纳米材料和纳米结构第十一讲-XRD-2_精品文档.ppt
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X射线衍射实验方法各种扫描模式与应用11/2/20221物相定量分析Ewald球与实验方法2Debye照相法现已很少用3X射线仪的基本组成|1.X射线发生器；|2.衍射测角仪；|3.辐射探测器；|4.测量电路；|5.控制操作和运行软件的电子计算机系统。
45衍射仪基本结构方框图678910高分辨衍射仪高分辨衍射仪（D8-Discovre型，型，Bruker公司公司1999年产品）年产品）11测角仪简介|测角仪是X射线的核心组成部分|试样台位于测角仪中心，试样台的中心轴ON与测角仪的中心轴（垂直图面）O垂直。
|试样台既可以绕测角仪中心轴转动，又可以绕自身中心轴转动。
12测角仪说明113测角仪说明2141516171819测角仪的光路布置|测角仪要求与射线管的线焦斑联接使用，线焦斑的长边与测角仪中心轴平行。
|采用狭缝光阑和梭拉光阑组成的联合光阑。
20测测角角仪仪的的光光路路布布置置说说明明1121测测角角仪仪的的光光路路布布置置说说明明2222单色器123单色器224aa对对称称BraBragggg反反射射（bb=a=aq;q;q（q）q（q）/2q/2q）bb不不对对称称BraBragggg反反射射准准聚聚焦焦几几何何（bbaa）被测晶平面与试样表面的夹角Y=q-a25262728类型名称扫描模式符号特性1对称偶合非对称CBDMCBD，TMCBDSTD，TSTDADA，TADAb=aq;q（q）/2qbaq;q（qw0）/2qbaq;q（a0）/2qbaq;qk（a）/2qk1222II非对称偶合非对称非偶MCBD，TMCDDSTD，TSTDADA，TADAq（qw0）/2qbaq;q（a0）/2qbaq;qk（a）/2qk222III表面反射透过反射CBD，MCBD，STD，ADATMCBD，TSTD，TADA00a2q2qa1800-q各种扫描模式及其特性一览表各种扫描模式及其特性一览表CommonBraggDiffraction,Match,TransmissionSampleTiltingDiffraction,AngularDispersionAnalysis29偶合扫描模式有对称和非对称之分，这里对称与否是指入射线和反射线相对于试样表面而言的，而对晶面来说都是对称的这是布拉格定律所规定的有七种不同的扫描模式，它们之间有共性也有特性从表中看出，对称模式只有一种“CBD”，该模式同时具有对称、偶合及表面反射三者的特征，因而它出现在I及III中，其它六种都是非对称偶合或非对称非偶合扫描模式3031STD模式覆盖了现有的许多非偶合衍射设备，如薄膜分析用：
1、GAD（glancingangleX-raydiffractometry）:
这是一种掠角入射技术，其入射角a处于0.610之间，所以穿透深度很浅：
t=0.13a/m2、TFD（thinfilmdiffractometry）:
这是一种平行光入射技术，其入射角a处于1100之间，当a小时，X射线穿透深度也浅3、S-B（Seemann-Bohlindiffractometry）,早期的非偶合薄膜分析设备，36度，胶片记录。
32因素可调节的各因子以提高强度1、仪器特性2、试样性质3、制样及实验条件4、衍射几何因子IARmI，A，rV,K影响衍射线强度的各种因素33小结Bragg方程方位角方程强度方程扫描模式34衍射分析应用|基于衍射位置的应用点阵参数的精确测定，膨胀系数的测定；第一类（即宏观残余）应力的测定；由点阵参数测定相平衡图中的相界；晶体取向的测定；固溶体类型的测定，固溶体组分的测定；多晶材料中层错几率的测定；点缺陷引起的Bragg峰的漂移。
35衍射分析应用|基于衍射强度测量的应用
（1）物相的定量分析，结晶度的测定
（2）平衡相图的相界的测定；（3）第三类应力的测定；（4）有序固溶体长程有序度的测定；（5）多晶体材料中晶粒择优取向的极图、反极图和三维取向分布的测定；（6）薄膜厚度的测定。
36衍射分析应用|基于衍射线型分析的应用
（1）多晶材料中位错密度的测定，层错能的测定，晶体缺陷的研究；
（2）第二类（微观残余）应力的测定；（3）晶粒大小和微应变的测定；37衍射分析应用|基于衍射位置和强度的测定
（1）物相的定性分析
（2）相消失法测定相平衡图中的相界;（3）晶体（相）结构,磁结构,表面结构,界面结构的研究38衍射分析应用|同时基于衍射位置、强度和线型的Rietveld多晶结构测定需输入原子参数（晶胞中各原子的坐标、占位几率和湿度因子）、点阵参数、波长、偏正因子、吸收系数、择优取向参数等。
39X射线物相分析11/2/202240物相定量分析41X射线物相分析|利用X射线衍射的方法对试样中由各种元素形成的具有确定结构的化合物（物相），进行定性和定量分析。
|X射线物相分析给出的结果，不是试样的化学成分，而是由各种元素组成的具有固定结构的物相。
42定性相分析|1.基本原理|2.PDF卡片|3.PDF卡片索引|4.分析方法|5.计算机自动检索43基本原理|任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有的衍射花样。
每一种晶体物质和它的衍射花样都是一一对应的。
多相试样的衍射花样是由它所含物质的衍射花样机械叠加而成。
|定性相分析的判据。
44定性相分析的判据|通常用d（晶面间距表征衍射线位置）和I（衍射线相对强度）的数据代表衍射花样。
用d-I数据作为定性相分析的基本判据。
|定性相分析方法是将由试样测得的d-I数据组与已知结构物质的标准d-I数据组（PDF卡片）卡片）进行对比，以鉴定出试样中存在的物相。
45PDF卡片|1.PDF卡片简介；|2.PDF试样图；|3.PDF试样结构图；|4.PDF卡片内容。
46PDF卡片简介|J.D.Hanawalt等人于1938年首先发起，以d-I数据组代替衍射花样，制备衍射数据卡片的工作。
|1942年“美国材料试验协会（ASTM）”出版约1300张衍射数据卡片（ASTM卡片）。
|1969年成立了“粉末衍射标准联合委员会”，由它负责编辑和出版粉末衍射卡片，称为PDF卡片。
|现在由ICDD（InternationalCenterforDiffractionData）,PDF-1:
d,IPDF-2:
cardPDF-3:
pattern47PDF卡片48PDF卡片49PDF卡片的内容
（1）|
（1）1a、1b、1c,三个位置上的数据是衍射花样中前反射区（20.75和I2/I10.75和I2/I10.75的相，以d1d2，d1d3和d2d3的编排顺序出现三次。
60Hanawalt索引说明（四）|1982年版本又作了进一步改进，它的编排规则为：
|
（1）所有的相最少都以的编排顺序出现一次；|
（2）对I2/I10.75和I3/I10.75的相，以d1d2和d1d3的编排顺序出现二次；|（3）对I3/I10.75和I4/I10.75的相，以d1d2，d2d1和d3d1的编排顺序出现三次；|（4）对I4/I10.75的相，以d1d2，d2d1，d3d1和d4d1的编排顺序出现四次；61无机相字母索引|这种索引是按照物相英文名称的第一个字母为顺序编排条目。
每个条目占一横行。
物相的英文名称写在最前面，其后，依次排列着化学式，三强线的d值和相对强度，卡片编号，最后是参比强度（I/Ic）。
62分析方法|定性相分析一般要经过以下步骤：
|
（1）获得衍射花样：
可以用德拜照相法，透射聚焦照相法和衍射仪法。
|
（2）计算面间距d值和测定相对强度I/I1值（I1为最强线的强度）：
定性相分析以290的衍射线为主要依据。
|（3）检索PDF卡片：
人工检索或计算机检索。
|（4）最后判定：
判定唯一准确的PDF卡片。
63计算机自动检索|计算机自动检索主要由建立数据文件库和检索匹配两部分组成。
|1.建立检索匹配|2.数据文件库646566物相定量分析|SYC67简介|概述|基本原理|物相定量分析方法|分析实例物相定量分析681、概述|1概述1936年，矿粉中石英含量的X射线定量分析，1945年，弗里德曼发明衍射仪后，48年由亚力山大完成内标法；科恩等：
直接比较法1974年，F.H.ChungK值法，基体清洗法，绝热法，无标样法692、基本原理Vj为j相参加衍射的体积，C、Kj分别代表与待测量无关的物理量强度因子。
70含量通常用体积百分数vj或重量百分数wj，单位体积内Vj与vj、wj之间的关系，713、方法物相定量分析的具体方法有:
|单线条法|外标法|内标法|K值法和绝热法|直接比较法|联立方程法72|外标法73内标法|是在被测的粉末样品中加入一种恒定的标准物质制成复合试样。
标样：
常用Al2O3,SiO2,最好NiO被测试样含n相，测A相，掺内标物质S被测样wA,复合样wA,S在复合样wS,wA=wA/（1-wS）74内标法75K值法（基体冲洗法）|在待测样中加入一种标准物质I测/I标W测|K值法是在内标法的基础上发展起来的，主要差别在于对比例常数K值的处理上不同。
761基本计算公式设待测试样中含有几个相，要测j相的含量，含量为Wj，掺入的内标物质为S，加入量为Ws，复合样中，只与两相的密度和衍射角有关，与相的含量无关，是一个常数，要求得先求参比强度值。
7778K值法2实验步骤
（1）测定值。
制备WjWs=11的两相混合样。
（Ij、Is各选一个或2个合适的衍射峰）
（2）制备待测相的复合样：
掺入与相同的内标物质，含量可不同。
（3）测量复合样。
精确测量Ij、Is，所选峰及条件与同。
（4）通过求待测相含量。
求得793测算实例试样：
由莫莱石（M），石英（Q）和方解石（C）三个相组成内标物质：
刚玉（A），向待测试样中的参入量为Ws=0.69各待测相的复合样中各峰的强度，IM（120+210）=922，IC（101）=6660，IA（113）=482980计算公式：
计算结果：
81绝热法|绝热法，就是在定量相分析时不与系统以外发生关系。
用试样中的某一个相作标准物质。
|特点：
（1）不需要向试样中掺入内标物质，减少实测工作麻烦；
（2）既适用于粉末试样，也适用于整体试样；（3）不能测定含未知相的多相混合试样。
82此法不需向待测试样中掺入内标物质，是以两相的衍射强度比为基础，强度参此量通过理论计算。
适用于淬火钢中残余奥氏体的测定和其它种同类异型转变。
1基本计算公式如待测试样中含有n个相，它的体积分数为Vj，各相含量的总和等于1（6）可写出n个强度方程直接对比法83用其中的某一个方程去除其余方程可得n-1个方程（7）或（8）代入（7）84将实验得到的Ii和计算得到的Ki代入（8）求得Vi，利用求得Wj在淬火钢中，只含与体积相（相）和奥氏体相（相），且，简化（9）若有碳化物相，这时（10）852实验步骤
（1）Ki因子的计算a单胞体积：
求关时常数求V0，Vr（面心立方）=a3b结构因子的计算：
f查表）c多重性因子P，奥氏体200为6d角因子e温度因子，M由德祥温度计算，有表可查
（2）衍射峰的积分强度测量a衍射峰对的选择（邻近、强度接近）b辐射的选择：
消除荧光，提高峰背比Cu+单色器，或Co靶，Fe靶c测量参数：
步进扫描，扫描速度为0.25/min（3）残余实氏体含量的计算将计算的和测量的代入863测算实例试样GCr15钢样，1050油淬测试条件：
Co，K辐射；40KV，30mA，Fe滤波，0.25/min测量结果：
两相（211）峰强度为45924，（311）r为14797Ki值的计算：
含量计算：
874、应注意问题1探测极限2足够的尽累积计算3试样制备，过筛、粒度，取向88
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