現(xiàn)代材料測(cè)試方法

1、授課教師：吳海濤老師授課教師：吳海濤老師上課班級(jí)：材專(zhuān)上課班級(jí)：材專(zhuān)041、042緒緒 論論第一章第一章 光學(xué)顯微分析光學(xué)顯微分析第二章第二章 X-射線衍射分析射線衍射分析第三章第三章 電子顯微分析電子顯微分析第四章第四章 綜合熱分析綜合熱分析第五章第五章 紅外光譜分析紅外光譜分析l一、開(kāi)設(shè)課程的作用、地位一、開(kāi)設(shè)課程的作用、地位 l二、課程的主要內(nèi)容二、課程的主要內(nèi)容 l三、主要參考書(shū)三、主要參考書(shū) l四、聽(tīng)課要求四、聽(tīng)課要求 l五、考試情況五、考試情況 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，材隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，材料科學(xué)也在不斷地往前發(fā)展。隨著材料研究的不斷的

2、深入，料科學(xué)也在不斷地往前發(fā)展。隨著材料研究的不斷的深入，眾多新型材料如功能材料、梯度功能材料、納米材料等被眾多新型材料如功能材料、梯度功能材料、納米材料等被研制出來(lái)?？萍脊ぷ髡邔?duì)材料的研究也已經(jīng)由過(guò)去的實(shí)驗(yàn)、研制出來(lái)。科技工作者對(duì)材料的研究也已經(jīng)由過(guò)去的實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)方法逐步地摸索、試制性能合格的材料，向按一定的實(shí)驗(yàn)方法逐步地摸索、試制性能合格的材料，向按一定的指標(biāo)性能來(lái)設(shè)計(jì)材料。材料向著新、高、精、尖的發(fā)展，指標(biāo)性能來(lái)設(shè)計(jì)材料。材料向著新、高、精、尖的發(fā)展，對(duì)材料的性能和產(chǎn)品的質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，促使對(duì)材料的性能和產(chǎn)品的質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，促使材料工作者去探求材料組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工

3、藝和性能之間材料工作者去探求材料組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝和性能之間的關(guān)系，為原材料選擇、工藝改進(jìn)、材料改性以及研制預(yù)的關(guān)系，為原材料選擇、工藝改進(jìn)、材料改性以及研制預(yù)定性能的新材料等提供理論依據(jù)。材料性能和產(chǎn)品質(zhì)量與定性能的新材料等提供理論依據(jù)。材料性能和產(chǎn)品質(zhì)量與材料的組成和結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的，人們要改進(jìn)材料的性能、材料的組成和結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的，人們要改進(jìn)材料的性能、提高產(chǎn)品的質(zhì)量，必須要了解材料內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，必須要了解材料內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu)，“現(xiàn)代材料測(cè)試方法現(xiàn)代材料測(cè)試方法”就是為研究材料內(nèi)部的物相組成和就是為研究材料內(nèi)部的物相組成和結(jié)構(gòu)而設(shè)置的一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。結(jié)構(gòu)而設(shè)置

4、的一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。 眾所周知，材料的性能主要決定于其化學(xué)成分、礦物眾所周知，材料的性能主要決定于其化學(xué)成分、礦物組成、宏觀結(jié)構(gòu)以及微觀結(jié)構(gòu)。其中物相組成，尤其是結(jié)組成、宏觀結(jié)構(gòu)以及微觀結(jié)構(gòu)。其中物相組成，尤其是結(jié)晶礦物相組成和微觀結(jié)構(gòu)特征是在化學(xué)成分確定后對(duì)物質(zhì)晶礦物相組成和微觀結(jié)構(gòu)特征是在化學(xué)成分確定后對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)起著關(guān)鍵性的作用。因?yàn)槲锵嘟M成及顯微結(jié)構(gòu)是無(wú)的性質(zhì)起著關(guān)鍵性的作用。因?yàn)槲锵嘟M成及顯微結(jié)構(gòu)是無(wú)機(jī)材料生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)工藝條件的直接記錄，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)機(jī)材料生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)工藝條件的直接記錄，每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生的變化均在物相組成及顯微結(jié)構(gòu)上有所體現(xiàn)。而材節(jié)發(fā)生的變化均在物相組成及顯微結(jié)構(gòu)

5、上有所體現(xiàn)。而材料制品的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)特征，又直接影響甚至決定料制品的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)特征，又直接影響甚至決定著制品的性能、質(zhì)量、應(yīng)用性狀和效果。改變無(wú)機(jī)材料的著制品的性能、質(zhì)量、應(yīng)用性狀和效果。改變無(wú)機(jī)材料的化學(xué)組成、生產(chǎn)工藝過(guò)程和條件，就能獲得具有不同物相化學(xué)組成、生產(chǎn)工藝過(guò)程和條件，就能獲得具有不同物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的制品，制品的技術(shù)性能，使用性能也就組成和顯微結(jié)構(gòu)的制品，制品的技術(shù)性能，使用性能也就不同。為了獲得具有新技術(shù)需要的使用性能的新型材料，不同。為了獲得具有新技術(shù)需要的使用性能的新型材料，可以通過(guò)物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選用合適的原料及可以通過(guò)物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，

6、選用合適的原料及工藝配方，采用特定的生產(chǎn)過(guò)程及工藝條件，通過(guò)試驗(yàn)和工藝配方，采用特定的生產(chǎn)過(guò)程及工藝條件，通過(guò)試驗(yàn)和研究而獲得需要的產(chǎn)品。研究而獲得需要的產(chǎn)品。 而材料的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的獲得必須通過(guò)一而材料的物相組成和顯微結(jié)構(gòu)的獲得必須通過(guò)一定的測(cè)試方法和手段。所以，我們研究、研制新材料，定的測(cè)試方法和手段。所以，我們研究、研制新材料，要使材料產(chǎn)品的性能指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到我們的設(shè)計(jì)要使材料產(chǎn)品的性能指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)、要求，對(duì)一些新研制材料的性能指標(biāo)、安全性目標(biāo)、要求，對(duì)一些新研制材料的性能指標(biāo)、安全性等方面的檢測(cè)，所有這些都與現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)分不開(kāi)。等方面的檢測(cè)，所有這些都與現(xiàn)

7、代測(cè)試技術(shù)分不開(kāi)。因此，每一個(gè)從事材料科學(xué)研究的科技工作者，每一因此，每一個(gè)從事材料科學(xué)研究的科技工作者，每一個(gè)材料的生產(chǎn)者都必須掌握和了解一定的材料測(cè)試方個(gè)材料的生產(chǎn)者都必須掌握和了解一定的材料測(cè)試方法方面的知識(shí)，這就是我們開(kāi)設(shè)此課程的目的。而且法方面的知識(shí)，這就是我們開(kāi)設(shè)此課程的目的。而且對(duì)現(xiàn)代材料測(cè)試方法的深入細(xì)致的研究，必將有助于對(duì)現(xiàn)代材料測(cè)試方法的深入細(xì)致的研究，必將有助于推動(dòng)材料的進(jìn)一步的發(fā)展。推動(dòng)材料的進(jìn)一步的發(fā)展。 第一章第一章 光學(xué)顯微分析光學(xué)顯微分析第二章第二章 X射線衍射技術(shù)射線衍射技術(shù)第三章第三章 電子顯微分析電子顯微分析第四章第四章 熱分析熱分析第五章第五章 紅外光譜

8、分析紅外光譜分析 1、楊南如，無(wú)機(jī)非金屬材料測(cè)試方法，武漢工業(yè)大學(xué)出版社、楊南如，無(wú)機(jī)非金屬材料測(cè)試方法，武漢工業(yè)大學(xué)出版社 1993 2、王成國(guó)等，材料分析測(cè)試方法，上海交通大學(xué)出版社、王成國(guó)等，材料分析測(cè)試方法，上海交通大學(xué)出版社 1994 3、物相分析，、物相分析， 武漢工業(yè)大學(xué)出版社，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1994 4、王英華，、王英華，X光衍射技術(shù)基礎(chǔ)，原子能出版社，光衍射技術(shù)基礎(chǔ)，原子能出版社，1993 5邵國(guó)有，硅酸鹽巖相學(xué)，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，邵國(guó)有，硅酸鹽巖相學(xué)，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1991 6. 常鐵軍常鐵軍 等，材料近代分析測(cè)試方法，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版等，材料近代分析測(cè)試方

9、法，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，社， 1999l晶體光學(xué)基礎(chǔ)晶體光學(xué)基礎(chǔ)l一、一、 光在晶體中的傳播光在晶體中的傳播l1.1 光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì)l光是具有一定波長(zhǎng)的電磁波；具有光是具有一定波長(zhǎng)的電磁波；具有波動(dòng)性和微粒性；波動(dòng)性和微粒性；l微粒性微粒性光是有無(wú)數(shù)作直線飛行光是有無(wú)數(shù)作直線飛行的微粒組成（基于光的直線傳播）。的微粒組成（基于光的直線傳播）。l波動(dòng)性波動(dòng)性光是球形波的形式傳播光是球形波的形式傳播的（反映了光運(yùn)動(dòng)形式）。的（反映了光運(yùn)動(dòng)形式）。l光電效應(yīng)光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，證明了光是一物的發(fā)現(xiàn)，證明了光是一物質(zhì)（即光是由具有極小能量的粒質(zhì)（即光是由具有極小能量的?！肮庾庸庾印苯M成的）。而

10、波動(dòng)是質(zhì)的組成的）。而波動(dòng)是質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式。運(yùn)動(dòng)形式。l光的波動(dòng)形式光的波動(dòng)形式以正弦曲線運(yùn)動(dòng)，以正弦曲線運(yùn)動(dòng)，其傳播方向與振動(dòng)方向相互垂直。其傳播方向與振動(dòng)方向相互垂直。l1895年年11月月5日，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線時(shí)，發(fā)現(xiàn)了日，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在研究陰極射線時(shí)，發(fā)現(xiàn)了X射線。射線。l1912年，德國(guó)物理學(xué)家勞厄等人發(fā)現(xiàn)了年，德國(guó)物理學(xué)家勞厄等人發(fā)現(xiàn)了X射線在膽礬晶體中的衍射線在膽礬晶體中的衍射現(xiàn)象，一方面確認(rèn)了射現(xiàn)象，一方面確認(rèn)了X射線是一種電磁波，另一方面又為射線是一種電磁波，另一方面又為X射射線研究晶體材料開(kāi)辟了道路。線研究晶體材料開(kāi)辟了道路。l同年，英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子首

11、次利用同年，英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子首次利用X射線衍射方法測(cè)定了射線衍射方法測(cè)定了NaCl晶體的結(jié)構(gòu)，開(kāi)創(chuàng)了晶體的結(jié)構(gòu)，開(kāi)創(chuàng)了X射線晶體結(jié)構(gòu)分析的歷史。射線晶體結(jié)構(gòu)分析的歷史。lX射線在近代科學(xué)和工藝上的應(yīng)用主要有以下三個(gè)方面：射線在近代科學(xué)和工藝上的應(yīng)用主要有以下三個(gè)方面：1.X射線射線透視技術(shù)。透視技術(shù)。2.X射線光譜技術(shù)。射線光譜技術(shù)。3.X射線衍射技術(shù)。射線衍射技術(shù)。l利用利用X射線通過(guò)晶體時(shí)會(huì)發(fā)生衍射效應(yīng)這一特性來(lái)確定結(jié)晶物質(zhì)射線通過(guò)晶體時(shí)會(huì)發(fā)生衍射效應(yīng)這一特性來(lái)確定結(jié)晶物質(zhì)的物相的方法，稱(chēng)為的物相的方法，稱(chēng)為X射線物相分析法。射線物相分析法。l目前，目前，X射線物相分析法作為鑒別物相

12、的一種有效的手段，已在射線物相分析法作為鑒別物相的一種有效的手段，已在地質(zhì)、建材、土壤、冶金、石油、化工、高分子物質(zhì)、藥物、紡地質(zhì)、建材、土壤、冶金、石油、化工、高分子物質(zhì)、藥物、紡織、食品等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用?？?、食品等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。Achievement of RINT Siriese020406080Iron CompanyMedicalAnalytical LaboratryConstructionMedicalChemistry丒Oil丒HighPolimerFood丒Fiber丒PaperElectronicsCeramics丒CementMachinary丒

13、AutomobleNon Ferrous MaterialsIron CompanylX射線的本質(zhì)射線的本質(zhì)lX射線從本質(zhì)上說(shuō)，和無(wú)線電波、可見(jiàn)光、射線從本質(zhì)上說(shuō)，和無(wú)線電波、可見(jiàn)光、 射線一樣，射線一樣，也是一種電磁波，其波長(zhǎng)范圍在也是一種電磁波，其波長(zhǎng)范圍在0.01100埃之間，介埃之間，介于紫外線和于紫外線和 射線之間，但沒(méi)有明顯的界限。射線之間，但沒(méi)有明顯的界限。 nm m mm cm m km波長(zhǎng)（）波長(zhǎng)（）射線射線可見(jiàn)光可見(jiàn)光微波微波無(wú)線電波無(wú)線電波UVIR射線射線lX射線產(chǎn)生的條件射線產(chǎn)生的條件l能夠提供足夠供衍射實(shí)驗(yàn)使用的能夠提供足夠供衍射實(shí)驗(yàn)使用的X射線，目前都是以射線，目前

14、都是以陰極射線（即高速度的電子流轟擊金屬靶）的方式獲陰極射線（即高速度的電子流轟擊金屬靶）的方式獲得的，所以要獲得得的，所以要獲得X射線必須具備如下條件：射線必須具備如下條件：l第一，產(chǎn)生自由電子的電子源，加熱鎢絲發(fā)射熱電子。第一，產(chǎn)生自由電子的電子源，加熱鎢絲發(fā)射熱電子。第二，設(shè)置自由電子撞擊的靶子，如陽(yáng)極靶，用以產(chǎn)第二，設(shè)置自由電子撞擊的靶子，如陽(yáng)極靶，用以產(chǎn)生生X射線。射線。l第三，施加在陰極和陽(yáng)極間的高電壓，用以加速自由第三，施加在陰極和陽(yáng)極間的高電壓，用以加速自由電子朝陽(yáng)極靶方向加速運(yùn)動(dòng)，如高壓發(fā)生器。電子朝陽(yáng)極靶方向加速運(yùn)動(dòng)，如高壓發(fā)生器。l第四，將陰陽(yáng)極封閉于小于第四，將陰陽(yáng)極封

15、閉于小于133.3 10-6Pa的高真空中，的高真空中，保持兩極純潔，促使加速電子無(wú)阻擋地撞擊到陽(yáng)極靶保持兩極純潔，促使加速電子無(wú)阻擋地撞擊到陽(yáng)極靶上。上。X射線管是產(chǎn)生射線管是產(chǎn)生X射線的源泉，高壓發(fā)生器及其附射線的源泉，高壓發(fā)生器及其附加設(shè)備給加設(shè)備給X射線管提供穩(wěn)定的光源，并可根據(jù)需要靈射線管提供穩(wěn)定的光源，并可根據(jù)需要靈活調(diào)整管壓和管流?；钫{(diào)整管壓和管流。lX射線管有多種不同的類(lèi)型，目前小功率的都使用封射線管有多種不同的類(lèi)型，目前小功率的都使用封閉式電子閉式電子X(jué)射線管，而大功率射線管，而大功率X射線機(jī)則使用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極射線機(jī)則使用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶的靶的X射線管。射線管。-lX射線譜指的是射線譜

16、指的是X射線強(qiáng)度射線強(qiáng)度I隨隨波長(zhǎng)波長(zhǎng)變化的關(guān)變化的關(guān)系曲線。系曲線。X射線射線的 強(qiáng) 度 大 小 決的 強(qiáng) 度 大 小 決定 于 單 位 時(shí) 間定 于 單 位 時(shí) 間內(nèi)通過(guò)與內(nèi)通過(guò)與X射線射線傳 播 方 向 垂 直傳 播 方 向 垂 直的 單 位 面 積 上的 單 位 面 積 上的光量子數(shù)的光量子數(shù)。l1. 連續(xù)連續(xù)X射線譜射線譜l連續(xù)連續(xù)X射線譜是由某一短波射線譜是由某一短波限開(kāi)始的一系列連續(xù)波長(zhǎng)組限開(kāi)始的一系列連續(xù)波長(zhǎng)組成。它具有如下的規(guī)律和特成。它具有如下的規(guī)律和特點(diǎn)：點(diǎn)：l（1）、當(dāng)增加）、當(dāng)增加X(jué)射線管壓時(shí)，射線管壓時(shí)，各波長(zhǎng)射線的相對(duì)強(qiáng)度一致各波長(zhǎng)射線的相對(duì)強(qiáng)度一致增高，最大強(qiáng)度

17、波長(zhǎng)增高，最大強(qiáng)度波長(zhǎng)m和短和短波限波限0變小。變小。l（2）、當(dāng)管壓保持不變，）、當(dāng)管壓保持不變，增加管流時(shí)，各種波長(zhǎng)的增加管流時(shí)，各種波長(zhǎng)的X射線相對(duì)強(qiáng)度一致增高，射線相對(duì)強(qiáng)度一致增高， 但但m和和0數(shù)值大小不變。數(shù)值大小不變。l（3）、當(dāng)改變陽(yáng)極靶元素）、當(dāng)改變陽(yáng)極靶元素時(shí)，各種波長(zhǎng)的相對(duì)強(qiáng)度隨時(shí)，各種波長(zhǎng)的相對(duì)強(qiáng)度隨元素的原子序數(shù)的增加而增元素的原子序數(shù)的增加而增加。加。l2. 特征特征X射線譜射線譜l特征特征X射線具有特定的波射線具有特定的波長(zhǎng)，且波長(zhǎng)取決于陽(yáng)極靶長(zhǎng)，且波長(zhǎng)取決于陽(yáng)極靶元素的原子序數(shù)，只有當(dāng)元素的原子序數(shù)，只有當(dāng)管壓超過(guò)某一特定值時(shí)才管壓超過(guò)某一特定值時(shí)才能產(chǎn)生特征能

18、產(chǎn)生特征X射線。特征射線。特征X射線譜是疊加在連續(xù)射線譜是疊加在連續(xù)X射射線譜上的。線譜上的。l特征特征X射線的產(chǎn)生可以從射線的產(chǎn)生可以從原子結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)得到解釋。原子結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)得到解釋。l特征特征X射線的相對(duì)強(qiáng)度是射線的相對(duì)強(qiáng)度是由各能級(jí)間的躍遷幾率決由各能級(jí)間的躍遷幾率決定的，另外還與躍遷前原定的，另外還與躍遷前原來(lái)殼層上的電子數(shù)多少有來(lái)殼層上的電子數(shù)多少有關(guān)。關(guān)。l特征特征X射線的絕對(duì)強(qiáng)度隨射線的絕對(duì)強(qiáng)度隨X射線管電壓、管電流的增射線管電壓、管電流的增大而增大。大而增大。l特征特征X射線產(chǎn)生的根本原射線產(chǎn)生的根本原因是原子內(nèi)層電子的躍遷因是原子內(nèi)層電子的躍遷l當(dāng)當(dāng)X射線照射到物體上時(shí)，一部

19、分光子由于和原子碰撞而改變了前進(jìn)的方向，造射線照射到物體上時(shí)，一部分光子由于和原子碰撞而改變了前進(jìn)的方向，造成散射線，另一部分光子可能被原子吸收，產(chǎn)生光電效應(yīng)，再有部分光子的能成散射線，另一部分光子可能被原子吸收，產(chǎn)生光電效應(yīng)，再有部分光子的能量可能在與原子碰撞過(guò)程中傳遞給了原子，成為熱振動(dòng)能量。量可能在與原子碰撞過(guò)程中傳遞給了原子，成為熱振動(dòng)能量。l1. 相干散射相干散射l2. 非相干散射非相干散射l3. 二次特征輻射（熒光輻射）二次特征輻射（熒光輻射）l4. X射線的衰減射線的衰減l當(dāng)當(dāng)X射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于受到散射，光電效應(yīng)等的影響，強(qiáng)度會(huì)減弱，這種現(xiàn)射線穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，由于受到散射，光電效

20、應(yīng)等的影響，強(qiáng)度會(huì)減弱，這種現(xiàn)象稱(chēng)為象稱(chēng)為X射線的衰減。射線的衰減。l當(dāng)當(dāng)X射線穿過(guò)物體時(shí)，其強(qiáng)度是按指數(shù)規(guī)律下降的。若以射線穿過(guò)物體時(shí)，其強(qiáng)度是按指數(shù)規(guī)律下降的。若以I0表示入射到物體上的表示入射到物體上的入射線束的原始強(qiáng)度，而以入射線束的原始強(qiáng)度，而以I表示穿過(guò)厚度為表示穿過(guò)厚度為x的勻質(zhì)物體后的強(qiáng)度，則有：的勻質(zhì)物體后的強(qiáng)度，則有：lI=I0e-lxl式中式中l(wèi)稱(chēng)之為線吸收系數(shù)，它相應(yīng)于單位厚度的該種物體對(duì)稱(chēng)之為線吸收系數(shù)，它相應(yīng)于單位厚度的該種物體對(duì)X射線的吸收，對(duì)于射線的吸收，對(duì)于一定波長(zhǎng)的一定波長(zhǎng)的X射線和一定的吸收體而言為常數(shù)。但它與吸收體的原子序數(shù)射線和一定的吸收體而言為常數(shù)。

21、但它與吸收體的原子序數(shù)Z、吸、吸收體的密度及收體的密度及X射線波長(zhǎng)射線波長(zhǎng)有關(guān)，實(shí)驗(yàn)證明，有關(guān)，實(shí)驗(yàn)證明，l與吸收體的密度與吸收體的密度成正比，即：成正比，即：ll=ml這里這里m稱(chēng)為質(zhì)量吸收系數(shù)，它只與吸收體的原子序數(shù)稱(chēng)為質(zhì)量吸收系數(shù)，它只與吸收體的原子序數(shù)Z以及以及X射線波長(zhǎng)有關(guān)，而射線波長(zhǎng)有關(guān)，而與吸收體的密度無(wú)關(guān)，所以有：與吸收體的密度無(wú)關(guān)，所以有：lI=I0e-mx吸收限的存在實(shí)際上吸收限的存在實(shí)際上與光電效應(yīng)有關(guān)。與光電效應(yīng)有關(guān)。利用吸收限兩邊吸收利用吸收限兩邊吸收系數(shù)相差十分懸殊的特系數(shù)相差十分懸殊的特點(diǎn)，可制作濾波片。點(diǎn)，可制作濾波片。如果選用適當(dāng)?shù)牟牧?，如果選用適當(dāng)?shù)牟牧希?/p>

22、其使其K 吸收限波長(zhǎng)吸收限波長(zhǎng)k正好位于所用的正好位于所用的K與與K線的波長(zhǎng)之間，則線的波長(zhǎng)之間，則當(dāng)將此材料制成薄片放當(dāng)將此材料制成薄片放入原入原X射線束中時(shí)，它射線束中時(shí)，它對(duì)對(duì)K線及連續(xù)譜這些線及連續(xù)譜這些不利成分的吸收將很大，不利成分的吸收將很大，從而將它們大部分去掉，從而將它們大部分去掉，而對(duì)而對(duì)K線的吸收卻很線的吸收卻很小，最后得到的就基本小，最后得到的就基本上是單色光了上是單色光了。What dose X-ray do whenbeamed at materialsa am mo or rp ph ho ou us sc cr ry ys st ta al lI In nc ci

23、 id de en nt tX X- -r ra ay yT Tr ra an ns sm mi is ss si io on n X X- -r ra ay yF Fl lu uo or re es sc ce en nt t - -r ra ay yD Di if ff fr ra ac ct te ed d X X- -r ra ay yHeatP Ph ho ot to o e el le ec ct tr ro on nM Me ed di ic ca al l/ /N ND DI IE ES SC CA A/ /A AX XI IS Sl1. 探測(cè)探測(cè)l熒光屏法熒光屏法l照相法照相

24、法l電離法電離法l2. 防護(hù)防護(hù)l如果讓一束連續(xù)如果讓一束連續(xù)X射線照射到一薄片晶體上，而在晶體后面放一黑射線照射到一薄片晶體上，而在晶體后面放一黑紙包著的照相底片來(lái)探測(cè)紙包著的照相底片來(lái)探測(cè)X射線，則將底片顯影定影以后，我們可射線，則將底片顯影定影以后，我們可看到除了連續(xù)的背景和透射光束造成的斑點(diǎn)外，還可以發(fā)現(xiàn)有許多看到除了連續(xù)的背景和透射光束造成的斑點(diǎn)外，還可以發(fā)現(xiàn)有許多其它斑點(diǎn)存在。其它斑點(diǎn)存在。l本節(jié)的主要內(nèi)容是由波的干涉加強(qiáng)的條件出發(fā)，推導(dǎo)出衍射線的方本節(jié)的主要內(nèi)容是由波的干涉加強(qiáng)的條件出發(fā)，推導(dǎo)出衍射線的方向與點(diǎn)陣參數(shù)、點(diǎn)陣相對(duì)于入射線的方位及向與點(diǎn)陣參數(shù)、點(diǎn)陣相對(duì)于入射線的方位及

25、X射線波長(zhǎng)之間的關(guān)系，射線波長(zhǎng)之間的關(guān)系，這種關(guān)系具體表現(xiàn)為勞厄方程式和布拉格方程式。這種關(guān)系具體表現(xiàn)為勞厄方程式和布拉格方程式。 l一、一、 勞厄方程式勞厄方程式l為了求出為了求出X X射線在晶體中的衍射方向，我們先求出一條行列對(duì)射線在晶體中的衍射方向，我們先求出一條行列對(duì)X X射射線的衍射所遵循的方程式，設(shè)有一條行列線的衍射所遵循的方程式，設(shè)有一條行列I-II-I：l圖中之點(diǎn)皆代表晶體結(jié)構(gòu)中相當(dāng)?shù)馁|(zhì)點(diǎn)的中心，其結(jié)點(diǎn)間距為圖中之點(diǎn)皆代表晶體結(jié)構(gòu)中相當(dāng)?shù)馁|(zhì)點(diǎn)的中心，其結(jié)點(diǎn)間距為a a，入射入射X X射線射線S S0 0與此行列的交角為與此行列的交角為 0 0，波長(zhǎng)為，波長(zhǎng)為 ，假定在，假定在S

26、 S1 1方向有衍方向有衍射線，它與行列的交角為射線，它與行列的交角為 h h。l由相鄰原子所射出的次生由相鄰原子所射出的次生X X射線在射線在S1S1方向上有一段行程差（方向上有一段行程差（ ），），這段行程差可以這樣求出：由這段行程差可以這樣求出：由A A、B B引引ACAC、BDBD兩線分別垂直于兩線分別垂直于BCBC、ADAD，則：，則：l =AD-CB=ABcos=AD-CB=ABcos h h-ABcos-ABcos 0 0=a(cos=a(cos h h-cos-cos 0 0) )l由以前可知：只有當(dāng)行程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)相鄰原子所發(fā)射由以前可知：只有當(dāng)行程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍

27、時(shí)相鄰原子所發(fā)射出的次生出的次生X X射線才因干涉而加強(qiáng)，從而產(chǎn)生衍射線，也就是說(shuō)衍射線才因干涉而加強(qiáng)，從而產(chǎn)生衍射線，也就是說(shuō)衍射線的方向應(yīng)符合以下方程式：射線的方向應(yīng)符合以下方程式：l =a(cos=a(cos h h-cos-cos 0 0)=h )=h lb(cosb(cos k k-cos-cos 0 0)=k)=k lc(cosc(cos l l-cos-cos 0 0)=l)=l l應(yīng)用勞厄方程雖可以決定衍射線方向，但計(jì)算麻煩，很不方便，應(yīng)用勞厄方程雖可以決定衍射線方向，但計(jì)算麻煩，很不方便，1912年英國(guó)物理年英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子導(dǎo)出了一個(gè)決定衍射線方向的形式簡(jiǎn)單、使用方便的

28、公式，常稱(chēng)學(xué)家布拉格父子導(dǎo)出了一個(gè)決定衍射線方向的形式簡(jiǎn)單、使用方便的公式，常稱(chēng)為布拉格公式。為布拉格公式。l晶體是由許多平行等距的原子面層層疊合而成的。例如：可以認(rèn)為晶體是由晶面晶體是由許多平行等距的原子面層層疊合而成的。例如：可以認(rèn)為晶體是由晶面指數(shù)（指數(shù)（hkl)的晶面堆垛而成的，晶面之間的距離為的晶面堆垛而成的，晶面之間的距離為dhkl（簡(jiǎn)寫(xiě)為（簡(jiǎn)寫(xiě)為d)，如圖，其中，如圖，其中1、2、3代表第代表第1、2、3個(gè)原子面（晶面）。個(gè)原子面（晶面）。l晶面晶面1 上的情況：上的情況：l =PAP-QBQ=ABcos -ABcos =0l可見(jiàn)原子可見(jiàn)原子A和原子不但散射波在和原子不但散射波在

29、反反l射射方向是同位相的方向是同位相的l由于由于X射線具有相當(dāng)強(qiáng)的穿透能力，射線具有相當(dāng)強(qiáng)的穿透能力，l它可以穿透上萬(wàn)個(gè)原子面，因此，它可以穿透上萬(wàn)個(gè)原子面，因此，l我們必須各個(gè)平行的原子面間的我們必須各個(gè)平行的原子面間的l反射反射波的相互干涉問(wèn)題：波的相互干涉問(wèn)題：l =QAQ-PAP=SA+ATl因?yàn)橐驗(yàn)?SA=AT=dsin l所以所以 =2dsin l2dsin =n l 為布拉格角為布拉格角,n 為衍射級(jí)數(shù)。為衍射級(jí)數(shù)。l當(dāng)當(dāng)X射線的波長(zhǎng)和衍射面選定以后，可能有的衍射級(jí)數(shù)射線的波長(zhǎng)和衍射面選定以后，可能有的衍射級(jí)數(shù)n也就確定了，它不是無(wú)限也就確定了，它不是無(wú)限的。對(duì)于一定波長(zhǎng)的的。對(duì)

30、于一定波長(zhǎng)的X射線而言晶體中能產(chǎn)生衍射的晶面數(shù)是有限的。射線而言晶體中能產(chǎn)生衍射的晶面數(shù)是有限的。l1、衍射束強(qiáng)度的表達(dá)式、衍射束強(qiáng)度的表達(dá)式l2、結(jié)構(gòu)因子、多重性因子、角因子、吸收因子、溫度、結(jié)構(gòu)因子、多重性因子、角因子、吸收因子、溫度 因子的定義及物理意義各是怎樣的？因子的定義及物理意義各是怎樣的？l3、幾種基本點(diǎn)陣的系統(tǒng)消光規(guī)律怎樣？、幾種基本點(diǎn)陣的系統(tǒng)消光規(guī)律怎樣？l根據(jù)布拉格方程，我們知道，并不是在任何情況下，晶體根據(jù)布拉格方程，我們知道，并不是在任何情況下，晶體都能產(chǎn)生衍射的，產(chǎn)生衍射的必要條件是入射都能產(chǎn)生衍射的，產(chǎn)生衍射的必要條件是入射X射線的波射線的波長(zhǎng)和它的反射面的布拉格方

31、程的要求。長(zhǎng)和它的反射面的布拉格方程的要求。l當(dāng)采用一定波長(zhǎng)的單色當(dāng)采用一定波長(zhǎng)的單色X射線來(lái)照射固定的單晶體時(shí)，則射線來(lái)照射固定的單晶體時(shí)，則 、 和和d值都定下來(lái)了。一般來(lái)說(shuō)，它們的數(shù)值未必能滿(mǎn)值都定下來(lái)了。一般來(lái)說(shuō)，它們的數(shù)值未必能滿(mǎn)足布拉格方程式，也即不能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，因此要觀察到足布拉格方程式，也即不能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，因此要觀察到衍射現(xiàn)象，必須設(shè)法連續(xù)改變衍射現(xiàn)象，必須設(shè)法連續(xù)改變 或或 ，以使有滿(mǎn)足布拉格反，以使有滿(mǎn)足布拉格反射條件的機(jī)會(huì)，據(jù)此可有幾種不同的衍射方法。最基本的射條件的機(jī)會(huì)，據(jù)此可有幾種不同的衍射方法。最基本的衍射方法列表如下：衍射方法列表如下：衍射方法衍射方法 實(shí)驗(yàn)條

32、件實(shí)驗(yàn)條件勞厄法勞厄法變變不變不變連續(xù)連續(xù)X射線照射固定的單晶體射線照射固定的單晶體轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法轉(zhuǎn)動(dòng)晶體法不變不變部分變化部分變化單色單色X射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體射線照射轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體粉晶法照相法粉晶法照相法不變不變變變單色單色X射線照射粉晶或多晶試樣射線照射粉晶或多晶試樣衍射儀法衍射儀法不變不變變變單色單色X射線照射多晶體或轉(zhuǎn)動(dòng)的射線照射多晶體或轉(zhuǎn)動(dòng)的多晶體多晶體l勞厄法是用連續(xù)的勞厄法是用連續(xù)的X射線投射到不射線投射到不動(dòng)的單晶體上產(chǎn)生衍射的一種實(shí)驗(yàn)動(dòng)的單晶體上產(chǎn)生衍射的一種實(shí)驗(yàn)方法。所使用的試樣可以是獨(dú)立的方法。所使用的試樣可以是獨(dú)立的單晶體，也可以是多晶體中的粗大單晶體，也可以是多晶體中的粗

33、大晶粒。晶粒。l勞厄法是應(yīng)用最早的衍射方法，其勞厄法是應(yīng)用最早的衍射方法，其實(shí)驗(yàn)裝置比較簡(jiǎn)單，通常包括光闌、實(shí)驗(yàn)裝置比較簡(jiǎn)單，通常包括光闌、試樣架和平板照相底片匣。由于晶試樣架和平板照相底片匣。由于晶體不動(dòng)，入射線和晶體作用后產(chǎn)生體不動(dòng)，入射線和晶體作用后產(chǎn)生的衍射線束表示了各晶面的方位，的衍射線束表示了各晶面的方位，所以此方法能夠反映出晶體的取向所以此方法能夠反映出晶體的取向和對(duì)稱(chēng)性。和對(duì)稱(chēng)性。l轉(zhuǎn)晶法是用單色轉(zhuǎn)晶法是用單色X射線照射到轉(zhuǎn)動(dòng)射線照射到轉(zhuǎn)動(dòng)的單晶體上。比較簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)晶相機(jī)的單晶體上。比較簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)晶相機(jī)可以可以360度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸上裝有一個(gè)可度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸上裝有一個(gè)可繞三支軸旋轉(zhuǎn)和沿三

34、個(gè)方向平移的繞三支軸旋轉(zhuǎn)和沿三個(gè)方向平移的測(cè)角頭，圓桶形暗盒環(huán)繞相機(jī)的轉(zhuǎn)測(cè)角頭，圓桶形暗盒環(huán)繞相機(jī)的轉(zhuǎn)軸，以便記錄足夠的衍射斑點(diǎn)。由軸，以便記錄足夠的衍射斑點(diǎn)。由于這種衍射花樣適宜于準(zhǔn)確測(cè)定晶于這種衍射花樣適宜于準(zhǔn)確測(cè)定晶體的衍射方向和強(qiáng)度，因而適用于體的衍射方向和強(qiáng)度，因而適用于未知晶體的結(jié)構(gòu)分析。未知晶體的結(jié)構(gòu)分析。l 粉晶法采用單色（特征）粉晶法采用單色（特征）X射線作輻射源，被分析試樣多數(shù)情況為很射線作輻射源，被分析試樣多數(shù)情況為很細(xì)（細(xì)（10-310-5 cm)的粉末多晶體，故亦稱(chēng)為粉末法。根據(jù)需要也可以采用的粉末多晶體，故亦稱(chēng)為粉末法。根據(jù)需要也可以采用多晶體的塊、片、絲等作試樣。

35、衍射花樣如用照相底片來(lái)記錄，則稱(chēng)為粉多晶體的塊、片、絲等作試樣。衍射花樣如用照相底片來(lái)記錄，則稱(chēng)為粉晶照相法；衍射花樣如用輻射探測(cè)器接收后，再經(jīng)測(cè)量電路系統(tǒng)放大處理晶照相法；衍射花樣如用輻射探測(cè)器接收后，再經(jīng)測(cè)量電路系統(tǒng)放大處理并記錄和顯示，這種方法稱(chēng)為衍射儀法。由于電子計(jì)算機(jī)和工業(yè)電視等先并記錄和顯示，這種方法稱(chēng)為衍射儀法。由于電子計(jì)算機(jī)和工業(yè)電視等先進(jìn)技術(shù)與進(jìn)技術(shù)與X射線衍射技術(shù)結(jié)合，使射線衍射技術(shù)結(jié)合，使X射線衍射儀具有高穩(wěn)定、高分辨率、多射線衍射儀具有高穩(wěn)定、高分辨率、多功能和全自動(dòng)等性能，可以自動(dòng)地給出大多數(shù)衍射實(shí)驗(yàn)工作結(jié)果，應(yīng)用十功能和全自動(dòng)等性能，可以自動(dòng)地給出大多數(shù)衍射實(shí)驗(yàn)工作

36、結(jié)果，應(yīng)用十分普遍。本章主要介紹的就是這種方法，相比之下，粉晶照相法應(yīng)用逐漸分普遍。本章主要介紹的就是這種方法，相比之下，粉晶照相法應(yīng)用逐漸減少。下面對(duì)粉晶照相法作簡(jiǎn)單介紹。減少。下面對(duì)粉晶照相法作簡(jiǎn)單介紹。l一、衍射原理一、衍射原理l 粉末試樣或多晶體試樣從粉末試樣或多晶體試樣從X射線衍射的觀點(diǎn)來(lái)看，實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)射線衍射的觀點(diǎn)來(lái)看，實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)單晶體繞空間各個(gè)方向作任意旋轉(zhuǎn)的情況。因此，當(dāng)一束單色單晶體繞空間各個(gè)方向作任意旋轉(zhuǎn)的情況。因此，當(dāng)一束單色X射線照射射線照射到試樣上時(shí)，對(duì)每一族晶面（到試樣上時(shí)，對(duì)每一族晶面（hkl)而言，總有某些小晶體，其（而言，總有某些小晶體，其（hkl

37、)晶面族晶面族與入射線的方位角與入射線的方位角 正好滿(mǎn)足布拉格條件，而能產(chǎn)生反射，由于試樣中小晶正好滿(mǎn)足布拉格條件，而能產(chǎn)生反射，由于試樣中小晶粒的數(shù)目很多，滿(mǎn)足布拉格晶面族（粒的數(shù)目很多，滿(mǎn)足布拉格晶面族（hkl)也很多，它們與入射線的方位角也很多，它們與入射線的方位角都是都是 ，從而可以想象成為是由其中的一個(gè)晶面以入射線為軸，以衍射角，從而可以想象成為是由其中的一個(gè)晶面以入射線為軸，以衍射角2 為半頂角的圓錐面上，不同晶面族的衍射角不同，衍射線所在的圓錐的半為半頂角的圓錐面上，不同晶面族的衍射角不同，衍射線所在的圓錐的半頂角也就不同，各個(gè)不同晶面族的衍射線將共同構(gòu)成一系列以入射線為軸頂角也

38、就不同，各個(gè)不同晶面族的衍射線將共同構(gòu)成一系列以入射線為軸的同頂點(diǎn)的圓錐。正因?yàn)榉勰┓ㄖ醒苌渚€分布在一系列圓錐面上，因此，的同頂點(diǎn)的圓錐。正因?yàn)榉勰┓ㄖ醒苌渚€分布在一系列圓錐面上，因此，當(dāng)用垂直于入射線的平板底片來(lái)記錄時(shí)，得到的衍射圖為一系列同心圓，當(dāng)用垂直于入射線的平板底片來(lái)記錄時(shí)，得到的衍射圖為一系列同心圓，而若用圍繞試樣的圓桶形底片來(lái)記錄時(shí)，得到的衍射圖將是一系列弧線段。而若用圍繞試樣的圓桶形底片來(lái)記錄時(shí)，得到的衍射圖將是一系列弧線段。l二、德拜照相機(jī)二、德拜照相機(jī)l德拜照相機(jī)的組成部分包括圓筒外殼、試樣架、前后光闌等，其直徑一般德拜照相機(jī)的組成部分包括圓筒外殼、試樣架、前后光闌等，其直

39、徑一般有有57.3mm57.3mm和和114.6mm114.6mm。照相底片緊貼在圓筒外殼的內(nèi)壁，并用壓緊裝置使底。照相底片緊貼在圓筒外殼的內(nèi)壁，并用壓緊裝置使底片固定不動(dòng)。底片的安裝方式，按圓筒底片開(kāi)口處所在的位置不同，可分片固定不動(dòng)。底片的安裝方式，按圓筒底片開(kāi)口處所在的位置不同，可分為正裝法、反裝法和不對(duì)稱(chēng)法，其中不對(duì)稱(chēng)法可以直接測(cè)算出圓筒底片的為正裝法、反裝法和不對(duì)稱(chēng)法，其中不對(duì)稱(chēng)法可以直接測(cè)算出圓筒底片的曲率半徑，因此可以校正由于底片收縮、試樣偏心以及相機(jī)半徑不準(zhǔn)確所曲率半徑，因此可以校正由于底片收縮、試樣偏心以及相機(jī)半徑不準(zhǔn)確所產(chǎn)生的誤差，所以該方法使用較多。產(chǎn)生的誤差，所以該方法

40、使用較多。l三、衍射花樣的測(cè)量和計(jì)算三、衍射花樣的測(cè)量和計(jì)算l對(duì)于低角度區(qū)：對(duì)于低角度區(qū)： 4 4 1 1/360/360o o=S=S1 1/2T /2T l 亦即亦即 1 1= 90= 90o oS S1 1/2T/2Tl S=2b-(a+b)=b-a S=2b-(a+b)=b-al對(duì)于高角度區(qū)：對(duì)于高角度區(qū)： l（360360o o-4 -4 2 2)/360)/360o o=S=S2 2/2T /2T l亦即亦即 2 2=90=90o o-90-90o oS S2 2/2T/2Tl S=(a+b)-2b=a-b S=(a+b)-2b=a-bl這樣就可以求得這樣就可以求得 ，l根據(jù)布拉格

41、方程式計(jì)算出相應(yīng)的面網(wǎng)間距值根據(jù)布拉格方程式計(jì)算出相應(yīng)的面網(wǎng)間距值d d。lX X射線衍射儀是用射線探測(cè)器和測(cè)角儀探測(cè)衍射線的強(qiáng)度和位置，并將它轉(zhuǎn)化射線衍射儀是用射線探測(cè)器和測(cè)角儀探測(cè)衍射線的強(qiáng)度和位置，并將它轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后借助于計(jì)算技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、處理和分析的儀器。為電信號(hào)，然后借助于計(jì)算技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄、處理和分析的儀器。技術(shù)上的進(jìn)步，使衍射儀測(cè)量精度愈來(lái)愈高，數(shù)據(jù)分析和處理能力愈來(lái)愈強(qiáng)，技術(shù)上的進(jìn)步，使衍射儀測(cè)量精度愈來(lái)愈高，數(shù)據(jù)分析和處理能力愈來(lái)愈強(qiáng)，因而應(yīng)用也愈來(lái)愈廣。因而應(yīng)用也愈來(lái)愈廣。l衍射儀按其結(jié)構(gòu)和用途，主要可分為測(cè)定粉末試樣的粉末衍射儀和測(cè)定單晶衍射儀按其

42、結(jié)構(gòu)和用途，主要可分為測(cè)定粉末試樣的粉末衍射儀和測(cè)定單晶結(jié)構(gòu)的四圓衍射儀，此外還有微區(qū)衍射儀和雙晶衍射儀等特種衍射儀。盡管結(jié)構(gòu)的四圓衍射儀，此外還有微區(qū)衍射儀和雙晶衍射儀等特種衍射儀。盡管各種類(lèi)型的各種類(lèi)型的X X射線衍射儀各有特點(diǎn)，但從應(yīng)用的角度出發(fā)，射線衍射儀各有特點(diǎn)，但從應(yīng)用的角度出發(fā)，X X射線衍射儀的一射線衍射儀的一般結(jié)構(gòu)、原理、調(diào)試方法、儀器實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇以及實(shí)驗(yàn)和測(cè)量方法等大體般結(jié)構(gòu)、原理、調(diào)試方法、儀器實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇以及實(shí)驗(yàn)和測(cè)量方法等大體上相似的。雖然由于具體儀器不同，很難提出一套完整的關(guān)于調(diào)試、參數(shù)選上相似的。雖然由于具體儀器不同，很難提出一套完整的關(guān)于調(diào)試、參數(shù)選擇，以及

43、實(shí)驗(yàn)和測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)格式，但是根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)原理等可以尋找擇，以及實(shí)驗(yàn)和測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)格式，但是根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)原理等可以尋找出對(duì)所有衍射儀均適用的基本原則，掌握好它有利于充分發(fā)揮儀器的性能，出對(duì)所有衍射儀均適用的基本原則，掌握好它有利于充分發(fā)揮儀器的性能，提高分析可靠性。提高分析可靠性。lX X射線衍射實(shí)驗(yàn)分析方法很多，它們都建立在如何測(cè)得真實(shí)的衍射花樣信息的射線衍射實(shí)驗(yàn)分析方法很多，它們都建立在如何測(cè)得真實(shí)的衍射花樣信息的基礎(chǔ)上。盡管衍射花樣可以千變?nèi)f化，但是它們的基本要素只有三個(gè)：衍射基礎(chǔ)上。盡管衍射花樣可以千變?nèi)f化，但是它們的基本要素只有三個(gè)：衍射線的峰位、線形和強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)者的職責(zé)在于準(zhǔn)

44、確無(wú)誤地測(cè)量衍射花樣三要素，線的峰位、線形和強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)者的職責(zé)在于準(zhǔn)確無(wú)誤地測(cè)量衍射花樣三要素，這就要求實(shí)驗(yàn)者掌握衍射儀的一般結(jié)構(gòu)和原理，掌握對(duì)儀器調(diào)整和選擇好實(shí)這就要求實(shí)驗(yàn)者掌握衍射儀的一般結(jié)構(gòu)和原理，掌握對(duì)儀器調(diào)整和選擇好實(shí)驗(yàn)參數(shù)的技能以及實(shí)驗(yàn)和測(cè)量方法。驗(yàn)參數(shù)的技能以及實(shí)驗(yàn)和測(cè)量方法。l原則上講，衍射儀可以根據(jù)任何一種照相機(jī)的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)，常用的粉末衍射原則上講，衍射儀可以根據(jù)任何一種照相機(jī)的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)，常用的粉末衍射儀的結(jié)構(gòu)是與德拜相機(jī)類(lèi)似的只是用一個(gè)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的探測(cè)器代替了照相底片。儀的結(jié)構(gòu)是與德拜相機(jī)類(lèi)似的只是用一個(gè)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的探測(cè)器代替了照相底片。l儀器結(jié)構(gòu)主要包括四個(gè)部分：儀器結(jié)構(gòu)主

45、要包括四個(gè)部分：1.X1.X射線發(fā)生系統(tǒng)，用來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的射線發(fā)生系統(tǒng)，用來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的X X射線光源。射線光源。2.2.測(cè)角儀，用來(lái)測(cè)量衍射花樣三要素。測(cè)角儀，用來(lái)測(cè)量衍射花樣三要素。3.3.探測(cè)與記錄系統(tǒng)，用來(lái)接收記錄衍探測(cè)與記錄系統(tǒng)，用來(lái)接收記錄衍射花樣。射花樣。4.4.控制系統(tǒng)用來(lái)控制儀器運(yùn)轉(zhuǎn)、收集和打印結(jié)果?？刂葡到y(tǒng)用來(lái)控制儀器運(yùn)轉(zhuǎn)、收集和打印結(jié)果。l1、對(duì)光源的要求、對(duì)光源的要求l簡(jiǎn)單地說(shuō)，對(duì)光源的基本要求是穩(wěn)定，簡(jiǎn)單地說(shuō)，對(duì)光源的基本要求是穩(wěn)定，強(qiáng)度大，光譜純潔。強(qiáng)度大，光譜純潔。l用衍射儀測(cè)量衍射花樣是用衍射儀測(cè)量衍射花樣是“非同時(shí)測(cè)量非同時(shí)測(cè)量的的”，為了使測(cè)量的各衍射線可以相互

46、，為了使測(cè)量的各衍射線可以相互比較，要求在進(jìn)行測(cè)量期間光源和各部比較，要求在進(jìn)行測(cè)量期間光源和各部件性能是穩(wěn)定的。件性能是穩(wěn)定的。l提高光源強(qiáng)度可以提高檢測(cè)靈敏度、衍提高光源強(qiáng)度可以提高檢測(cè)靈敏度、衍射強(qiáng)度測(cè)量的精確度和實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量。射強(qiáng)度測(cè)量的精確度和實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量。l管子的光譜純潔對(duì)衍射分析很重要，光管子的光譜純潔對(duì)衍射分析很重要，光譜不純，輕則增加背底，重則，則增添譜不純，輕則增加背底，重則，則增添偽衍射峰，從而增加分析困難。偽衍射峰，從而增加分析困難。l2、光源單色化的方法、光源單色化的方法l衍射分析中需要單色輻射以提高衍射花衍射分析中需要單色輻射以提高衍射花樣的質(zhì)量。通常采用過(guò)濾片法、

47、彎曲晶樣的質(zhì)量。通常采用過(guò)濾片法、彎曲晶體單色器、脈沖高度分析器等方法，過(guò)體單色器、脈沖高度分析器等方法，過(guò)濾濾K 射線，降低連續(xù)譜線強(qiáng)度。射線，降低連續(xù)譜線強(qiáng)度。l（1）、過(guò)濾片法）、過(guò)濾片法l（2）、彎曲晶體單色器）、彎曲晶體單色器l（3）、脈沖高度分析器）、脈沖高度分析器l測(cè)角儀是衍射儀的關(guān)鍵部件，它的調(diào)整與使用正確與否，將直接影響到探測(cè)測(cè)角儀是衍射儀的關(guān)鍵部件，它的調(diào)整與使用正確與否，將直接影響到探測(cè)到的衍射花樣的質(zhì)量。就是說(shuō)，倘若對(duì)測(cè)角儀調(diào)整準(zhǔn)確和使用得當(dāng)，所探測(cè)到的衍射花樣的質(zhì)量。就是說(shuō)，倘若對(duì)測(cè)角儀調(diào)整準(zhǔn)確和使用得當(dāng)，所探測(cè)到的衍射花樣即衍射線的峰位、線形和強(qiáng)度是真實(shí)的，否則將引

48、起失真，為到的衍射花樣即衍射線的峰位、線形和強(qiáng)度是真實(shí)的，否則將引起失真，為了正確調(diào)整和使用，必須對(duì)測(cè)角儀有關(guān)問(wèn)題作必要的敘述。了正確調(diào)整和使用，必須對(duì)測(cè)角儀有關(guān)問(wèn)題作必要的敘述。l1 1、測(cè)角儀的結(jié)構(gòu)和原理、測(cè)角儀的結(jié)構(gòu)和原理l工作原理：工作原理：l（1 1）、光源到試樣中心的距離等于樣品中心到記錄點(diǎn)的距離，即等于測(cè)角）、光源到試樣中心的距離等于樣品中心到記錄點(diǎn)的距離，即等于測(cè)角儀半徑。儀半徑。l（2 2）、光束中心和試樣表面形成的角度恰好等于衍射角）、光束中心和試樣表面形成的角度恰好等于衍射角2 2 的一半。的一半。l這就要求計(jì)數(shù)管窗口前的接收狹縫位于距試樣中心為測(cè)角儀半徑這就要求計(jì)數(shù)管窗

49、口前的接收狹縫位于距試樣中心為測(cè)角儀半徑R R的圓周上，的圓周上，要求計(jì)數(shù)管和試樣繞測(cè)角儀軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速率比值恰好是要求計(jì)數(shù)管和試樣繞測(cè)角儀軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速率比值恰好是1 1：2 2。l通過(guò)光源中心、試樣中心和探測(cè)點(diǎn)的聚焦圓，其半徑通過(guò)光源中心、試樣中心和探測(cè)點(diǎn)的聚焦圓，其半徑l l隨入射角隨入射角 的增減而改的增減而改變。變。l2 2、衍射儀光束的幾何光學(xué)、衍射儀光束的幾何光學(xué)l發(fā)散狹縫的作用是增強(qiáng)衍射強(qiáng)度。防散射狹縫的作用是限制不必要的射線進(jìn)發(fā)散狹縫的作用是增強(qiáng)衍射強(qiáng)度。防散射狹縫的作用是限制不必要的射線進(jìn)入射線管。接收狹縫的作用是限制衍射光束的水平發(fā)散度。索拉狹縫的作用入射線管。接收狹縫的作用是限

50、制衍射光束的水平發(fā)散度。索拉狹縫的作用是限制入射光和衍射光的垂直發(fā)散度。是限制入射光和衍射光的垂直發(fā)散度。l3 3、探測(cè)器的掃描方式、探測(cè)器的掃描方式l連續(xù)掃描：步進(jìn)掃描；連續(xù)掃描：步進(jìn)掃描； 跳躍步進(jìn)掃描跳躍步進(jìn)掃描l4 4、測(cè)角儀的調(diào)整與檢驗(yàn)、測(cè)角儀的調(diào)整與檢驗(yàn)l測(cè)角儀的調(diào)整是使用衍射儀的重要環(huán)節(jié)，是衍射儀能否正確工作的關(guān)鍵。調(diào)測(cè)角儀的調(diào)整是使用衍射儀的重要環(huán)節(jié)，是衍射儀能否正確工作的關(guān)鍵。調(diào)整準(zhǔn)確，所測(cè)試樣衍射花樣才不失真，否則將導(dǎo)致衍射強(qiáng)度和分辨率下降，整準(zhǔn)確，所測(cè)試樣衍射花樣才不失真，否則將導(dǎo)致衍射強(qiáng)度和分辨率下降，線形失真，峰位移動(dòng)，峰背比減小。線形失真，峰位移動(dòng)，峰背比減小。l（

51、1 1）、調(diào)整）、調(diào)整l調(diào)整的目的在于獲得一個(gè)比較理想的工作條件，當(dāng)選擇多晶體硅粉作試樣，調(diào)整的目的在于獲得一個(gè)比較理想的工作條件，當(dāng)選擇多晶體硅粉作試樣，裝在調(diào)整好的測(cè)角儀試樣臺(tái)進(jìn)行衍射測(cè)量時(shí)，應(yīng)能達(dá)到：裝在調(diào)整好的測(cè)角儀試樣臺(tái)進(jìn)行衍射測(cè)量時(shí)，應(yīng)能達(dá)到：1.1.衍射峰的位置有衍射峰的位置有準(zhǔn)確的讀數(shù)，角偏差小于準(zhǔn)確的讀數(shù)，角偏差小于0.010.01度。度。2.2.有最佳的分辨率。有最佳的分辨率。3.3.能獲得最大衍射強(qiáng)能獲得最大衍射強(qiáng)度。度。l（2 2）、調(diào)整完畢后必須滿(mǎn)足的條件）、調(diào)整完畢后必須滿(mǎn)足的條件l1.1.發(fā)散狹縫、接收狹縫、防散射狹縫的中心線與測(cè)角儀軸線均應(yīng)位于同一平發(fā)散狹縫、接

52、收狹縫、防散射狹縫的中心線與測(cè)角儀軸線均應(yīng)位于同一平面內(nèi)，且互相平行，各狹縫的中心點(diǎn)連線面內(nèi)，且互相平行，各狹縫的中心點(diǎn)連線CCCC與測(cè)角儀軸與測(cè)角儀軸OOOO 垂直，垂直，CCCC軸稱(chēng)軸稱(chēng)為測(cè)角儀水平線。為測(cè)角儀水平線。l2.X2.X射線管焦斑中心線與各狹縫中心線準(zhǔn)確平行，測(cè)角儀的水平線射線管焦斑中心線與各狹縫中心線準(zhǔn)確平行，測(cè)角儀的水平線CCCC通過(guò)焦通過(guò)焦斑的中心，并與靶面成斑的中心，并與靶面成 角，一般角，一般 =3=3o o66o o，以此來(lái)確定，以此來(lái)確定X X射線管和測(cè)角儀的射線管和測(cè)角儀的相對(duì)位置。相對(duì)位置。l3.3.試樣臺(tái)與測(cè)角儀的零點(diǎn)必須重合，試樣裝在試樣臺(tái)上時(shí)，試樣表面精

53、確包試樣臺(tái)與測(cè)角儀的零點(diǎn)必須重合，試樣裝在試樣臺(tái)上時(shí)，試樣表面精確包含含OOOO和和CCCC所確定的平面重合。所確定的平面重合。l4.X4.X射線管焦斑和接收狹縫到測(cè)角儀軸心的距離相等。射線管焦斑和接收狹縫到測(cè)角儀軸心的距離相等。lX射線衍射儀是用探測(cè)器、定標(biāo)器、計(jì)數(shù)率儀及其相應(yīng)的電子線路作為探測(cè)與射線衍射儀是用探測(cè)器、定標(biāo)器、計(jì)數(shù)率儀及其相應(yīng)的電子線路作為探測(cè)與記錄系統(tǒng)來(lái)代替照相底片記錄試樣的衍射花樣的。記錄系統(tǒng)來(lái)代替照相底片記錄試樣的衍射花樣的。l1、探測(cè)器、探測(cè)器l用于用于X射線衍射儀的探測(cè)器主要有蓋革計(jì)數(shù)管、閃爍計(jì)數(shù)管、正比計(jì)數(shù)管和固射線衍射儀的探測(cè)器主要有蓋革計(jì)數(shù)管、閃爍計(jì)數(shù)管、正比

54、計(jì)數(shù)管和固體探測(cè)器，其中閃爍計(jì)數(shù)管和正比計(jì)數(shù)管應(yīng)用較為普遍。體探測(cè)器，其中閃爍計(jì)數(shù)管和正比計(jì)數(shù)管應(yīng)用較為普遍。l（1）、蓋革計(jì)數(shù)管和正比計(jì)數(shù)管）、蓋革計(jì)數(shù)管和正比計(jì)數(shù)管l蓋革計(jì)數(shù)管和正比計(jì)數(shù)管都屬于充氣計(jì)數(shù)管，它們是利用蓋革計(jì)數(shù)管和正比計(jì)數(shù)管都屬于充氣計(jì)數(shù)管，它們是利用X射線能使氣體電離射線能使氣體電離的特性進(jìn)行工作的。的特性進(jìn)行工作的。l（2）、閃爍計(jì)數(shù)管）、閃爍計(jì)數(shù)管l是利用某些固體（磷光體）在是利用某些固體（磷光體）在X射線照射下會(huì)發(fā)出熒光的原理制成的。把這種射線照射下會(huì)發(fā)出熒光的原理制成的。把這種熒光耦合到具有光敏陰極的光電倍增管上，光敏陰極在熒光的作用下會(huì)產(chǎn)生熒光耦合到具有光敏陰極的

55、光電倍增管上，光敏陰極在熒光的作用下會(huì)產(chǎn)生光電子，經(jīng)多級(jí)放大后就可得到毫伏級(jí)的電脈沖信號(hào)。光電子，經(jīng)多級(jí)放大后就可得到毫伏級(jí)的電脈沖信號(hào)。l（3）、固體探測(cè)器）、固體探測(cè)器l2、脈沖高度分析器、脈沖高度分析器l它是一種特殊的電子電路，和濾波片配合使用可以扣除它是一種特殊的電子電路，和濾波片配合使用可以扣除K 附近以外連續(xù)光譜。附近以外連續(xù)光譜。l3、定標(biāo)器、定標(biāo)器l可對(duì)脈沖進(jìn)行累計(jì)計(jì)數(shù)，用于強(qiáng)度的精確測(cè)量。有定時(shí)計(jì)數(shù)和定數(shù)計(jì)時(shí)兩種可對(duì)脈沖進(jìn)行累計(jì)計(jì)數(shù)，用于強(qiáng)度的精確測(cè)量。有定時(shí)計(jì)數(shù)和定數(shù)計(jì)時(shí)兩種工作方式。工作方式。l4、計(jì)數(shù)率儀、計(jì)數(shù)率儀l它是能連續(xù)測(cè)量計(jì)數(shù)速率變化的儀器。它是能連續(xù)測(cè)量計(jì)數(shù)速

56、率變化的儀器。l控制系統(tǒng)是利用電子計(jì)算機(jī)控制控制系統(tǒng)是利用電子計(jì)算機(jī)控制X X射線衍射儀測(cè)量、記錄、數(shù)據(jù)射線衍射儀測(cè)量、記錄、數(shù)據(jù)處理和打印結(jié)果的裝置。處理和打印結(jié)果的裝置。l1 1、樣品的制備方法、樣品的制備方法l2 2、儀器實(shí)驗(yàn)工作參數(shù)的選擇、儀器實(shí)驗(yàn)工作參數(shù)的選擇l3 3、測(cè)量方法、測(cè)量方法l（1 1）、衍射線峰位的測(cè)量）、衍射線峰位的測(cè)量l 1. 1. 峰巔法；峰巔法；2.2.切線法；切線法；3.3.半高寬半高寬中點(diǎn)法；中點(diǎn)法；4.4.中線峰法；中線峰法；5.5.重心法；重心法；6.6.拋拋物線擬合法。物線擬合法。l（2 2）、衍射線強(qiáng)度的測(cè)量）、衍射線強(qiáng)度的測(cè)量l 1.1.求積法；求

57、積法；2.2.計(jì)數(shù)法。計(jì)數(shù)法。l（3 3）、衍射線線形的測(cè)量）、衍射線線形的測(cè)量l 1.1.半高寬法；半高寬法；2.2.積分寬度法；積分寬度法；3.3.方差方差寬度法寬度法10203040506070 Ti3Al TiAl CPS2 l一、粉晶一、粉晶X X射線定性分析射線定性分析lX X射線衍射線的位置決定于晶胞的形狀和大小，也即決定于各晶面的面間射線衍射線的位置決定于晶胞的形狀和大小，也即決定于各晶面的面間距，而衍射線的相對(duì)強(qiáng)度則決定于晶胞內(nèi)原子的種類(lèi)、數(shù)目及排列方式。距，而衍射線的相對(duì)強(qiáng)度則決定于晶胞內(nèi)原子的種類(lèi)、數(shù)目及排列方式。每種晶態(tài)物質(zhì)都有其特有的成分和結(jié)構(gòu)，不是前者有異，就是后者

58、有別，每種晶態(tài)物質(zhì)都有其特有的成分和結(jié)構(gòu)，不是前者有異，就是后者有別，因而也就有其獨(dú)特的衍射花樣。因而也就有其獨(dú)特的衍射花樣。l由于粉晶法在不同的實(shí)驗(yàn)條件下總能得到一系列基本不變的衍射數(shù)據(jù)，由于粉晶法在不同的實(shí)驗(yàn)條件下總能得到一系列基本不變的衍射數(shù)據(jù)，因此借以進(jìn)行物相分析的衍射數(shù)據(jù)都取自粉晶法，其方法就是將所得到因此借以進(jìn)行物相分析的衍射數(shù)據(jù)都取自粉晶法，其方法就是將所得到的衍射數(shù)據(jù)（或圖譜）與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)或圖譜進(jìn)行比較，如果兩的衍射數(shù)據(jù)（或圖譜）與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)或圖譜進(jìn)行比較，如果兩者能夠吻合，這就表明樣品與該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是同一物相，從而便可作出鑒者能夠吻合，這就表明樣品與該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是

59、同一物相，從而便可作出鑒定。定。l19381938年左右，哈那瓦特（年左右，哈那瓦特（Hanawalt)Hanawalt)等就開(kāi)始收集和攝取各種已知衍射花等就開(kāi)始收集和攝取各種已知衍射花樣，將其衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的整理和分類(lèi)。樣，將其衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的整理和分類(lèi)。19421942年，美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)年，美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTMASTM）整理出版了卡片）整理出版了卡片13001300張，稱(chēng)之為張，稱(chēng)之為ASTMASTM卡片?？ㄆ?。19691969年起，由美國(guó)年起，由美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)和英國(guó)、法國(guó)、加拿大等國(guó)家的有關(guān)單位共同組成了名為材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)和英國(guó)、法國(guó)、加拿大等國(guó)家的有關(guān)單位共同組成了名為“粉

60、末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì)粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合委員會(huì)”（JCPDSJCPDS）國(guó)際機(jī)構(gòu)，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)收集、校訂）國(guó)際機(jī)構(gòu)，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)收集、校訂各種物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)，將它們進(jìn)行統(tǒng)一的分類(lèi)和編號(hào)，編制成卡片出版，各種物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)，將它們進(jìn)行統(tǒng)一的分類(lèi)和編號(hào)，編制成卡片出版，這種卡片組被命名為粉末衍射卡組（這種卡片組被命名為粉末衍射卡組（PDFPDF）。）。l1 1、卡片、卡片l2 2、索引、索引l1).1).字順?biāo)饕?；字順?biāo)饕?；l2).2).哈那瓦特索引；參照最新版本進(jìn)行排序；哈那瓦特索引；參照最新版本進(jìn)行排序；l3).3).芬克索引；若從芬克索引；若從d d值值大小上說(shuō)：大小上說(shuō)： d1d1d2d2d3d3d4