=180/W(三)底片的安装及角度测定2L(三)底片的安装4Rθ=2L2θ=2L/2R(1)正装法用于物相分析2L2θ=π-2L/4R4Rθ=2πR-2L(2)反装法适用于点阵参数B的测定A2L(3)偏装法适用于点阵参数的精确测定§2.1多晶（粉末）衍射方法二.衍射仪法衍射仪是进行X射线衍射实验专用的主要设备。它由四个

4、基本部分组成：X射线发生部分、测角仪、强度测量装置和计算机部分，其中测角仪是仪器的中心部分。衍射仪上还可安装各种附件，如高温、低温、织构测定、应力测量、试样选择及摇摆等，大大扩展了衍射仪的功能。一.衍射仪法一.衍射仪法(一)X射线测角仪(主要中心部件)平板试样D安装在试样台H上，试样台可绕垂直于图面的O轴旋转。S为X射线源，与图面相垂直，与衍射仪轴(O轴)平行。当一束发散的X射线照射到试样上时，满足布拉格关系的某种晶面，其反射线便形成一根收敛光束。F处有一接收狭缝，与计数管C同安装在围绕O旋转的支架E上，当计数管转到适当的位置时便可接

5、收到一根反射线。计数管角位置2θ从刻度尺K上读出。一.衍射仪法(一)X射线测角仪(主要中心部件)试样台H和计数管支架E保持固定的转动关系。当H转过θ角时，E恒转过2θ角，这就是试样-计数管的连动(θ-2θ连动)。一.衍射仪法(一)X射线测角仪(主要中心部件)连动的关系保证了试样表面始终平分入射线和衍射线的夹角2θ，当θ符合某(HKL)晶面相应的布拉格条件时，从试样表面各点由那些(HKL)晶面平行于试样表面晶粒所贡献的衍射线都能聚焦进入计数管中。计数管能将不同强度的X射线转化为电信号，并通过计数率仪、电位差计将信号记录。当试样和计数管连

6、续转动时，衍射仪就能自动描绘出衍射强度随2θ角的变化情况。一.衍射仪法(一)X射线测角仪(主要中心部件)图2-7钨粉的衍射图一.衍射仪法(一)X射线测角仪(主要中心部件)衍射仪所用试样为将粉末压在试样框内制成。粉末粒度约为微米级。过粗的粉末难以成形，且由于照射的颗粒数少，衍射强度变得不稳定。过细的微晶使衍射线宽化、不明锐，并可妨碍弱线的出现。试样框大小约为20mm×15mm，厚2mm。也可采用多晶块状试样，照射处最好磨平。一.衍射仪法（二）单色器晶体单色器是一种X射线单色化装置，主要由一块单晶体构成。把单色器按一定取向位置放在入射X射

7、线或衍射线光路中，当它的一组晶面满足布拉格方程时，只有一种波长发生衍射，从而得到单色光。一.衍射仪法(三)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，包括正比计数器(PC)、闪烁计数器(SC)、固体半导体计数器(SSD)、位敏正比计数器(PSPC)等。一.衍射仪法(三)探测器正比计数管PC有玻璃外壳，内充惰性气体。阴极为一金属圆筒，阳极为共轴的金属丝。X射线进入处称为窗口，由铍或云母等低吸收材料制成，在阴阳极间加有600~900V的

8、直流电压。一.衍射仪法X射线光子→电离惰性气体→产生电子→在电场作用下向阳极加速运动→高速电子再使气体电离→电离过程的连锁反应——雪崩。在极短时间内产生的大量电子涌向阳极，将出现一个可探测到的电流，计数器将有一电压脉冲输