材料分析测试 第六章 X射线衍射方法.

3
1.成像原理与衍射花样特征
背反射区 前反射区
成像原理： 厄瓦尔德图解
（HKL）衍射圆锥
衍射弧对
德拜法的衍射花样
针孔法的衍射花样：同心的衍射圆环。
4
德拜法的衍射花样(弧对)
针孔法的衍射花样（同心圆）
5
2. 实验技术
（1） 德拜相机
常用相机内直径（D）:57.3mm，底片上每mm长度对应2圆心角。 114.6mm，底片上每mm长度对应1圆心角。 其它直径行不行?
第六章 X射线衍射方法
第一节 多晶体衍射方法 一、（粉末）照相法 二、 衍射仪法 第二节 单晶体衍射方法
西南科技大学 张宝述
1
照相法
多晶体衍射方法 衍射仪法
德拜法（德拜-谢乐法） 聚焦法 针孔法
单晶体衍射方法
劳埃（Laue）法 周转晶体法 四圆衍射仪
2
第一节 多晶体衍射方法
一、（粉末）照相法 光源： X射线管产生的单色光（特征X射线，一般为K射 线） 样品：圆柱形 记录：底片（感光胶片）。 德拜（Debye）法：用其轴线与样品轴线重合的圆柱形底片 记录。 针孔法：用平板底片记录。 德拜法照相装置称为德拜相机
•入射线波长对衍射线条多少的影响 布拉格方程：
Cr Fe Co Cu Cu(Ave) Mo
0.228970 0.193604 0.178897 0.154056 0.154184 0.070930
2d HKL sin
0 ≤ ≤90，0≤ sin≤1 sin(0 )=0，sin(30 )=0.5，sin(90 )=1 越小，d值越大 因此，dHKL ≥ /2的晶面才可能产生衍射。
2 L 180 2 L 90 4R S
2 L 180 2 L 90 4R S
2<90
=90-，2>90
16
测量
2倍于此长
因底片开口，无法直接测量的弧段
在冲洗干燥后的底片上通过测量得到S。
不对称装片法
一般将底片置于内有照明光源的底片测量箱毛玻璃上，通过 游标卡尺测量获得2L及S值。 若需精确测量时，则使用精密比长仪。
（4）选靶与滤波
选靶：指选择X射线管阳极（靶）所用材料。常用的有Cu、Fe、Co等靶。
基本要求：靶材产生的特征X射线（常用K射线）尽可能 少地激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样背底，使图像 清晰。
当 K靶远长于 K样 或 K靶远短于 K样时 可避免荧光辐射的产生。 当 K靶稍长于 K样 （ K靶＜ K样＜ K靶）时 K射线也不会激发样品的荧光 辐射
13
（6）衍射花样的测量和计算

测量底片上衍射线条的相对位置，计算角，确定各衍 射线条的相对强度。
前反射区（2<90）衍射弧 若用角度表示 对，有 2L＝R· 4 57.3 式中：R——相机半径； 2 L 4R 2L——衍射弧对间距。 为弧度
衍射弧对与角的关系
背反射区（2>90），有 2L＝R· 4（为弧度）， ＝90－

筛目：每平方英寸的筛孔数。有国际标准、泰勒标准等。
1英寸=2.54cm
7
（3）底片的安装
根据底片圆孔位置和开口所在位置不同，安装方法分为3种。
正装法
常用于物相分析
反装法 常用于测定点阵常数
偏装法 或不对称安装法 适用于点阵常数的精确测定等 可校正由于底片收缩及相机半径不准确等因素产生的测量误差
8
17
（7）德拜相机的分辨wk.baidu.com领
分辨率() ：描述相机分辨底片上相距最近衍射线条的本领。
L

L d / d
当两晶面间距差值d一定时，值大则意味着底 片上两晶面相应衍射线条距离(位置差)L大，即 两线条容易分辨。
L——晶面间距变化值为d/d时，衍射线条的位置变化。
将布拉格方程写为sin＝/(2d)的 形式，对其微分并整理，有 对2L＝R· 4微分 因此
K 靶 K滤 K 靶
当Z靶＜40时，Z滤＝Z靶-1
当Z靶＞40时，Z滤＝Z靶-2 靶不同，应选择不同的滤波（光）片。
12
（5）摄照参数的选择 X射线管电压（简称“管压”）：通常为阳极（靶材）激发 电压(kV)的3~5倍，此时特征谱对连续谱强度比最大。 管电流（简称“管流”）：管电流较大可缩短摄照时间， 但以不超过管额定功率为限。 摄照（曝光）时间：摄照时间的影响因素很多，一般在具 体实验条件下通过试照确定。 德拜法常用摄照时间以h计。
质量吸收系效（m）与波长（）关系示意图
9
K——K吸收限
Z靶 ＜ Z样 时
Z靶=Z样+1时
Z靶>>Z样时
K靶＞ K样

K 靶＜ K样＜ K靶
K靶<< K样
按样品的化学成分选靶
当样品中含有多种元素时，一般按含量较多的几种元素中Z最小的元素选靶。
10
K (nm)
选靶时还需考虑其它因素：
57 .3 2L 4R
14
当相机直径2R＝57.3mm时，有
2L 2 2 L 2

2<90

=90-，2>90
弧对长度（2L）的一半。
15
值的误差来源及校正
值受相机半径误差和底片收缩误差等的影响。
采用冲洗干燥后的底片周长S （＝2R）替换R，并用不对称装片法测 量S值，即可校正底片收缩误差和相机半径误差对值的影响。
胶片紧贴内壁
德拜相机构造示意图
6
（2） 德拜法的样品制备
粉碎（韧性材料用挫刀挫）、研磨——过筛（250-325 目）——粘接为细圆柱状 样品大小：直径0.2~0.8mm左右），长度约为10~15mm。 注意： （1）经研磨后的韧性材料粉末应在真空或保护气氛下退火， 以清除加工应力。 （2）研磨时，不能用力过度，以免破坏样品的结构。
由此可知，越长则可能产生的衍射线条越少。 •通过波长的选择可调整衍射线条出现的位置等 靶不同，同一干涉指数（HKL）晶面的衍射线出现的位置不同（ ）。
11
滤波——滤波片的选择
K系特征辐射包括K与K射线，因二者波长不同，将使样品产生两套 方位不同的衍射花样，使衍射分析工作复杂化。 在X射线源与样品间放置薄片（称为滤波片）以吸收K射线，从而保 证K射线的纯度，称为滤波。 依据m与的关系选择滤波片材料。