X射线衍射分析讲解的问题

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1、X射线衍射分析讲解的问题，应用及分析过程一、X射线衍射分析讲解的问题X射线衍射分析从X射线的物理学基础讲起，分析了X射线的物理性质如X射线波长范围在约0.01~0.1nm，而用于衍射的约在0.05~0.25nm；振动方程为等。然后说明了X射线的产生方式，即二极管的装置原理，电气线路和所产生的两种线谱——连续谱和特征谱。其中连续谱的强度公式为，特征谱的强度为。随后讲述了X射线与物体的相互作用方式，其中分别讲述了X射线的透射，吸收和散射。透射系数为，质量吸收系数为，相干散射的强度公式为（入射线偏振），（入射线偏

2、振），非相干散射的波长变化为。之后讨论了X射线的衍射问题，分别讨论了X射线衍射方向，X射线衍射方法，X射线的衍射强度的影响因素。最后阐述了X射线衍射分析的方法。单晶衍射法——劳埃法，周转晶体法；多晶体衍射法——照相法，衍射仪法；双晶体衍射法。二、X射线衍射分析的应用1、物相分析：由于不同的物质各具有自己特定的原子种类、原子排列方式和点阵参数，进而呈现出特定的衍射花样；多相物质的衍射花样互不干扰，相互独立，只是机械地叠加；衍射花样可以表明物相中元素的化学结合态，这就是X射线衍射物相分析的原理。制备各种标准单相

3、物质的衍射花样并使之规范化,将待分析物质的衍射花样与之对照,从而确定物质的组成相,就成为物相定性分析的基本方法。鉴定出各个相后,根据各相花样的强度正比于该组分存在的量(需要做吸收校正者除外),就可对各种组分进行定量分析。这种方法是由J.D.Hanawalt于1963年创立的。目前常用衍射仪法得到衍射图谱,用“粉末衍射标准联合会(JCPDS)”负责编辑出版的“粉末衍射卡片(PDF卡片)”进行物相分析。目前,物相分析存在的问题主要有:(1)待测物图样中的最强线条可能并非某单一相的最强线,而是两个或两个以上相的某

4、些次强或三强线叠加的结果。这时若以该线作为某相的最强线将找不到任何对应的卡片。(2)在众多卡片中找出满足条件的卡片,十分复杂而繁锁。虽然可以利用计算机辅助检索,但仍难以令人满意。(3)定量分析过程中,配制试样、绘制定标曲线或者K值测定及计算,都是复杂而艰巨的工作。为此,有人提出了可能的解决办法,认为从相反的角度出发,根据标准数据(PDF卡片)利用计算机对定性分析的初步结果进行多相拟合显示,绘出衍射角与衍射强度的模拟衍射曲线。通过调整每一物相所占的比例,与衍射仪扫描所得的衍射图谱相比较,就可以更准确地得到定性

5、和定量分析的结果,从而免去了一些定性分析和整个定量分析的实验和计算过程2、点阵常数的精确测定：点阵常数是晶体物质的基本结构参数,测定点阵常数在研究固态相变、确定固溶体类型、测定固溶体溶解度曲线、测定热膨胀系数等方面都得到了应用。点阵常数的测定是通过X射线衍射线的位置(θ)的测定而获得的,通过测定衍射花样中每一条衍射线的位置均可得出一个点阵常数值。点阵常数测定中的精确度涉及两个独立的问题,即波长的精度和布拉格角的测量精度。波长的问题主要是X射线谱学家的责任,衍射工作者的任务是要在波长分布与衍射线分布之间建立一

6、一对应的关系。知道每根反射线的密勒指数后就可以根据不同的晶系用相应的公式计算点阵常数。晶面间距测量的精度随θ角的增加而增加,θ越大得到的点阵常数值越精确,因而点阵常数测定时应选用高角度衍射线。误差一般采用图解外推法和最小二乘法来消除点阵常数测定的精确度极限处在1×10-5附近。3、宏观应力的测定：X射线测定应力以衍射花样特征的变化作为应变的量度，这个应变是通过某一种晶面间距的变化表征的。由布拉格方程的微分式可看出，当晶面间距相对变化时，衍射角的变化规律为：，只要知道试样表面上某个晶面衍射线位移量，即可算出晶

7、面间距的变化量，再根据弹性力学定律计算出该方向上的应力数值。宏观应力均匀分布在物体中较大范围内,产生的均匀应变表现为该范围内方向相同的各晶粒中同名晶面间距变化相同,导致衍射线向某方向位移,这就是X射线测量宏观应力的基础;微观应力在各晶粒间甚至一个晶粒内各部分间彼此不同,产生的不均匀应变表现为某些区域晶面间距增加、某些区域晶面间距减少,结果使衍射线向不同方向位移,使其衍射线漫散宽化,这是X射线测量微观应力的基础。超微观应力在应变区内使原子偏离平衡位置,导致衍射线强度减弱,故可以通过X射线强度的变化测定超微观应

8、力。测定应力一般用衍射仪法。还可以用应力仪法。应力仪的优点是可以在现场对工件进行实地残余应力检测。X射线测定应力具有非破坏性,可测小范围局部应力,可测表层应力,可区别应力类型、测量时无需使材料处于无应力状态等优点,但其测量精确度受组织结构的影响较大,X射线也难以测定动态瞬时应力。4、晶粒尺寸和点阵畸变的测定：若多晶材料的晶粒无畸变、足够大,理论上其粉末衍射花样的谱线应特别锋利,但在实际实验中,这种谱线无法看到。这