MDI Jade最完整教程(XRD分析)

1、X射線衍射技術(shù)在材料、化工、物理、礦物、地質(zhì)等學(xué)科越來越受到重視，由于現(xiàn)代X射線衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷完善、數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化程度越來越高，受到研究者的歡迎。 本節(jié)課的目的，掌握數(shù)據(jù)處理能力和對(duì)現(xiàn)代衍射儀實(shí)驗(yàn)方法的理解和運(yùn)用能力。由于Jade版本不同，操作界面也有不同，某些功能在低版本中無法看到，而低版本中的某些功能在高版本中有的已經(jīng)被刪除。只介紹同學(xué)們?cè)谝院蟮目蒲泄ぷ髦薪?jīng)常用到的部分，一些需要其他附件輔助完成的作原理介紹。 在開始菜單或桌面上找到“MDI Jade”圖標(biāo)，雙擊，一個(gè)簡(jiǎn)單的啟動(dòng)頁面過后，就進(jìn)入到Jade的主窗口。顯示讀入文件對(duì)話框：選擇菜單“File | Patterns.”打開一個(gè)

2、讀入文件的對(duì)話框。讀入文件的參數(shù)設(shè)置：Jade可讀取的數(shù)據(jù)類型很多，如： MDI ASCii Pattern Files(*.mdi) ：JADE的默認(rèn)數(shù)據(jù)格式，也是一種通用的純文本格式，被很多其它軟件所使用。 RINT-2000 Binary pattern files(*.raw) ：日本理學(xué)儀器數(shù)據(jù)二進(jìn)制格式。 Jade import ascii pattern files(*.TXT) ：通用文本格式，這種格式的文件可由Jade產(chǎn)生，也可讀入到Jade中。 在文件名上雙擊或者單擊文件名后鼠標(biāo)左鍵單擊“Read”，這個(gè)文件就被“讀入”到主窗口并顯示出來。文件的讀入方式有兩種：一種是讀入，

3、另一種是添加。 （1）Read：讀入單個(gè)文件或同時(shí)讀入多個(gè)選中的文件。讀入時(shí)，原來顯示在主窗口中的圖譜被清除； （2）Add：增加文件顯示。如果主窗口中已顯示了一個(gè)或多個(gè)譜，為了不被新添加的文件清除，使用增加的方式讀入文件。File菜單 ： 在這一菜單中，主要命令包括讀入數(shù)據(jù)文件的兩種方式Patterns和 Thumbnail。 另一個(gè)特別有用的命令是Save。這個(gè)命令具有下級(jí)菜單，其中主要的是： Save-Primary Pattern as *.txt：將當(dāng)前窗口中顯示的圖譜數(shù)據(jù)以文本格式（*.txt）保存，以方便用其它作圖軟件如Origin作圖和作其它處理。 注意： （1）該命令保存的是

4、窗口中顯示的圖譜，如果窗口中顯示的是某一個(gè)圖譜的一部分，那么，保存的只有那么一部分。保存前注意設(shè)置顯示為Full Range(View-Zoom Window菜單)。 （2）如果保存前作過平滑處理（smooth），則保存的數(shù)據(jù)為平滑后的數(shù)據(jù)而非原始數(shù)據(jù)。Edit菜單：菜單： Preferences命令：在這里可以設(shè)置顯示、儀器、報(bào)告和個(gè)性化的參數(shù)。關(guān)于半高寬曲線的作法，在“儀器半高寬補(bǔ)正曲線”一節(jié)作詳細(xì)介紹。Display-Keep PDF overlays for New Pattern File:保存前一圖譜的物相檢索結(jié)果到下一個(gè)打開的文件窗口，可減少同批樣品物相檢索的工作量。Report

5、-Estimate Crystallite Size from FWHM Values: 在劃峰（計(jì)算峰面積）時(shí)顯示晶粒尺常用工具欄和手動(dòng)工具欄： 把菜單下面總顯示在窗口中的工具欄稱為常用工具欄，而一個(gè)懸掛式的菜單，作為常用工具欄的輔助工具欄稱為手動(dòng)工具欄。尋峰：自動(dòng)標(biāo)記衍射峰位置，強(qiáng)度，高度等數(shù)據(jù)。 尋峰后如有誤標(biāo)，需要用手動(dòng)尋峰方式來刪除或添加峰標(biāo)記。鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊某處，增加一個(gè)標(biāo)記，右鍵單擊，刪除一個(gè)標(biāo)記。尋峰功能在“尋峰”一節(jié)有專門介紹。圖譜平滑：測(cè)量的曲線一般都因“噪聲”而使曲線不光滑，在有些處理后也會(huì)出現(xiàn)這種情況，需要將曲線變得光滑一些。數(shù)據(jù)平滑的原理是將連續(xù)多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)求和后取平均值

6、來作為數(shù)據(jù)點(diǎn)的新值。因此，每平滑一次，數(shù)據(jù)就會(huì)失真一次。一般采用 9-15 點(diǎn)平滑為好。用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊平滑按鈕，就會(huì)打開平滑參數(shù)設(shè)置對(duì)話框?？蛇x擇二次函數(shù)擬合或四次函數(shù)擬合。一般使用二次擬合。 峰形擬合：衍射峰一般都可以用一種“鐘罩函數(shù)”來表示，擬合的意義就是把測(cè)量的衍射曲線表示為一種函數(shù)形式。在作“點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)量”、“晶粒尺寸和微觀應(yīng)變測(cè)量”和“殘余應(yīng)力測(cè)量”等工作前都要經(jīng)過“扣背景”圖形擬合”的步驟。常用工具欄中的擬合命令將全譜擬合，但有時(shí)因?yàn)榇翱谥蟹逄啵?jì)算受阻而不能進(jìn)行，此時(shí)，需要用到手工擬合按鈕。擬合方法在“擬合”一節(jié)作祥細(xì)介紹。 扣除背景：背景是由于樣品熒光等多種因素引起的，在

7、有些處理前需要作背景扣除，單擊“BG”一次，顯示一條背景線，如果需要調(diào)整背景線的位置，可以用手動(dòng)工具欄中的“BE”按鈕來調(diào)整背景線的位置，調(diào)整好以后，再次單擊“BG”按鈕，背景線以下的面積將被扣除。 如果鼠標(biāo)右鍵單擊“BG”按鈕，彈出背景線扣除方式設(shè)置對(duì)話框。在此可選擇背景線的線形，線形一般選擇Cubic Spline。 Strip K-alpha2-Ka1/Ka2 Ratio 2.0： 一般X射線衍射都是使用K系輻射， K系輻射中包括了兩小系，即K和K輻射。二者的波長(zhǎng)相差較大，K輻射一般通過“石墨晶體單色器”或“濾波片”被儀器濾掉了，接收到的只有K輻射。但是，K輻射中又包括兩種波長(zhǎng)差很小的K

8、1和K2輻射，它們的強(qiáng)度比一般情況下剛好是2/1，在精確計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù)前必須將 K2 扣除，可以通過扣除背景的功能同時(shí)扣除掉K2。物相檢索：鼠標(biāo)單擊此按鈕，開始檢索樣品中的物相，一般鼠標(biāo)右鍵單擊此按鈕，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，對(duì)檢索參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，物相檢索在“物相檢索”一節(jié)中作祥細(xì)介紹。 PDF卡片查找：操作方法與 S/M 相似，只是不對(duì)圖譜進(jìn)行比較，而是顯示滿足檢索條件的全部物相列表。 計(jì)算峰面積：選擇計(jì)算峰面積的按鈕，然后在峰的下面選擇適當(dāng)背景位置畫一橫線，所畫橫線和峰曲線所組成的部分的面積被顯示出來，這一功能同時(shí)顯示了峰位、峰高、半高寬和晶粒尺寸（需要在Edit- Preferences命令中設(shè)置：

9、Report-Estimate Crystallite Size from FWHM Values）等數(shù)據(jù)。畫峰時(shí)，注意要適當(dāng)選擇好背景位置，一般以兩邊與背景線能平滑相接為宜。 刪除峰：在設(shè)備用久了以后，或者因?yàn)榕既坏脑颍趫D譜中會(huì)出現(xiàn)異常的很窄的峰，它們根本不是樣品的峰，需要?jiǎng)h除掉，此時(shí)可以用刪除峰的功能，選擇該按鈕后，在峰下的背景線位置劃線，峰被刪除。為了科學(xué)研究的嚴(yán)肅性，請(qǐng)不要隨意使用此功能。為了科學(xué)研究的嚴(yán)肅性，請(qǐng)不要隨意使用此功能。 手動(dòng)擬合：有選擇性地?cái)M合一個(gè)或選定的幾個(gè)峰，其它未被選定的峰不作處理。單擊此按鈕，在需要擬合的峰上單擊，作出選定，依次選定所有需要擬合的峰后，再次單擊

10、此按鈕，開始擬合。如果要取消一個(gè)峰的擬合，在該峰上用鼠標(biāo)右鍵單擊。 擬合誤差：擬合時(shí)，窗口中出現(xiàn)一條紅線，紅線的波動(dòng)表示誤差的大小和出現(xiàn)誤差的位置，誤差的大小用R表示。 在放大窗口右下角有一組豎列的按鈕，它們的作用如圖如示：注意：在Jade中，鼠標(biāo)左鍵和右鍵的功能是不同的，左鍵一般指按先前已設(shè)置好的條件執(zhí)行某種操作，右鍵則打開一個(gè)對(duì)話框，進(jìn)行條件設(shè)置，然后再執(zhí)行操作。但是，在這里，左鍵和右鍵的功能是相反的功能。 在尋峰或物相檢索完成后，在屏幕的右下角有一橫排按鈕，它們的主要功能如圖所示：在使用JADE開始如物相檢索等工作之前，需要有一張PDF2卡片光盤，并將光盤建立索引。（1）選擇菜單PDF-

11、Setup命令，見到索引窗口：（2）輸入PDF2光盤中PDF2.DAT文件所在位置。 （3）選擇需要建立索引的PDF2子庫(kù)，PDF2中共有14萬多張卡片，這些卡片按類保存在不同的子庫(kù)中，最簡(jiǎn)單的辦法就是“Select All” 。 （4）Go，開始建立索引，建立索引需要大約10分鐘的時(shí)間。 物相檢索也就是“物相定性分析”。它的基本原理是基于以下三條原則： （1）任何一種物相都有其特征的衍射譜； （2）任何兩種物相的衍射譜不可能完全相同； （3）多相樣品的衍射峰是各物相的機(jī)械疊加。因此，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量或理論計(jì)算，建立一個(gè)“已知物相的卡片庫(kù)”，將所測(cè)樣品的圖譜與PDF卡片庫(kù)中的“標(biāo)準(zhǔn)卡片”一一對(duì)照，

12、就能檢索出樣品中的全部物相。物相檢索的步驟包括：（1）給出檢索條件：包括檢索子庫(kù)（有機(jī)還是無機(jī)、礦物還是金屬等等）、樣品中可能存在的元素等； （2）計(jì)算機(jī)按照給定的檢索條件進(jìn)行檢索，將最可能存在的前100種物相列出一個(gè)表； （3）從列表中檢定出一定存在的物相。 一般來說，判斷一個(gè)相是否存在有三個(gè)條件：（1）標(biāo)準(zhǔn)卡片中的峰位與測(cè)量峰的峰位是否匹配，換句話說，一般情況下標(biāo)準(zhǔn)卡片中出現(xiàn)的峰的位置，樣品譜中必須有相應(yīng)的峰與之對(duì)應(yīng)，即使三條強(qiáng)線對(duì)應(yīng)得非常好，但有另一條較強(qiáng)線位置明顯沒有出現(xiàn)衍射峰，也不能確定存在該相，但是，當(dāng)樣品存在明顯的擇優(yōu)取向時(shí)除外，此時(shí)需要另外考慮擇優(yōu)取向問題；（2）標(biāo)準(zhǔn)卡片的峰強(qiáng)

13、比與樣品峰的峰強(qiáng)比要大致相同，但峰強(qiáng)比僅可作參考。如對(duì)于金屬塊狀樣品，由于擇優(yōu)取向存在，導(dǎo)致峰強(qiáng)比不一致；（3）檢索出來的物相包含的元素在樣品中必須存在，如果檢索出一個(gè)FeO相，但樣品中根本不可能存在Fe元素，則即使其它條件完全吻合，也不能確定樣品中存在該相，此時(shí)可考慮樣品中存在與FeO晶體結(jié)構(gòu)大體相同的某相。當(dāng)然，如果你自己也不能確定樣品會(huì)不會(huì)受Fe污染，你就得去做做元素分析再來了。 對(duì)于無機(jī)材料和粘土礦物，一般參考“特征峰”來確定物相，而不要求全部峰的對(duì)應(yīng)，因?yàn)橐环N粘土礦物中可能包含的元素也可能不同。第一輪檢索：大海撈針 （1）打開一個(gè)圖譜，不作任何處理，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“S/M”按鈕，打開檢

14、索條件設(shè)置對(duì)話框，去掉“Use chemistry filter”選項(xiàng)的對(duì)號(hào)，同時(shí)選擇多種PDF子庫(kù)，檢索對(duì)象選擇為主相（S/M Focus on Major Phases）再點(diǎn)擊“OK”按鈕，進(jìn)入“Search/Match Display”窗口。“Search/Match Display”窗口分為三部分： 最上面是全譜顯示窗口，可以觀察全部PDF卡片的衍射線與測(cè)量譜的匹配情況； 中間是放大窗口，可觀察局部匹配的細(xì)節(jié)，通過右邊的按鈕可調(diào)整放大窗口的顯示范圍和放大比例，以便觀察得更加清楚； 窗口的最下面是檢索列表，從上至下列出最可能的100種物相，一般按“FOM”由小到大的順序排列，F(xiàn)OM是匹配

15、率的倒數(shù)，數(shù)值越小，表示匹配性越高。 在列表右邊的按鈕中，上下雙向箭頭（下方）用來調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)線的高度，左右雙向箭頭則可調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)線的左右位置，這個(gè)功能在固溶體合金的物相分析中很有用，因?yàn)楣倘荏w的晶胞參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)卡片的譜線對(duì)比總有偏移（固為固溶原子的半徑與溶質(zhì)原子半徑不同，造成晶格畸變）。 物相檢定完成，關(guān)閉這個(gè)窗口返回到主窗口中。 使用這種方式，一般可檢測(cè)出主要的物相。第二輪：限定條件的檢索 限定條件主要是限定樣品中存在的“元素”或化學(xué)成分，在“Use chemistry filter”選項(xiàng)前加上對(duì)號(hào)，進(jìn)入到元素周期表對(duì)話框。 將樣品中可能存在的元素全部輸入，點(diǎn)擊“OK”，返回到前一對(duì)話框界面，此時(shí)

16、可選擇檢索對(duì)象為次要相或微量相（S/M Focus on Minor Phases或 S/M Focus on Trace Phases）。其它下面的操作就完全相同了。 此步驟一般能將剩余相都檢索出來。如果檢索尚未全部完成，即還有多余的衍射線未檢定出相應(yīng)的相來，可逐步減少元素個(gè)數(shù)，重復(fù)上面的步驟，或按某些元素的組合，嘗試一些化合物的存在。如某樣品中可能存在Al,Sn,O,Ag等元素，可嘗是否存在Sn-O化合物，此時(shí)元素限定為Sn和O，暫時(shí)去掉其它元素。 在化學(xué)元素選定時(shí)，有三種選擇，即“不可能”、“可能”和“一定存在”。“不可能”就是不存在，也就是不選該元素?！翱赡堋本褪潜粰z索的物相中可能存在

17、該元素，也可以不存在該元素，如選擇了三個(gè)元素“Li、Mn、O”三種元素都為“可能”，則在這三種元素的任意組合中去檢索?！耙欢ù嬖凇北硎玖吮粰z索的物相中一定存在該元素，如選定了“Fe”為“一定存在”，而“O”為可能，則檢索對(duì)象為“Fe”和鐵的全部氧化物相?！翱赡堋钡臉?biāo)記為藍(lán)色，“一定存在”的標(biāo)記為綠色。 有些情況下，雖然材料中不含非金屬元素O、Cl等元素，但由于樣品制備過程中可能被氧化或氯化，在多種嘗試后尚不能確定物相的情況下，應(yīng)當(dāng)考慮加入這些元素，嘗試金屬鹽、酸、堿的存在。第三輪：?jiǎn)畏逅阉?如果經(jīng)過前兩輪尚有不能檢出的物相存在，也就是有個(gè)別的小峰未被檢索出物相來，那么，此時(shí)最有可能成功的就是單

18、峰搜索。 單峰搜索：即指定一個(gè)未被檢索出的峰，在PDF卡片庫(kù)中搜索在此處出現(xiàn)衍射峰的物相列表，然后從列表中檢出物相。 方法如下：在主窗口中選擇“計(jì)算峰面積”按鈕，在峰下劃出一條底線，該峰被指定，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“S/M”，此時(shí)，檢索對(duì)象變?yōu)榛疑豢烧{(diào)（Jade 5中顯示為“Painted Peaks”）。此時(shí)，你可以限定元素或不限定元素，軟件會(huì)列出在此峰位置出現(xiàn)衍射峰的標(biāo)準(zhǔn)卡片列表。其它操作則無別樣。 通過以上三輪搜索，99.9%的樣品都能檢索出全部物相。 應(yīng)當(dāng)指出，正確地全面地檢索物相不但需要熟練地掌握J(rèn)ade物相檢索的方法和技巧，而且，更重要的是需要研究課題方面的專業(yè)知識(shí)。除此以外，還要不厭其

19、煩地反復(fù)嘗試各種可能。在物相檢索不能完成時(shí)，不應(yīng)當(dāng)責(zé)怪軟件的無能，應(yīng)當(dāng)先去查閱相關(guān)的文獻(xiàn)。另外，雖然PDF卡片每年都有更新，目前已超過140000張卡片，但并不是每個(gè)物相都一定能從卡片庫(kù)中找到。這時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮是否有新的物相產(chǎn)生，或者是檢索中存在錯(cuò)誤的確認(rèn)。物相檢索結(jié)果的輸出： 如果只是想調(diào)查有哪些相，保存一張圖片就可以了。 檢索完成后，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊常用工具欄中的“打印機(jī)”按鈕，轉(zhuǎn)到“打印預(yù)覽”窗口，可保存/復(fù)制/打印/編輯檢索結(jié)果。 如果需要每個(gè)峰的角度、強(qiáng)度、半高寬、對(duì)應(yīng)的物相等數(shù)據(jù)，則可以通過菜單“Report”來查看、保存和打印。有時(shí)，我們的目的不是要從某樣品中檢索出物相，而是要查找某一張

20、卡片。用到光盤檢索功能。 輸入卡片號(hào)： 如果知道卡片號(hào)，直接在“光盤”右邊的文本欄中輸入卡片號(hào)，如39-1395，然后，按回車鍵。下方有一個(gè)PDF卡片列表組合框，輸入的卡片在框中被加入，點(diǎn)擊卡片張數(shù)可打開PDF卡片列表來查看。按成分查找 如果需要查找某種化合物，如氧化鐵，則鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“光盤”，出現(xiàn)元素周期表，選定Fe和O為“一定存在”，再單擊“OK”出現(xiàn)一個(gè)列表，顯示了所有Fe-O化合物的物相。尋峰就是把圖譜中的峰位標(biāo)定出來，鑒別出圖譜的某個(gè)起伏是否一個(gè)真正的峰。尋峰并不是一開始就要做的。有些操作，如物相鑒定過程中會(huì)標(biāo)定峰位。每一個(gè)衍射峰都有許多數(shù)據(jù)來說明，如峰高、峰面積、半高寬、對(duì)應(yīng)的物相

21、、衍射面指數(shù)、由半高寬計(jì)算出來的晶粒大小等等。這些數(shù)據(jù)在一些計(jì)算中有用。尋峰 單擊常用工具欄中的“尋峰”按鈕，Jade將按一定的數(shù)學(xué)計(jì)算方法來標(biāo)定峰。一般來說，是按數(shù)學(xué)上的“二階導(dǎo)數(shù)”是否為0來確定是否一個(gè)峰的存在。因此，只要符合這個(gè)條件的峰起伏都會(huì)判定為峰，而有些峰因?yàn)椴皇悄敲淳_地符合這個(gè)條件，而被漏判。 因此，在尋峰之前，一般都作一次“平滑”，以減少誤判。另外，在尋峰之后，一定要仔細(xì)檢查，并用手動(dòng)工具欄中的“手動(dòng)尋峰”來增加漏判的峰（鼠標(biāo)左鍵在峰下面單擊）或清除誤判的峰（鼠標(biāo)右鍵單擊）。尋峰報(bào)告 尋峰之后，就可以觀察和輸出“尋峰報(bào)告”了。 選擇菜單命令“Report-Peak Searc

22、h Report”，會(huì)列出報(bào)告：?jiǎn)螕簟癝ave”結(jié)果保存為“樣品名.PID”。這是一個(gè)純文本文件。文件中的積分強(qiáng)度可用于計(jì)算相含量。物相鑒定后的峰報(bào)告 ： 在物相鑒定后，選擇菜單命令“Report-Peak ID(Extended)”，打開峰檢索報(bào)告。 在這個(gè)報(bào)告里列出了每一個(gè)峰的衍射角、面間距、測(cè)量的峰強(qiáng)度（峰高）、對(duì)應(yīng)的物相和晶面指數(shù)，同時(shí)也列出了標(biāo)準(zhǔn)卡片上的衍射角、標(biāo)準(zhǔn)衍射角與測(cè)量值之間的差值。 單擊“Save/Export”報(bào)告內(nèi)容被保存為“.IDE”文件，也是一種純文本類型的文件?？梢杂糜浭卤敬蜷_。注意每一種物相都有其最大的衍射強(qiáng)度峰（I%=100）。這個(gè)峰的積分強(qiáng)度數(shù)據(jù)（在.IDE

23、文件中），才是使用RIR（K值法）計(jì)算相含量的數(shù)據(jù)。MDI Jade具有RIR定量分析的功能，但是，一般都需要另外購(gòu)買軟件模塊。在沒有這個(gè)功能的情況下可以根據(jù)以上的思路來解決日常定量分析的問題。操作思路： （1）打開衍射譜文件，準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行物相鑒定，每一個(gè)相都必須鑒定出來（如果存在非晶，將非晶當(dāng)作一個(gè)相來看待）。 （2）選擇菜單“Report-Peak ID(Extended)” ，查看峰的物相鑒定報(bào)告，將標(biāo)準(zhǔn)卡片上標(biāo)明為I%=100的峰留下，其余峰都刪除，結(jié)果保存為“樣品名.IDE”文件。 （3）選擇菜單“Report-Peak Search Report”， 查看峰搜索報(bào)告（并不需要經(jīng)過

24、尋峰過程），并保存。文件名為“樣品名.PID”.（4）單擊 “PDF卡片列表”后的數(shù)字。顯示物相鑒定過程中產(chǎn)生的PDF卡片列表。樣品中包含的物相都列在此表中。單擊保存按鈕。打開保存對(duì)話框。并選擇文件類型為“.PDF”。此文件也是純文本文件類型。文件中保存的是每個(gè)相的名稱、化學(xué)式和RIR值。結(jié)晶度即結(jié)晶的完整程度，結(jié)晶完整的晶體，晶粒較大，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的排列比較規(guī)則，衍射線強(qiáng)、尖銳且對(duì)稱，衍射峰的半高寬接近儀器測(cè)量的寬度，結(jié)晶度差的晶體，往往是晶粒過于細(xì)小，晶體中有位錯(cuò)等缺陷，使衍射線峰形寬而彌散。結(jié)晶度越差，衍射能力越弱，衍射峰越寬，直到消失在背景之中。X射線總的散射強(qiáng)度（除康普頓散射外）的相干散

25、射強(qiáng)度不管晶態(tài)和非晶態(tài)的數(shù)量比如何，總是一個(gè)常數(shù)。因此，從100%的非晶態(tài)標(biāo)樣或100%的晶體標(biāo)樣著手，用以下的一個(gè)計(jì)算公式都可以求得結(jié)晶度：Jade認(rèn)為，由一個(gè)樣品就能計(jì)算出結(jié)晶度來，采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算公式：例如，一個(gè)樣品的衍射譜中，晶體部分的衍射強(qiáng)度加上非晶體的散射強(qiáng)度之和為100，而所有衍射峰的強(qiáng)度之和為75，那么結(jié)晶度為75%。這是一個(gè)不精確的近似。結(jié)晶度的計(jì)算過程如下： （1）打開一個(gè)文件 （2）對(duì)圖譜進(jìn)行平滑 （3）對(duì)整個(gè)圖進(jìn)行擬合 （4）選擇菜單“Report-Peak Profile Report”打開對(duì)話框，觀察結(jié)晶度數(shù)據(jù)打印預(yù)覽是Jade中很有特色、功能強(qiáng)度的一個(gè)圖片、文

26、字編輯窗口。 在主窗口中用鼠標(biāo)右鍵單擊打印機(jī)按鈕，出現(xiàn)打印預(yù)覽窗口：Print：打印圖譜。 Copy：以矢量圖或bmp格式復(fù)制到剪貼板，這是直接將圖片復(fù)制到Word的方式。其中矢量圖比bmp圖更清晰一些。 Save：保存圖片文件。 Setup：設(shè)置圖譜顯示的各種參數(shù)。參數(shù)設(shè)置較多，包括圖片大小，字體等等。 垂直放大：選擇窗口左上角左起第四個(gè)按鈕，然后，在需要垂直放大的局部向上拉伸，局部被垂直放大，放大后顯示放大倍數(shù)。 局部放大：選擇放大鏡按鈕，然后按鈕Ctrl鍵，選擇要放大的局部，在適當(dāng)在空白位置畫出放大框，局部被放大到填充此框。 文字添加：選擇“A”按鈕，可在圖片上任意位置書寫文字，注意，J

27、ade不支持漢字顯示，只能顯示英文字符。 數(shù)字序號(hào)添加：選擇“#”按鈕，可在任意位置點(diǎn)擊，序號(hào)按1開始排列。 顯示方式選擇：窗口左邊有四個(gè)方塊形的按鈕，點(diǎn)擊其中一個(gè)，會(huì)有不同的顯示方式出現(xiàn)，上圖中顯示的是測(cè)量譜線與標(biāo)準(zhǔn)譜線（物相檢索結(jié)果）分開顯示。一個(gè)圖譜如果測(cè)量范圍很寬，可以選擇分段顯示。 顯示顏色：在窗口頂部的一組按鈕中，有三種不同的顯示顏色選擇，作為一般圖片保存時(shí)，可選擇多色顯示，如果是需要插入到論文中，最好選擇黑白顯示更加清晰。衍射峰一般都可以用一種“鐘罩函數(shù)”來表示，擬合的意義就是把測(cè)量的衍射曲線表示為一種函數(shù)形式。在作“點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)量”、“晶粒尺寸和微觀應(yīng)變測(cè)量”和“殘余應(yīng)力測(cè)量

28、”等工作前都要經(jīng)過“扣背景”圖形擬合”的步驟。常用工具欄中的擬合命令將全譜擬合，但有時(shí)因?yàn)榇翱谥蟹逄?，?jì)算受阻而不能進(jìn)行，此時(shí)，需要用到手工擬合按鈕。 手工擬合：有選擇性地?cái)M合一個(gè)或選定的幾個(gè)峰，其它未被選定的峰不作處理。單擊此按鈕，在需要擬合的峰上單擊，作出選定，依次選定所有需要擬合的峰后，再次單擊此按鈕，開始擬合。如果要取消一個(gè)峰的擬合，在該峰上用鼠標(biāo)右鍵單擊。擬合操作步驟： （1）扣除背景，一般同時(shí)要扣除K2； （2）進(jìn)行物相檢索； （3）作一次圖譜平滑，使譜線變得光滑一些，便于精確擬合； （4）點(diǎn)擊常用工具欄中的“擬合”，軟件開始作“全譜擬合”；擬合是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算過程，需要較長(zhǎng)

29、的時(shí)間，在擬合過程中，放大窗口上部出現(xiàn)一條紅線，紅線的光滑度表示了擬合的好壞，如果紅線出現(xiàn)很大的起伏，說明擬合得不好，需要進(jìn)一步擬合，可以重新點(diǎn)擊“擬合”按鈕重新擬合一次。在菜單欄的下面顯示了擬合的進(jìn)程，其中R=，表示了擬合的誤差，R值越小，表示擬合得越好。 擬合過程中，有時(shí)因?yàn)榇翱谥械姆鍞?shù)大多，擬合進(jìn)行不下去，會(huì)出現(xiàn)“Too Many Profiles in ZoomWindow ！”的提示，此時(shí)，需要縮小角度范圍，或者進(jìn)行人工擬合。要進(jìn)行人工擬合前，先用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊需要?jiǎng)h除已做的擬合然后，再選擇手動(dòng)工具欄中的“擬合”按鈕。對(duì)部分峰進(jìn)行選擇。 選峰的方法是：在峰下用鼠標(biāo)左鍵單擊，表示選定一個(gè)

30、峰，用右鍵點(diǎn)擊，表示取消這個(gè)峰。當(dāng)選擇好要擬合的峰以后，再次單擊手動(dòng)工具欄中的“擬合”按鈕，開始擬合。 這種有選擇的擬合會(huì)提高擬合誤差R，這是可以理解的，因?yàn)榇藭r(shí)有部分峰沒有參與擬合而進(jìn)入了誤差，另外，那些沒有參與擬合的峰會(huì)作為背景線，使得圖譜的背景線提高。在一些需要儀器半高寬計(jì)算的處理前，必須設(shè)置好儀器的半高寬，Jade使用標(biāo)準(zhǔn)樣品來制作一條隨衍射角變化的半高寬曲線，當(dāng)該曲線制作完成后，保存到參數(shù)文件中，以后測(cè)量所有的樣品都使用該曲線所表示的半高寬作為儀器寬度。 標(biāo)準(zhǔn)樣品必須是無晶粒細(xì)化、無應(yīng)力（宏觀應(yīng)力或微觀應(yīng)力）、無畸變的完全退火態(tài)樣品，一般采用 NIST-LaB6，Silicon-64

31、0作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。下面以完全退火態(tài)Si粉作為標(biāo)樣，解釋半高寬曲線的制作方法。 第一步：取結(jié)晶完整無應(yīng)力的粗晶Si粉，在300退火24小時(shí)。 第二步：測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品的衍射曲線，讀入Jade。 第三步：扣除背景和K2、尋峰、檢索物相， 平滑、作全譜擬合。 第四步：顯示半高寬曲線。點(diǎn)擊菜單“Analyze”“FWHM Curve Plot”，在窗口中顯示半峰寬補(bǔ)正曲線。 第五步：保存并高寬曲線。然后選擇菜單“File” “Save” “FWHM Curve of Peaks”。 第六步：定制儀器半高寬曲線。選擇菜單“Edit”“Preferences”如果儀器作過大的改動(dòng)，或改變儀器的狹縫，需要重新測(cè)量

32、半高寬曲線。由于粉末多晶衍射儀使用的是多晶（粉末）樣品，因此，其衍射譜不是由一條一條的衍射線組成，而是由具有一定寬度的衍射峰組成，每個(gè)衍射峰下面都包含了一定的面積。如果把衍射峰簡(jiǎn)單地看作是一個(gè)三角形，那么峰的面積等于峰高乘以一半高處的寬度。這個(gè)半高處的高度有個(gè)專門名詞，稱為“半高寬”，F(xiàn)WHM。如果采用的實(shí)驗(yàn)條件完全一樣，那么，測(cè)量不同樣品在相同衍射角的衍射峰的FWHM應(yīng)當(dāng)是相同的。這種由實(shí)驗(yàn)條件決定的衍射峰寬度稱為“儀器寬度”。儀器寬度并不是一個(gè)常數(shù)，它隨衍射角有變化。一般隨衍射角變化表示為拋物線形。有些情況下，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)衍射峰變得比常規(guī)的要寬，為什么呢？有多種因素引起這種峰形變寬。這里主要

33、講的有兩種： 一、由于樣品的晶粒比常規(guī)樣品的晶粒小，導(dǎo)致倒易球大，使衍射峰加寬了， 二、由于材料被加工或熱冷循環(huán)等，在晶粒內(nèi)部產(chǎn)生了微觀的應(yīng)變。之所以稱為微觀應(yīng)變，是因?yàn)檫@種應(yīng)變?cè)谝粋€(gè)晶粒內(nèi)部存在。大尺度上的應(yīng)變稱為宏觀應(yīng)變，需要采用其它方法來測(cè)量。 還有因?yàn)榫?nèi)的位錯(cuò)、孿晶等因素造成的線形變寬和線形不對(duì)稱，不在此這里研究。這樣，我們知道了儀器本來有個(gè)線形寬，由于晶塊細(xì)化和微觀應(yīng)變的原因會(huì)導(dǎo)致線形更寬。我們要計(jì)算晶粒尺寸或微觀應(yīng)變，首先第一步應(yīng)當(dāng)從測(cè)量的寬度中扣除儀器的寬度，得到晶粒細(xì)化或微觀應(yīng)變引起的真實(shí)加寬。但是，這種線形加寬效應(yīng)不是簡(jiǎn)單的機(jī)械疊加，而是它們形成的卷積。所以，我們得到一個(gè)樣

34、品的衍射譜以后，首先要做的是從中解卷積，得到樣品因?yàn)榫Я＜?xì)化或微觀應(yīng)變引起的加寬FW（S）。這個(gè)解卷積的過程非常復(fù)雜。但是，因?yàn)槲覀冊(cè)谇懊孀隽税敫邔捬a(bǔ)正曲線，并已保存了下來，解卷積的過程，Jade按下列公式進(jìn)行計(jì)算。式中D稱為反卷積參數(shù)，可以定義為1-2之間的值。一般情況下，衍射峰圖形可以用柯西函數(shù)或高斯函數(shù)來表示，或者是它們二者的混合函數(shù)。如果峰形更接近于高斯函數(shù)，設(shè)為2，如果更接近于柯西函數(shù)，則取D=1。另外，當(dāng)半高寬用積分寬度代替時(shí)，則應(yīng)取D值為1。D的取值大小影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單值，但不影響系列樣品的規(guī)律性。因?yàn)榫Я＜?xì)化和微觀應(yīng)變都產(chǎn)生相同的結(jié)果，那么我們必須分三種情況來說明如何分析。 （

35、1）如果樣品為退火粉末，則無應(yīng)變存在，衍射線的寬化完全由晶粒比常規(guī)樣品的小而產(chǎn)生。這時(shí)可用謝樂方程來計(jì)算晶粒的大小。式中Size表示晶塊尺寸（nm），K為常數(shù)，一般取K=1，是X射線的波長(zhǎng)(nm)，F(xiàn)W（S）是試樣寬化(Rad)，則是衍射角(Rad)。 計(jì)算晶塊尺寸時(shí)，一般采用低角度的衍射線，如果晶塊尺寸較大，可用較高衍射角的衍射線來代替。晶粒尺寸在30nm左右時(shí)，計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確，此式適用范圍為1-100nm。超過100nm的晶塊尺寸不能使用此式來計(jì)算，可以通過其它的照相方法計(jì)算。 （2）如果樣品為合金塊狀樣品，本來結(jié)晶完整，而且加工過程中無破碎，則線形的寬化完全由微觀應(yīng)變引起。式中Stra

36、in表示微觀應(yīng)變，它是應(yīng)變量對(duì)面間距的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。 （3）如果樣品中同時(shí)存在以上兩種因素，需要同時(shí)計(jì)算晶粒尺寸和微觀應(yīng)變。情況就復(fù)雜了，因?yàn)檫@兩種線形加寬效應(yīng)也不是簡(jiǎn)單的機(jī)械疊加，而是它們形成的卷積。使用與前面解卷積類似的公式解出兩種因素的大小。由于同時(shí)要求出兩個(gè)未知數(shù)，因此靠一條譜線不能完成。一般使用Hall方法：測(cè)量二個(gè)以上的衍射峰的半高寬FW（S），由于晶塊尺寸與晶面指數(shù)有關(guān)，所以要選擇同一方向衍射面，如（111）和（222），或（200）和（400）。以sin/為橫坐標(biāo)，作 圖，用最小二乘法作直線擬合，直線的斜率為微觀應(yīng)變 的兩倍，直線在縱坐標(biāo)上的截距即為晶塊尺寸的倒數(shù)。 （1

37、）以慢速度，最好是步進(jìn)掃描方式測(cè)量樣品的兩個(gè)以上的衍射峰。 （2）讀入Jade，扣除景和K2、進(jìn)行物相檢索、平滑，全譜擬合。 （3）選擇菜單“Report-Size & Strain Plot”命令，顯示計(jì)算對(duì)話框。 （4）根據(jù)樣品的實(shí)際情況在Size only, Strain Only, Size/strain三種情況下選擇一種情況。 （5）調(diào)整D值。 （6）查看儀器半高寬補(bǔ)正曲線是否正確。 （7）保存，其中Save保存當(dāng)前圖片，Export保存文本格式的計(jì)算結(jié)果。使用說明： 使用這種方法計(jì)算的是平均晶粒尺寸，這是因?yàn)閷?shí)際上，不同晶面的尺寸是不同的，計(jì)算結(jié)果是各衍射方向晶粒度的大小。

38、如果需要計(jì)算單一晶面的晶粒尺寸，可以使用窗口中的“計(jì)算峰面積”命令，顯示直觀。 如果要分別計(jì)算多個(gè)晶面的晶粒尺寸，則在上面的擬合完成后，選擇菜單“Report-Peak Profile Report”命令，在打開的列表中顯示了各晶面的晶粒尺寸（XS）。在一些需要精確角度的計(jì)算處理（如點(diǎn)陣常數(shù)的精確測(cè)定）前，必須設(shè)置好儀器的角度系統(tǒng)誤差，Jade使用標(biāo)準(zhǔn)樣品來制作一條隨衍射角變化的角度補(bǔ)正曲線。當(dāng)該曲線制作完成后，保存到參數(shù)文件中，以后測(cè)量所有的樣品都使用該曲線消除儀器的系統(tǒng)誤差。 標(biāo)準(zhǔn)樣品必須是無晶粒細(xì)化、無應(yīng)力（宏觀應(yīng)力或微觀應(yīng)力）、無畸變的完全退火態(tài)樣品，一般采用 NIST-LaB6，Si

39、licon-640作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。第一步：與半高寬補(bǔ)正曲線一樣準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)樣品，并測(cè)量全譜（可共用一個(gè)文件）。 第二步：扣背景和K2、物相檢索、平滑、全譜擬合。 第三步： 選擇菜單“Analyze-Theta Calibration”命令，打開對(duì)話框：?jiǎn)螕簟癝ave Curve”命令，將當(dāng)前角度補(bǔ)正曲線保存起來。選中“Calibrate Patterns on Loading Automatically”，在新圖譜調(diào)入時(shí)自動(dòng)作角度補(bǔ)正。晶胞的點(diǎn)陣常數(shù)與很多因素有關(guān)。例如，在對(duì)一種合金的物相檢索時(shí)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，很難精確地將衍射譜與PDF卡片標(biāo)準(zhǔn)譜對(duì)應(yīng)起來。角度位置上總有那么一點(diǎn)點(diǎn)差異，這是為什么呢？

40、因?yàn)楹辖鹜ǔＧ闆r下都是固溶體，由于固溶體中溶入了異類原子，而這些異類原子的原子半徑與基體的原子半徑存在差異，從而導(dǎo)致了基體的晶格畸變，也就發(fā)生了基體的點(diǎn)陣常數(shù)擴(kuò)大或縮小。 另外，點(diǎn)陣常數(shù)還與溫度有關(guān)，因?yàn)槲覀兌贾馈盁崦浝淇s”的道理，我們也就不難理解在微觀上晶格的變大和變小了。 由于摻雜的原因也可以使晶格常數(shù)變化。 必須指出的是，這種晶格常數(shù)變化通常是很微小的，一般反映在100-1000nm的數(shù)量級(jí)上。如果儀器的誤差足夠大或者計(jì)算的誤差足夠大，完全可以把這種變化掩蓋或看之不見。點(diǎn)陣常數(shù)計(jì)算的誤差來源于多方面。我們假設(shè)已完全按照“點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)量”的要求測(cè)量出了一條衍射譜，并從此開始計(jì)算出精確的

41、點(diǎn)陣常數(shù)來。下面以某種Al合金為例，講解點(diǎn)陣常數(shù)的精確計(jì)算步驟： 第一步：打開文件。 第二步：扣背景和K2、物相檢索、平滑、全譜擬合。 因?yàn)橛?jì)算的只是基體的點(diǎn)陣常數(shù)，因此，不需要檢索出其它相。第三步：選擇菜單“Options-Cell Refinement”命令，打開晶胞精修對(duì)話框。第四步：按下“Refine”按鈕，Jade自動(dòng)完成精修過程，并在原先顯示晶胞參數(shù)的位置顯示了精修后的結(jié)果。 第五步：觀察并保存結(jié)果。結(jié)果保存為純文本文件格式，文件擴(kuò)展名為.abc。 如果需要計(jì)算同一樣品中其它某相的點(diǎn)陣常數(shù)，改變PDF卡片列表中的物相名稱，重復(fù)上面的步驟即可。 如果測(cè)量過程中存在較大的誤差，或者晶體

42、結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，導(dǎo)致晶粒常數(shù)變化非常大，此時(shí)“Refine”按鈕變成灰色不可用，需要先計(jì)算晶體類型（Calc）。問題就變得復(fù)雜了。 這里所說的殘余應(yīng)力也稱為宏觀應(yīng)力。殘余應(yīng)力存在于宏觀的尺度上，它與微觀應(yīng)力相對(duì)應(yīng)。1961年德國(guó)的E.Mchearauch提出了X射線應(yīng)力測(cè)定的sin2法，使應(yīng)力測(cè)定的實(shí)際應(yīng)用向前推進(jìn)了一大步。 X射線衍射法是一種無損性的測(cè)試方法，因此，對(duì)于測(cè)試脆性和不透明材料的殘余應(yīng)力是最常用的方法。它利用X射線為入射束，以晶面間距作為殘余應(yīng)變的度量。 其基本原理是，當(dāng)試樣中存在殘余應(yīng)力時(shí)，晶面間距將發(fā)生變化，發(fā)生布拉格衍射時(shí)，產(chǎn)生的衍射峰也將隨之移動(dòng)，而且移動(dòng)距離的大小與應(yīng)力

43、大小相關(guān)。根據(jù)X射線宏觀殘余應(yīng)力測(cè)試原理，用波長(zhǎng)的X射線，先后數(shù)次以不同的人射角照射到試樣上，測(cè)出相應(yīng)的衍射角，求出對(duì)sin2的斜率M，便可算出應(yīng)力。在使用衍射儀測(cè)量應(yīng)力時(shí)，試樣與探測(cè)器一2關(guān)系聯(lián)動(dòng)，屬于固定法。通常=0、15、30、45測(cè)量數(shù)次，然后作2一sin2的關(guān)系直線，最后按應(yīng)力表達(dá)=K2/sin2= KM求出應(yīng)力值。 當(dāng)=0時(shí)，與常規(guī)使用衍射儀的方法一樣，將探測(cè)器放在理論算出的衍射角2處，此時(shí)入射線及衍射線相對(duì)于樣品表面法線呈對(duì)稱放射配置。然后使試樣與探測(cè)器按一2聯(lián)動(dòng)。在2處附近掃描得出指定的HKL衍射線的圖譜。 當(dāng)0時(shí)，將衍射儀測(cè)角臺(tái)的一2聯(lián)動(dòng)分開。使樣品順時(shí)針轉(zhuǎn)過一個(gè)規(guī)定的角后，

44、使探測(cè)器仍處于0。然后聯(lián)上一2聯(lián)動(dòng)裝置在2處附近進(jìn)行掃描，得出同一條HKL衍射線的圖譜。1 測(cè)量數(shù)據(jù) 2 讀入文件 如果是使用分開保存的方法，應(yīng)同時(shí)讀入各個(gè)文件，如果是一個(gè)文件，讀入文件時(shí)，幾次測(cè)量的衍射線同時(shí)顯示在窗口中。 3 進(jìn)入計(jì)算 選擇菜單“Options-Calculate Stress”命令，彈出如下的對(duì)話框：4 輸入角 在Psi-Angle下面的各行單擊，稍等一會(huì)，就出現(xiàn)一個(gè)輸入框，在每行都輸入相應(yīng)的角。 5 曲線擬合 單擊“Fit One”或“Fit All”就可以擬合單條曲線或擬合所有的衍射線。 6 參數(shù)設(shè)置 （1）拋物線擬合 拋物線擬合方法（Parabolic Fit）是一

45、個(gè)選擇框，如果你選擇了該項(xiàng)，Jade以拋物線方法來確定峰位，拋物線擬合的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)你要給定。 當(dāng)衍射峰寬化嚴(yán)重而且沒落于背底的情況下，拋物線擬合方法是較好的選擇。 （2）選擇正確的峰 在掃描范圍內(nèi)如果只有一個(gè)單峰，你單擊“Fit All”按鈕就能擬合全部的測(cè)量數(shù)據(jù)，但是，如果在掃描范圍內(nèi)有多個(gè)峰存在，你就要用光標(biāo)來確定選擇哪個(gè)峰作為計(jì)算應(yīng)力的峰。7 結(jié)果的打印、復(fù)制和保存 Print打印結(jié)果。 Ctrl+Print打印結(jié)果同時(shí)打印擬合圖 Copy擬合圖發(fā)送到剪貼板 Copy（右擊）擬合數(shù)據(jù)列表發(fā)送到剪貼板 Save以圖形文件(*.wmf) 格式保存結(jié)果圖像 Save（右擊）以文本文件(*.ksi)格式保存結(jié)果其它問題 Jade 5不能計(jì)算殘余應(yīng)力，也沒有多譜擬合功能。 Jade允許在在窗口中同時(shí)顯示多個(gè)圖譜，這樣便于同系列樣品的結(jié)果比較。打開文件：鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊 ，打開文件讀入對(duì)話框。 一次讀入多個(gè)文件：按住Shift或Ctrl有選擇性地選擇要同時(shí)顯示的文件，然后再單擊“Read”按鈕，被選中的文件同時(shí)在窗口中重疊地顯示出來。圖譜分離：?jiǎn)螕舸翱谟蚁陆?/p>