多晶體分析方法課件.ppt

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1、第四章多晶體衍射分析方法1引言前面討論了：X射線產(chǎn)生、X射線在晶體中衍射基本原理；本章將介紹：X射線衍射基本實(shí)驗(yàn)方法和裝置。多晶體衍射方法（粉末法）：早期稱為粉末照相法。它是由德國(guó)的德拜（Debye）和謝樂(lè)（Scherrer）于1916年提出的，故也稱德拜-謝樂(lè)照相法。此法最為方便，可提供晶體結(jié)構(gòu)的大多數(shù)信息。粉末法：以單色X射線照射粉末樣為基礎(chǔ)的?！皢紊保篨射線中強(qiáng)度最高的K系X射線；“粉末”：可為粉末或多晶體試樣。粉末法可分為：照相法和衍射儀法。2粉末照相法照相法：以單色X光照射粉末多晶體，使之發(fā)生衍射，用照相底片

2、記錄衍射花樣的方法。故又稱粉末照相法。照相法：可用非粉末塊、板或絲狀樣品。粉末照相法分類：由試樣和底片相對(duì)位置不同，可分三種：（1）德拜-謝樂(lè)法(Debye-Scherrermethod)底片位于相機(jī)圓筒內(nèi)表面，試樣位于中心軸上；（2）聚焦照相法(focusingmethod)底片、試樣、X射線源均位于圓周上；（3）針孔法(Pinholemethod)平板底片與X光束垂直放置，試樣居二者之間位置。3第一節(jié)德拜-謝樂(lè)法（Debye-Scherrermethod）4粉末衍射法成像原理粉末衍射法成像原理：X射線照射粉末樣品，總

3、會(huì)有足夠多晶粒的某（hkl）晶面滿足布拉格方程；則在與入射線呈2θ角方向產(chǎn)生衍射，形成以4θ頂角的衍射圓錐，稱（hkl）衍射圓錐。衍射線空間分布及德拜法成像原理5衍射法成像原理與衍射花樣特征（2）衍射束：均在衍射圓錐面上；衍射圓錐：以入射束為軸，各衍射圓錐是特定晶面的反射。等同晶面：衍射圓錐重疊（2θ相同）。圖4-1衍射線空間分布及德拜法成像原理6一、德拜－謝樂(lè)法原理德拜－謝樂(lè)法衍射原理：用細(xì)長(zhǎng)的底片圍成圓筒，細(xì)棒狀試樣位于圓筒的軸心，X射線與圓筒軸相垂直入射到試樣上，各衍射圓錐的母線與底片相交成一系列弧對(duì)。71.德拜相

4、機(jī)（1）德拜相機(jī)：按上圖衍射幾何設(shè)計(jì)的。德拜相機(jī)外觀為圓筒形的暗盒。直徑為57.3mm或114.6mm圖4-2德拜相機(jī)的外觀圖4-1德拜法成相原理圖81.德拜相機(jī)（2）德拜相機(jī)：由帶蓋子不透光金屬筒形外殼、試樣架、光闌和承光管等組成。底片緊附在相機(jī)盒內(nèi)壁。德拜相機(jī)剖面示意圖承光管作用：監(jiān)視入射線和試樣相對(duì)位置，且透射X射線經(jīng)一層黑紙和熒光屏被鉛吸收，保護(hù)操作者安全。光闌作用：限制入射線不平行度；固定入射線尺寸和位置，也稱為準(zhǔn)直管。91.德拜相機(jī)（3）為簡(jiǎn)化計(jì)算，德拜相機(jī)直徑：Φ57.3mm或Φ114.6mm。1.若相機(jī)直

5、徑＝Φ57.3mm，圓周長(zhǎng)為180mm，圓心角為360o，故底片上每1mm對(duì)應(yīng)2o圓心角；2.若相機(jī)直徑＝114.6mm，底片上每1mm對(duì)應(yīng)1o圓心角。102.德拜像由德拜相機(jī)拍攝的照片叫德拜像，將底片張開(kāi)可得：圖4-1b)德拜法攝照德拜像照片（熱801班同學(xué)實(shí)驗(yàn)拍攝）純鋁多晶體經(jīng)退火處理后的德拜法攝照照片113.德拜像特征（1）1.德拜像花樣：在2θ＝90o時(shí)為直線，其余角度下均為曲線且對(duì)稱分布，即一系列衍射弧對(duì)。2.每一弧對(duì)對(duì)應(yīng)某一晶面（干涉面）衍射結(jié)果，可用相應(yīng)晶面指數(shù)（hkl）（干涉指數(shù)HKL）標(biāo)記。德拜法攝照示

6、意圖2θ＝90o每一弧對(duì)對(duì)應(yīng)某一hkl晶面123.德拜像特征（2）3.測(cè)量各衍射弧對(duì)間距，可算出各衍射相應(yīng)衍射角θ，4.由布拉格方程2dsinθ=λ，算出該反射晶面間距dhkl。5.各衍射弧對(duì)對(duì)應(yīng)的d值，得d值序列：d1、d2、d3…等。就可確定物相組成、點(diǎn)陣類型、晶胞尺寸等重要的問(wèn)題。13二、實(shí)驗(yàn)方法1．試樣的制備圓柱試樣：粉末集合體或多晶體細(xì)捧。Φ0.5mm×10mm。塊狀金屬或合金：用銼刀挫成粉末，但內(nèi)應(yīng)力大，會(huì)導(dǎo)致衍射線變寬，不利于分析，故須在真空退火。脆性樣：先打碎－研磨－過(guò)篩，約250～325目（微米級(jí)）。粉

7、末顆粒過(guò)大：參加衍射晶粒數(shù)減少，使衍射線條不連續(xù)，粉末顆粒過(guò)細(xì)：會(huì)使衍射線條變寬，不利于衍射分析。兩相以上合金粉末：須反復(fù)過(guò)篩粉碎，讓全部粉末通過(guò)篩孔，混合均勻，不能只選取細(xì)粉，而將粗粉丟掉。141．試樣的制備合金中微量相：用電解法萃取、分離，得粉末經(jīng)清洗和真空干燥后，再制成圓柱試樣。制備圓柱試樣的方法很多:1.用涂有粘結(jié)劑的細(xì)玻璃絲，粘附粉末，做成圓柱試樣。2.將粉末填充入賽璐珞毛細(xì)膠管中，制成圓柱試樣。3.用膠水調(diào)好粉末，填入膠管，用金屬細(xì)絲將其推出2～3mm長(zhǎng)，作為攝照試樣，余下部分作支承柱，以便安裝。4.金屬細(xì)棒

8、：可直接做試樣。但因拉絲時(shí)產(chǎn)生擇優(yōu)取向，因此，衍射線條往往是不連續(xù)的。152．底片安裝（1）安裝方式：由底片開(kāi)口處位置不同，可分為：1）正裝法：X射線從底片接口處入射，照射試樣后從中心孔穿出。優(yōu)點(diǎn)：低角線接近中心孔，高角線則靠近端部。高角線：分辨本領(lǐng)高，有時(shí)能將Kα雙線分開(kāi)。正裝法幾何關(guān)系和計(jì)算較簡(jiǎn)單，常用于物相分析