X-射線衍射分析-總結(jié)課件

1、1第一篇：X-射線衍射分析-總結(jié) 緒 論 課程的總體要求 第一章 X射線物理學基礎(chǔ) 第二章 X射線衍射方向 第三章 X射線衍射強度 第四章 多晶體分析方法 第五章 物相分析及點陣參數(shù)精確測定 第六章 宏觀殘余應(yīng)力的測定2緒論：X-射線衍射分析總體要求特點：以分析儀器和實驗技術(shù)為基礎(chǔ)內(nèi)容：衍射儀結(jié)構(gòu)與工作原理、分析方法及其應(yīng)用。 (1)布拉格方程、衍射矢量方程、埃瓦爾德圖解、勞埃方程 (2)材料物相定性分析（掌握PDF卡數(shù)據(jù)庫檢索) (3)定量分析 (K值法, q值法) (4)點陣參數(shù)精確測定、超細晶粒測定 (5)殘余應(yīng)力測定方法 (=0, =45方位，測衍射角) 意義：通過材料物相分析(結(jié)構(gòu)分

2、析)，理解材料組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，即組織是性能的內(nèi)在根據(jù)，性能是組織的對外表現(xiàn)；要求：（1）掌握X射線衍射儀、德拜相機的結(jié)構(gòu)和工作原理；（2）掌握常用的實驗分析方法（認真看教材292頁實驗二）；（3）能正確選用合適的分析方法解決實際工作中的問題。3第一章 X射線物理學基礎(chǔ)X射線：波粒二相性，穿透性， E = h = hc/；折射系數(shù)接近1, 不產(chǎn)生折射； 衍射分析用波長：=0.52.5, (Cuk=1.54 居中)；X射線產(chǎn)生：X-射線管(陰極鎢燈絲,陽極靶)，高壓發(fā)生器，冷卻水。連續(xù)X射線譜：波長最小值，0= 12.4 /U (nm), I連 = K1iZU2 ;特征X射線譜：莫塞來定律，

3、 X射線衰減規(guī)律：吸收限(K)：K層電子移到無窮遠所做的功，是特征量；濾波片(吸收限的應(yīng)用):當 Z靶 40 時, Z濾 = Z靶 1; 當 Z靶 40 時, Z濾 = Z靶 - 2同一元素：K ; 吸收限波長發(fā)射線波長。光電效應(yīng)：光子擊出電子的現(xiàn)象；熒光效應(yīng)：X射線激發(fā)產(chǎn)生特征輻射。物質(zhì)的元素成分分析;俄歇效應(yīng)：一個L層電子K層，另一個L層得能量逸出現(xiàn)象。表面輕元素分析;相干散射與入射波與散射波波長相同，不相干散射則入射散射波波長不同。吸收限4 X射線穿過物質(zhì)時，X射線與物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的相互作用，即物質(zhì)對X射線的吸收、散射；入射X射線對樣品原子的電離，及隨后的熒光效應(yīng)和俄歇效應(yīng)等；X射線與物質(zhì)

4、的相互作用入射X射線X射線與物質(zhì)的相互作用5第二章 X射線衍射方向本章主要內(nèi)容第一節(jié) X射線晶體學簡介第二節(jié) 布拉格方程第三節(jié) X射線衍射法7第一節(jié) X射線晶體學-倒易點陣1)倒易點陣定義(a*,b*,c*):以長度倒數(shù)為量綱與正點陣按一定法則對應(yīng)的虛擬點陣 (方向) a* / b x c b* / c x a c* / a x b (大小) a*a=1， b*b=1， c*c=1； 2)倒易點陣性質(zhì)：與晶體的衍射現(xiàn)象相關(guān)，描述衍射強度的分布規(guī)律。 a*=(bc)/V，b*=(ca)/V，c*= (ab)/V 注1：把性質(zhì)作為定義（換位），有何異同？如何推導？（如何推導出另一個性質(zhì)呢？分別點積

5、晶軸，a，b，c）注2：正、倒易點陣陣胞體積，互為倒易；v*=1/v；v=1/v*單晶體倒易點陣：由三維空間規(guī)則排列的倒易陣點所構(gòu)成，它與相應(yīng)正點陣屬于相同晶系；多晶體倒易球面：由一系列以O(shè)*為球心的不同半徑1/d hkl (r*hkl)的同心球面而構(gòu)成；3)倒易矢量性質(zhì):r*=ha*+kb*+lc* ; r*(hkl), |r*|=1/dhkl4)晶帶軸，晶帶概念；晶帶定律 (rr*=0): hu+kv+lw=085)倒易點陣畫法: (1)計算倒易點陣基矢,(2)矢量加法確定所有的倒易陣點。 零層倒易面畫法(uvw)*0: (1) 計算晶帶的各倒矢量,(2)計算兩個最小倒矢量的夾角，(3)該

6、兩個倒矢量為基矢，做平行四邊形法則，去掉FHKL=0的倒易點(矢量)6) 寫出6個FCC晶體的11-1晶帶，并畫出(11-1)*0倒易面的倒易陣點分布。8)晶面夾角公式：（或晶向間夾角）7) 晶面間距公式: 1/ dHKL2 = r*HKL r*HKL= (Ha*+Kb*+Lc*) (Ha*+Kb*+Lc*) 第一節(jié) X射線晶體學-倒易點陣第三章：X射線衍射強度本章主要內(nèi)容第一節(jié) 多晶體衍射圖相的形成第二節(jié) 單位晶胞對X射線的散射與結(jié)構(gòu)因數(shù)第三節(jié) 洛倫茲因數(shù)第四節(jié) 影響衍射強度的其他因數(shù)第五節(jié) 多晶體衍射的積分強度公式結(jié)構(gòu)因子：復(fù)雜點陣單胞的散射波振幅為單胞中所有原子散射波的合成振幅系統(tǒng)消光：

7、衍射線相互干涉，某些方向強度加強，某些方向強度減弱或消失X射線衍射強度-結(jié)構(gòu)因數(shù)取單胞坐標原點O (0, 0, 0); 單胞中任一原子 坐標A : (xj, yj, zj );則矢量OA = rj = xja + yjb + zjc 式中，a、b、 c為點陣基矢。MNAOS0rjSS0S(HKL)abcA與O原子間散射波的波程差: j = OM - AN = OAcos OAcos = rj S rj S0 = rj (S S0)又(S S0)/ = r*HKL j = rj r*HKL 位相差為，j =j/=2(Hxj +Kyj +Lzj )結(jié)構(gòu)因數(shù)公式總結(jié)：四種基本點陣的消光規(guī)律X射線衍射

8、方法多晶體衍射方法衍射儀法粉末照相法德拜法聚焦法單晶體衍射方法勞埃法透射勞埃法四園衍射儀法周轉(zhuǎn)晶體法背射勞埃法針孔法15一、德拜花樣的愛瓦爾德圖解：多晶體倒易陣點分別落在以倒易原點O*為球心、倒易矢量長度為半徑的一系列同心球面上，稱這些球為倒易球。反射球與倒易球截成一系列圓環(huán)，反射球心連接該圓環(huán)形成一系列衍射圓錐。粉末法的厄瓦爾德圖解 第一節(jié) 德拜-謝樂法2LABDCR2L2222R 相機半徑；2L, 2L 弧對間距, 弧度 RL43.572=q前反射區(qū)(2 90) = 90- X-射線膠片2德拜相機(左)和勞埃相機(右)X-射線衍射儀X射線相機與X射線衍射儀德拜相機勞埃相機X射線相機-勞埃相

9、機(單晶)與德拜相機(多晶)19 當試樣和計數(shù)管連續(xù)轉(zhuǎn)動時，衍射儀將自動繪出衍射強度I2 的變化曲線(稱衍射圖). X射線衍射譜衍射強度(cps): e-2M2l2l第五章 物相分析及點陣參數(shù)精確測定本章主要內(nèi)容第一節(jié) 定性分析第二節(jié) 定量分析第三節(jié) 點陣參數(shù)的精確測定第四節(jié) 非晶態(tài)物質(zhì)及其晶化過程 的X射線衍射分析(自學） 物相分析物相定性分析物相定量分析單一物相的鑒定混合物相的鑒定晶體結(jié)構(gòu)分析晶胞參數(shù)測定空間群的測定等效點系的測定晶體定向非晶體結(jié)構(gòu)分析晶體粒度測定宏觀應(yīng)力分析物相分析第一節(jié) 定性分析基本原理：多晶體物質(zhì)衍射線條數(shù),位置及強度，是該種物質(zhì)的特征，是鑒別物相的標志基本方法：測試

10、樣的d-I數(shù)據(jù)組與PDF卡片(標準d-I數(shù)據(jù)組)進行對比鑒定出試樣中存在的物相。PDF卡47組67000個有機無機礦物數(shù)值索引(三強線面間距):(1) 計算dI/I1列表(2)考慮誤差d1,d2,d3 0.02, (3) 輸入d1,d2,d3上下限檢索PDF(4) 先單相分析,不成功則多相分析 逐步排除、重組、檢索PDF庫。(5)最后判定存在jian的物相。10注：d值比相對強度重要，低角區(qū)比高角度區(qū)重要，強線比弱線重要24點陣參數(shù)：測定某晶面的掠射角，布拉格公式計算求得； 點陣參數(shù)的精確測定誤差的來源： 精確測定有效數(shù)字可達七位，認為沒有誤差；干涉面指數(shù)HKL整數(shù)，不存在誤差。點陣參數(shù)a的精

11、度取決于sin 的精度，即測量的衍射角2的精度。X射線衍射儀法誤差2約為0.02，照相法較低0.1sin 隨 的變化高角所得的sin 要更精確，當 趨近90時，誤差將趨于零布拉格公式微分： a/a =d/d = - ctg 圖解外推法1： 的函數(shù)f()=cos2 為橫坐標, a為縱坐標作一直線,與縱坐標( =90)的交點,精確的點陣參數(shù)a0圖解外推法2：尼爾遜函數(shù)法f()為橫坐標，a為縱坐標：最小二乘法:誤差平方和為最小，其直線是最佳直線。縱坐標Y 為點陣參數(shù)值 a；橫坐標X為外推 函數(shù)值 f()； y =a + bx尼爾遜外推函數(shù)f()做橫坐標:a隨cos2的變化25第六章 殘余應(yīng)力的測定本

12、章主要內(nèi)容第一節(jié) 物體內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生與分類第二節(jié) X射線殘余應(yīng)力測定的基本原理第三節(jié) 宏觀應(yīng)力測定方法第四節(jié) X射線宏觀應(yīng)力測定中的一些問題27一、基本原理用X射線衍射法測定殘余應(yīng)力，首先測定應(yīng)變，再借助材料的彈性特征參量確定應(yīng)力;沿方位，某晶面間距d 相對于無應(yīng)力(d0)時的變化， (d - d0)/d0= d /d0 ，反映了由應(yīng)力引起的晶面法線方向的彈性應(yīng)變 = d /d0第二節(jié) X射線宏觀應(yīng)力測定的基本原理應(yīng)力與不同方位同族晶面間距的關(guān)系根據(jù)彈性力學原理,平面應(yīng)力狀態(tài)下，z =0，z =3 sin2 sin2 =E1+E表明在平面應(yīng)力狀態(tài)下， 與sin2 呈線性關(guān)系M =即：平面應(yīng)力狀態(tài)下， 2 隨 sin2 呈線性關(guān)系K28K 稱應(yīng)力常數(shù)，它決定于待測材料的彈性性質(zhì)及所選晶面的衍射角2 - sin2 線性關(guān)系KM =第二節(jié) X射線宏觀應(yīng)力測定的基本原理晶面方位角 的選取：衍射儀法(同傾法)：選取晶面方位角， 或0(兩點法) 0-