X射線分析第四章—應(yīng)用(OK)

1、物相分析物相分析 定性分析定性分析定量分析定量分析單一物相的鑒定或驗(yàn)證單一物相的鑒定或驗(yàn)證混合物相的鑒定混合物相的鑒定點(diǎn)陣常數(shù)測定：點(diǎn)陣常數(shù)測定：晶胞參數(shù)晶胞參數(shù)晶體定向晶體定向晶粒度測定：晶粒度測定：根據(jù)布氏方程、根據(jù)布氏方程、ad關(guān)系關(guān)系應(yīng)力分析應(yīng)力分析單晶取向單晶取向多晶織構(gòu)測定多晶織構(gòu)測定宏觀應(yīng)力：宏觀應(yīng)力：應(yīng)力區(qū)大均勻，產(chǎn)生均勻應(yīng)變，晶面應(yīng)力區(qū)大均勻，產(chǎn)生均勻應(yīng)變，晶面 間距變化相同，衍射線移位間距變化相同，衍射線移位微觀應(yīng)力：微觀應(yīng)力：應(yīng)力區(qū)小，不均勻，晶面間距變化應(yīng)力區(qū)小，不均勻，晶面間距變化 不同，散射分散，衍射線寬化不同，散射分散，衍射線寬化：確定某相的體積或質(zhì)量分?jǐn)?shù)確定某相

2、的體積或質(zhì)量分?jǐn)?shù) 單晶衍單晶衍 射方法射方法周轉(zhuǎn)晶體法：周轉(zhuǎn)晶體法：勞埃法勞埃法（用連續(xù)（用連續(xù)X射線照射靜止單晶體樣品，用平射線照射靜止單晶體樣品，用平板底片記錄衍射線板底片記錄衍射線衍射花樣：若干勞埃斑，每個斑相應(yīng)一組晶面）衍射花樣：若干勞埃斑，每個斑相應(yīng)一組晶面）不受樣品厚度和吸不受樣品厚度和吸收影響，常用收影響，常用透射勞埃法透射勞埃法（薄件）（薄件）背射勞埃法背射勞埃法以單色以單色X射線照射轉(zhuǎn)動單晶，用與射線照射轉(zhuǎn)動單晶，用與樣品同軸圓柱形底片記錄衍射線樣品同軸圓柱形底片記錄衍射線花樣：花樣：分立衍射斑，準(zhǔn)確測定分立衍射斑，準(zhǔn)確測定衍射方向強(qiáng)度衍射方向強(qiáng)度（少用）（少用）德拜德拜謝勒

3、法謝勒法從低角區(qū)掃描到從低角區(qū)掃描到1000，一般為，一般為20900。S S、F F入射入射線的焦點(diǎn)和衍射線的線的焦點(diǎn)和衍射線的焦點(diǎn)。焦點(diǎn)。A A、B B為狹縫，使為狹縫，使X X射線成射線成平行光束。平行光束。K K刻度盤?？潭缺P。G G計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器，其轉(zhuǎn)動速率為：器，其轉(zhuǎn)動速率為：0.1250.1250 0與樣品臺以與樣品臺以2 2- -連動。連動。衍衍射射儀儀法法 測角儀衍射幾何原理：測角儀衍射幾何原理：在在X射線衍射儀中，由于入射射線衍射儀中，由于入射線非完全平行，因此，同線非完全平行，因此，同時(shí)衍射晶面并不平行試樣表面。而是在與入射點(diǎn)（狹縫）時(shí)衍射晶面并不平行試樣表面。而是在與入射點(diǎn)

4、（狹縫）S、接收點(diǎn)、接收點(diǎn) F構(gòu)成的周角為構(gòu)成的周角為-2-2的圓周上，這個的圓周上，這個圓圓聚聚焦圓。焦圓。反射本領(lǐng)強(qiáng)大塊單晶體 K布拉格反射 晶體的晶體的X射線衍射圖像本質(zhì)是晶體微觀結(jié)構(gòu)的一種射線衍射圖像本質(zhì)是晶體微觀結(jié)構(gòu)的一種精細(xì)復(fù)雜的變換，每種晶體結(jié)構(gòu)與其精細(xì)復(fù)雜的變換，每種晶體結(jié)構(gòu)與其X射線衍射圖間一一射線衍射圖間一一對應(yīng)，其特征對應(yīng)，其特征X射線衍射圖譜不因它種物質(zhì)的混聚而變化。射線衍射圖譜不因它種物質(zhì)的混聚而變化?！胺勰┭苌錁?biāo)準(zhǔn)粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會聯(lián)合會”編輯出版編輯出版（卡片編號：（卡片編號：13集集372號卡片）號卡片） 2900三強(qiáng)峰及最大三強(qiáng)峰及最大d值、相對強(qiáng)度值、相對強(qiáng)

5、度 （化學(xué)式化學(xué)式） 礦物名稱礦物名稱 Dir.相機(jī)直徑、相機(jī)直徑、濾波片、校正、濾波片、校正、參考資料參考資料 衍射條件：波長衍射條件：波長晶系、晶胞參數(shù)、晶系、晶胞參數(shù)、原子數(shù)、參考資料原子數(shù)、參考資料 物理性質(zhì)：折射率、物理性質(zhì)：折射率、密度、熔點(diǎn)密度、熔點(diǎn) 衍射數(shù)據(jù)衍射數(shù)據(jù) 化學(xué)式化學(xué)式卡片編號卡片編號參比強(qiáng)度值：被測相與參比強(qiáng)度值：被測相與A12O3，1：1重量比，被測相最強(qiáng)相峰高與剛重量比，被測相最強(qiáng)相峰高與剛玉最強(qiáng)線玉最強(qiáng)線(113)峰高比峰高比降序排列降序排列8強(qiáng)線晶面間距強(qiáng)線晶面間距/相對強(qiáng)度相對強(qiáng)度最強(qiáng)線最強(qiáng)線1982年版作了改進(jìn)，規(guī)則見常鐵軍年版作了改進(jìn)，規(guī)則見常鐵軍材料

6、現(xiàn)代研究方法材料現(xiàn)代研究方法u以物相英文名稱字母順序排列。每相一個條目，占一行。以物相英文名稱字母順序排列。每相一個條目，占一行。物相名稱物相名稱卡片編號卡片編號化學(xué)式化學(xué)式參比強(qiáng)度參比強(qiáng)度三強(qiáng)線三強(qiáng)線d值與相對強(qiáng)度值與相對強(qiáng)度最好透射聚焦照相法和衍射儀法）；最好透射聚焦照相法和衍射儀法）；計(jì)算計(jì)算d值，測定相對強(qiáng)度值，測定相對強(qiáng)度I/I1 (I1最強(qiáng)線強(qiáng)度最強(qiáng)線強(qiáng)度)，290o為主為主 要要依據(jù)，依據(jù)，2、d 給出給出0.010和和0.001位有效數(shù)字。位有效數(shù)字。3）檢索）檢索PDF卡片：根據(jù)三強(qiáng)線卡片：根據(jù)三強(qiáng)線d值（考慮誤差）在值（考慮誤差）在PDF卡片索卡片索引中查對應(yīng)條目，核對八強(qiáng)

7、線引中查對應(yīng)條目，核對八強(qiáng)線d、I/I1，基本符合。根據(jù)卡片，基本符合。根據(jù)卡片編號取出編號取出PDF卡片，核對其余卡片，核對其余d、I/I1，檢索，檢索PDF卡片可人工卡片可人工或計(jì)算機(jī)自動檢索。（應(yīng)提供多個的候選卡片）或計(jì)算機(jī)自動檢索。（應(yīng)提供多個的候選卡片）依相關(guān)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)最后判定依相關(guān)資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)最后判定甚至無甚至無法確定法確定6）對于復(fù)合相有時(shí)難以查出，以至于沒有現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)）對于復(fù)合相有時(shí)難以查出，以至于沒有現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，要結(jié)合能譜分析、透射分析據(jù)，要結(jié)合能譜分析、透射分析第第 J 相相 某衍射線強(qiáng)度：某衍射線強(qiáng)度：用體積分?jǐn)?shù)表示：用體積分?jǐn)?shù)表示：lJJJVKI用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示：

8、用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示：JmJnJJJJJWWKI1)/()(aaaaaaaWWKI兩相：兩相： 純凈物純凈物W=1aaaKI0)()(0aaaaaaaaWWII0aaaIIW 0幾種兩相混合物的定標(biāo)曲線幾種兩相混合物的定標(biāo)曲線混合物中石英與純凈石英衍射強(qiáng)度比混合物中石英與純凈石英衍射強(qiáng)度比Ws、 W標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、待測相質(zhì)量比標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、待測相質(zhì)量比aaSSSSWWWKII1aSaWIIWs 一定時(shí)，一定時(shí)，Ws:W= 1:1W （Ws已已知），再由（知），再由（2）式）式SSSMWMWDDSSSVVDDII），W已知，已知，求出求出WSSWWKIISWWW12112111IIKKWSSSSSWWKIISS

9、SWWKII111SSSWWKII222212121WWKKIISSW1+W2= 1jjjfCI fCfCIICICICIf)()(222222MMevPFevPFCC1ff222221aLKHd222sin2lkha 由由 Bugger 方程及上述公式得：方程及上述公式得：例：求例：求Al的晶胞參數(shù)。的晶胞參數(shù)。 用用Cu(K 1) 射線（射線（ =1.5405埃埃 ）照射樣品，選?。┱丈錁悠罚x取 = 81.17 的衍射線的衍射線(3 3 3)。 o222222A0490. 43337181sin25405. 1sin2lkha衍射晶體面和衍射晶體面和d是多少？是多少？sinddaa多數(shù)誤

10、差在多數(shù)誤差在 90 時(shí)，減小或趨于零時(shí)，減小或趨于零tancotsin)sinsin(cos222FEDCBAddaaa0aaa0aaa0aaa022,cosctg2cosa22sinsin)(KXXRRSSdd2cosKddaaaaa0aaa0aaa0aaa022222222)()(sin2)/()(sin2LKHcacacLKHa)cossincos(21)(22f1. 固溶體的類型與組分測量固溶體的類型與組分測量不同類型固溶體不同類型固溶體, 點(diǎn)陣參數(shù)隨溶質(zhì)原子濃度變化規(guī)律點(diǎn)陣參數(shù)隨溶質(zhì)原子濃度變化規(guī)律不同不同, 由此確定固溶體類型。由此確定固溶體類型。 氫、氧、氮、碳、硼等原子尺寸較

11、小，溶解于溶氫、氧、氮、碳、硼等原子尺寸較小，溶解于溶劑金屬中時(shí)，將使基體的點(diǎn)陣參數(shù)增大。劑金屬中時(shí)，將使基體的點(diǎn)陣參數(shù)增大。 大多數(shù)固溶體，點(diǎn)陣參數(shù)隨溶質(zhì)原子濃度呈近似線性大多數(shù)固溶體，點(diǎn)陣參數(shù)隨溶質(zhì)原子濃度呈近似線性關(guān)系，服從費(fèi)伽關(guān)系，服從費(fèi)伽(Vegard)定律：定律：%100ABAxaaaax一般固溶體點(diǎn)陣參數(shù)隨溶質(zhì)原子濃度間呈非線性關(guān)系，此一般固溶體點(diǎn)陣參數(shù)隨溶質(zhì)原子濃度間呈非線性關(guān)系，此時(shí)先測點(diǎn)陣參數(shù)與溶質(zhì)原子濃度關(guān)系曲線。再將精確測得時(shí)先測點(diǎn)陣參數(shù)與溶質(zhì)原子濃度關(guān)系曲線。再將精確測得的點(diǎn)陣參數(shù)與的點(diǎn)陣參數(shù)與曲線曲線比較，求得固溶體的組分。比較，求得固溶體的組分。aA、aB組元組元

12、A和和B點(diǎn)陳參數(shù)；點(diǎn)陳參數(shù)；ax ：含量為：含量為X的的B原子固溶體的點(diǎn)陣參數(shù)原子固溶體的點(diǎn)陣參數(shù)2. 鋼中馬氏體和奧氏體的含碳量鋼中馬氏體和奧氏體的含碳量分析時(shí)，先算出對應(yīng)不同含碳量的點(diǎn)陣參數(shù)分析時(shí)，先算出對應(yīng)不同含碳量的點(diǎn)陣參數(shù)c/a以及各晶面以及各晶面面間距，將實(shí)驗(yàn)測得數(shù)值與計(jì)算值對比即可確定?；蚓_測面間距，將實(shí)驗(yàn)測得數(shù)值與計(jì)算值對比即可確定?；蚓_測出出a、c，由上式求馬氏體含碳量。，由上式求馬氏體含碳量。馬氏體的點(diǎn)陣參數(shù)馬氏體的點(diǎn)陣參數(shù)a和和c與含碳量呈直線性關(guān)系：與含碳量呈直線性關(guān)系： a=2.866 - 0.013x（埃）埃） c= 2.866 + 0.116x （埃）（埃）2

13、.866 埃埃純純 鐵的點(diǎn)陣參數(shù)鐵的點(diǎn)陣參數(shù)a ；X馬氏體中含碳重量百分?jǐn)?shù)。馬氏體中含碳重量百分?jǐn)?shù)。 淬火高碳鋼中常有奧氏體（面心立方）。奧氏體的點(diǎn)淬火高碳鋼中常有奧氏體（面心立方）。奧氏體的點(diǎn)陣參數(shù)陣參數(shù)a與含碳量。呈直線性關(guān)系：與含碳量。呈直線性關(guān)系： a=3.571+0.044x（埃）（埃） 3.571：常溫時(shí)奧氏體點(diǎn)陣參數(shù)：常溫時(shí)奧氏體點(diǎn)陣參數(shù)鋼中含碳量低時(shí)，衍射線的寬化；當(dāng)含碳量高于鋼中含碳量低時(shí)，衍射線的寬化；當(dāng)含碳量高于0.6%時(shí)，時(shí)，原鐵素體衍射線將分裂為兩條（原鐵素體衍射線將分裂為兩條（101011-110線對）；或三線對）；或三條線（條線（310103，013；301，03

14、1；310，130）。）。3. 外延層和表面膜厚度的測定外延層和表面膜厚度的測定利用試樣偏心原理利用試樣偏心原理)2(cos2Rs 外延層的存在使外延層的存在使襯襯底位置偏離測角臺中心軸一個距底位置偏離測角臺中心軸一個距離，其值等于外延層厚度：離，其值等于外延層厚度：精確測出有外延層與無外延層的襯底某高角衍射線峰位精確測出有外延層與無外延層的襯底某高角衍射線峰位差差2，即可算出層厚或膜厚，即可算出層厚或膜厚s溫度一定時(shí)，溫度一定時(shí)，單相區(qū)點(diǎn)陣參數(shù)隨成分變化顯著（一般線單相區(qū)點(diǎn)陣參數(shù)隨成分變化顯著（一般線性變化），性變化），雙相區(qū)某相點(diǎn)陣參數(shù)不隨合金成分變化（始終雙相區(qū)某相點(diǎn)陣參數(shù)不隨合金成分變

15、化（始終為該溫度下，該相飽和成分時(shí)的點(diǎn)陣參數(shù)）；為該溫度下，該相飽和成分時(shí)的點(diǎn)陣參數(shù)）；溫度變化時(shí)，單相區(qū)點(diǎn)陣參數(shù)溫度變化時(shí)，單相區(qū)點(diǎn)陣參數(shù)隨溫度的變化甚微，雙相隨溫度的變化甚微，雙相區(qū)某相的點(diǎn)陣參數(shù)隨溫度而變化（因?yàn)槿芙舛入S溫度變區(qū)某相的點(diǎn)陣參數(shù)隨溫度而變化（因?yàn)槿芙舛入S溫度變化）?；?。 4. 相圖的測定相圖的測定用點(diǎn)陣參數(shù)法測定相圖相界原理用點(diǎn)陣參數(shù)法測定相圖相界原理:隨合金成分的變化，物相點(diǎn)陣參數(shù)在相界處不連續(xù)。隨合金成分的變化，物相點(diǎn)陣參數(shù)在相界處不連續(xù)。上述兩種情況下，不同成分區(qū)域，或不同溫度區(qū)域，上述兩種情況下，不同成分區(qū)域，或不同溫度區(qū)域，點(diǎn)陣點(diǎn)陣參數(shù)參數(shù)成分、成分、點(diǎn)陣參數(shù)點(diǎn)

16、陣參數(shù)溫度關(guān)系曲線的交點(diǎn)即為相界溫度關(guān)系曲線的交點(diǎn)即為相界 如果不能用淬火辦法保持高溫下的相結(jié)構(gòu)，則可如果不能用淬火辦法保持高溫下的相結(jié)構(gòu)，則可用高溫衍射的辦法測定。用高溫衍射的辦法測定。測定合金相圖方法：測定合金相圖方法： 先配制不同成分的合金系列，經(jīng)均勻化處理后，先配制不同成分的合金系列，經(jīng)均勻化處理后，研制成約研制成約5微米大小的粉末；微米大小的粉末； 在不同溫度下等溫，淬火保持高溫下的相結(jié)構(gòu)，在不同溫度下等溫，淬火保持高溫下的相結(jié)構(gòu)，制成制成X射線衍射試樣；射線衍射試樣； 在常溫下進(jìn)行精密測量點(diǎn)陣參數(shù)和物相鑒定。在常溫下進(jìn)行精密測量點(diǎn)陣參數(shù)和物相鑒定。正方馬氏體四對衍射峰的多重性因數(shù)正

17、方馬氏體四對衍射峰的多重性因數(shù)正方馬氏體正方馬氏體110110衍射面衍射面衍射峰的變化衍射峰的變化(含碳量由含碳量由 0%到到1.6%峰向低角區(qū)移動峰向低角區(qū)移動, 甚至出現(xiàn)分離甚至出現(xiàn)分離) c = a0 +p , a = a0 - p , c/ a = 1 +p正方馬氏體正方馬氏體 ：a 用用110110面面衍射峰、衍射峰、 b 用用002002面面衍射峰衍射峰(含碳量由大于含碳量由大于0.2%以上）以上）p 為含碳量為含碳量a0 為純鐵為純鐵相的點(diǎn)陣常數(shù)相的點(diǎn)陣常數(shù)= 0. 116 0. 002 , = 0. 013 0. 002 , =0.01046 010014.5 宏觀應(yīng)力的測定宏

18、觀應(yīng)力的測定1.1.無需破壞工件；無需破壞工件；2. X射線測定的應(yīng)變是彈性應(yīng)變；射線測定的應(yīng)變是彈性應(yīng)變；3. 測定較小區(qū)域的應(yīng)力測定較小區(qū)域的應(yīng)力;4.5.1 用用X射線測定宏觀應(yīng)力的特點(diǎn)：射線測定宏觀應(yīng)力的特點(diǎn)：用X射線測定材料宏觀應(yīng)力在工程上應(yīng)用非常廣泛4.5 宏觀應(yīng)力的測定宏觀應(yīng)力的測定1 1）虎克定律給出了應(yīng)變與應(yīng)力的）虎克定律給出了應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系；關(guān)系；dd2 2）4.5.2 用用X射線測定宏觀應(yīng)力的原理射線測定宏觀應(yīng)力的原理dd可用可用X X射線測定射線測定3 3）故用故用X射線可測定宏觀應(yīng)力。射線可測定宏觀應(yīng)力。xx) 3 (cotdd（無應(yīng)變）取0）（4cot0 x）（1)