材料分析测试 第六章 X射线衍射方法(课堂PPT)
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X射线衍射分析-正式6_PPT课件
ICDD数据库—2003版
• PDF－4数据库 第一版 2002 – 279864套数据，关系数据库 2 DVD’s， 6GB
• PDF－2数据库 第一版 1985 – 157048套数据，文本文件 CD－ROM， 760MB
• 数据书 1－53集 第一版 1957 – 92011套数据，纸版
c. PDF卡片的内容
22nd Int’l. C onf. O n X -ray
4
Analysis – Durham , 2001
(1)1a,1b,1c 三数据为三 条最强衍射 线对应的面 间距 ,1d 为 最 大面间距；
(2)2a,2b,2c, 2d 为 上 述 各 衍射线的相 对强度，其 中最强线的 强度为100；
数字索引有哈那瓦尔特(Hanawalt)索引和芬克 (Fink)索引。
HI是一种按衍射相对强度递减排序的数据索引。 若衍射谱图中衍射峰明锐，谱线较少重叠，即衍射 相对强度数据较可靠，则可使用此索引。
FI是一种连续或分两段按d值大小顺序排列的数 据索引。通常，实测衍射数据是按d值从大到小排 序，所以，用FI索引比较方便。
Ref—参考资料。
六栏：试样来源，制备方 法；化学分析，有时亦注 明升华点（S.P.），分解 温度（D.T.），转变点 （T.P.），摄照温度等。
七栏：物相的化学式和名称。在化学式之后常有一个数 字和大写英文字母的组合说明。数字表示单胞中的原子 数；英文字母表示布拉菲点阵类型。
2.10 X-ray物相分析
字母索引（按化学名称）—已知成分
数值索引（按d值大小）—成分未知
2.10 X-ray物相分析
（3）索引
字母索引
是按照粉末衍射卡片里各物相英文名称的第 一个字母顺序排列。当已知或已估计出物相的 名称时，或已知物相化学式时，可用字母序索 引。
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• PDF－2数据库 第一版 1985 – 157048套数据，文本文件 CD－ROM， 760MB
• 数据书 1－53集 第一版 1957 – 92011套数据，纸版
c. PDF卡片的内容
22nd Int’l. C onf. O n X -ray
4
Analysis – Durham , 2001
(1)1a,1b,1c 三数据为三 条最强衍射 线对应的面 间距 ,1d 为 最 大面间距；
(2)2a,2b,2c, 2d 为 上 述 各 衍射线的相 对强度，其 中最强线的 强度为100；
数字索引有哈那瓦尔特(Hanawalt)索引和芬克 (Fink)索引。
HI是一种按衍射相对强度递减排序的数据索引。 若衍射谱图中衍射峰明锐，谱线较少重叠，即衍射 相对强度数据较可靠，则可使用此索引。
FI是一种连续或分两段按d值大小顺序排列的数 据索引。通常，实测衍射数据是按d值从大到小排 序，所以，用FI索引比较方便。
Ref—参考资料。
六栏：试样来源，制备方 法；化学分析，有时亦注 明升华点（S.P.），分解 温度（D.T.），转变点 （T.P.），摄照温度等。
七栏：物相的化学式和名称。在化学式之后常有一个数 字和大写英文字母的组合说明。数字表示单胞中的原子 数；英文字母表示布拉菲点阵类型。
2.10 X-ray物相分析
字母索引（按化学名称）—已知成分
数值索引（按d值大小）—成分未知
2.10 X-ray物相分析
（3）索引
字母索引
是按照粉末衍射卡片里各物相英文名称的第 一个字母顺序排列。当已知或已估计出物相的 名称时，或已知物相化学式时，可用字母序索 引。
X射线衍射分析方法及应用PPT精选文档
32
区间5：物相的光学及其他物理性质，其中
、n、 — 折射率［n为立方晶系的折射率 ； 、 为四方、三方、六方晶系的平行光轴和 垂直光轴的两个折射率； 、 、 为三斜、单 斜、正交晶系的三个主折射率（a＜ ＜）］ Sign — 光性符号；2V — 光轴角； D — 实测密度；mp — 熔点；Color — 颜色； Ref．— 该区数据来源。
60
XRD的应用之四：纳米材料晶型鉴定
➢TiO2—自然界中最具广泛用途的材料之一，
➢粒度达到纳米级时， TiO2以锐钛矿，板钛矿，
金红石那一种形式存在？
61
例1 利用TiCl4水溶液的控制水解制备锐 钛矿相纳米氧化钛，下图为所制备TiO2 粉体的XRD衍射谱。
19
20
21
1、衍射峰2θ角的测量 测定它们的2θ位置可有多种方法：
A、峰顶法：
B、交点法：
C、中点法：
22
2、衍射强度的测量
绝对强度：由定标器所测得的计数率，单位为cps， 即每秒多少个计数。 相对强度：以最强峰的强度作为100，然后与其他各 个衍射峰进行对比计算。
衍射峰强度的测量方法有各种不同方法：
单色器
焦斑S
接收狭缝F
12
➢由样品D发出的衍射线， ➢通过防散射狭缝L, 第二组梭拉狭缝S2，
➢会聚于接收狭缝F， ➢再经单色器, 进入计数器C。
发散狭缝K 样品D 防散射狭缝L
梭拉狭缝S1
梭拉狭缝S2
计数器C 接收狭缝
单色器
焦斑S
接收狭缝F
13
测角仪圆
样品D 样品台
焦斑S
2
接收狭缝F
计数管 支架
23
A、峰高强度：以减去背景后的峰顶 高度代表整个衍射峰的强度。 在一般的物相定性分析工作中，多采 用峰高强度。
区间5：物相的光学及其他物理性质，其中
、n、 — 折射率［n为立方晶系的折射率 ； 、 为四方、三方、六方晶系的平行光轴和 垂直光轴的两个折射率； 、 、 为三斜、单 斜、正交晶系的三个主折射率（a＜ ＜）］ Sign — 光性符号；2V — 光轴角； D — 实测密度；mp — 熔点；Color — 颜色； Ref．— 该区数据来源。
60
XRD的应用之四：纳米材料晶型鉴定
➢TiO2—自然界中最具广泛用途的材料之一，
➢粒度达到纳米级时， TiO2以锐钛矿，板钛矿，
金红石那一种形式存在？
61
例1 利用TiCl4水溶液的控制水解制备锐 钛矿相纳米氧化钛，下图为所制备TiO2 粉体的XRD衍射谱。
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21
1、衍射峰2θ角的测量 测定它们的2θ位置可有多种方法：
A、峰顶法：
B、交点法：
C、中点法：
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2、衍射强度的测量
绝对强度：由定标器所测得的计数率，单位为cps， 即每秒多少个计数。 相对强度：以最强峰的强度作为100，然后与其他各 个衍射峰进行对比计算。
衍射峰强度的测量方法有各种不同方法：
单色器
焦斑S
接收狭缝F
12
➢由样品D发出的衍射线， ➢通过防散射狭缝L, 第二组梭拉狭缝S2，
➢会聚于接收狭缝F， ➢再经单色器, 进入计数器C。
发散狭缝K 样品D 防散射狭缝L
梭拉狭缝S1
梭拉狭缝S2
计数器C 接收狭缝
单色器
焦斑S
接收狭缝F
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测角仪圆
样品D 样品台
焦斑S
2
接收狭缝F
计数管 支架
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A、峰高强度：以减去背景后的峰顶 高度代表整个衍射峰的强度。 在一般的物相定性分析工作中，多采 用峰高强度。
最新6《材料研究与测试方法》X射线衍射物相分析幻灯片课件
Wi
W i 1Ws
而 Ii CKi
Wi
n1
2i W（ i m）i
i1
Is CKs
Ws
n1
2s Wi(m)i
i1
Ii Is
K Ksi si W WsiKsiW Wsi
K
i s
只与两相的密度和衍射角有关，与相的含量无关，K
i是一个
s
常数，要求
W
i
得先求
9-206 2.08 1.80 1.27
19-35 2.08 1.80 1.27
9-97 2.07 1.80 1.27
相对强度I/I1
100 50
20
100 80
80
100 46
20
100 80
80
100 35
20
100 70
50
表3 4-836卡片Cu的衍射数据
d/Å I/I1 d/Å
I/I1
2.088 100 1.0436 5
编辑出版的手册有： – Hanawalt无机物检索手册； – 有机相检索手册； – 无机相字母索引； – Fink无机索引； – 矿物检索手册等品种。
1.字母索引
排列：以英文名称字母顺序排列 内容：物质化学式、三强线的d值和相对强度I/I1 应用：样品化学成分已知时采用。
2. 数值索引——Hanawalt无机相数值索引
1.22 5
0.83 8
1.08 20
0.81 10
表2 与待测试样三强线d值符合较好的一些物相
物质 待测物质 Cu-Be(2.4%) Cu Cu-Ni Ni3(AlTi)C Ni3Al
卡片号
d/Å
2.09 1.80 1.28
X射线衍射实验方法ppt课件
测量动作：θ－2θ联动
❖位于试样不同部位MNO，处平行于 试样表面的(hkl)晶面可以把各自的反射 线会聚到F点
❖沿测角仪圆移动的计数器只能逐个地 对衍射线进行测量。
❖衍射仪应使试样与计数器转动的角速 度保持1:2的速度比
测角仪要求与 Ｘ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。
根据样品中晶体含量大，衍射峰较强的特 点，比较峰值的大小，来判断结晶程度。 1.欣克利法
一般选取110和111晶面进行对比，根据（ A＋B）／At大小来判断结晶度
衍射分析当中，如果晶体在空间随机分 布，衍射强度的比值为理论值，如果晶体排 列有一定规律，则在测试中某一晶面的衍射 强度变大或变小，计算测试结果中各衍射峰 的强度与PDF卡片中该物质对应的衍射线相 度强度，得到折合的衍射线强度，如果折合 的强度相同，则无取向度，反之，有一定取 向。
觉衍射线的宽化
点阵常数的确定：
根据布拉格方程，测量衍射角度，根据X射线波 长，计算出各个晶面间的距离，从而确定晶体 的点阵常数。
材料密度的测定
根据X射线测试结果，计算出晶胞结构，结合晶 面间距与原子量，计算出材料的密度。
晶体在受到外部应力或者内部应力时晶面 间距会有相应变化。
晶体所受应力可以分为：宏观应力引起的 的晶体间应力，析晶、晶型转变等引起的晶体 间应力，位错等引起的晶体内应力。
马氏体的含碳量与马氏体的四方度c／a或者由精确测定的点阵
参数按上式直接计算出马氏体含碳量。通常，钢中含碳量低时仅
仅表现出衍射线的宽化，只有当含碳量高于0．6形时，原铁素体的衍射线才明显地分 裂为两条或三条线。
在淬火高碳钢中有时出现奥氏体相，它是碳在g—铁中的过饱
和固溶体。奥氏体的点阵参数a与含碳量。呈直线性关系：
❖位于试样不同部位MNO，处平行于 试样表面的(hkl)晶面可以把各自的反射 线会聚到F点
❖沿测角仪圆移动的计数器只能逐个地 对衍射线进行测量。
❖衍射仪应使试样与计数器转动的角速 度保持1:2的速度比
测角仪要求与 Ｘ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。
根据样品中晶体含量大，衍射峰较强的特 点，比较峰值的大小，来判断结晶程度。 1.欣克利法
一般选取110和111晶面进行对比，根据（ A＋B）／At大小来判断结晶度
衍射分析当中，如果晶体在空间随机分 布，衍射强度的比值为理论值，如果晶体排 列有一定规律，则在测试中某一晶面的衍射 强度变大或变小，计算测试结果中各衍射峰 的强度与PDF卡片中该物质对应的衍射线相 度强度，得到折合的衍射线强度，如果折合 的强度相同，则无取向度，反之，有一定取 向。
觉衍射线的宽化
点阵常数的确定：
根据布拉格方程，测量衍射角度，根据X射线波 长，计算出各个晶面间的距离，从而确定晶体 的点阵常数。
材料密度的测定
根据X射线测试结果，计算出晶胞结构，结合晶 面间距与原子量，计算出材料的密度。
晶体在受到外部应力或者内部应力时晶面 间距会有相应变化。
晶体所受应力可以分为：宏观应力引起的 的晶体间应力，析晶、晶型转变等引起的晶体 间应力，位错等引起的晶体内应力。
马氏体的含碳量与马氏体的四方度c／a或者由精确测定的点阵
参数按上式直接计算出马氏体含碳量。通常，钢中含碳量低时仅
仅表现出衍射线的宽化，只有当含碳量高于0．6形时，原铁素体的衍射线才明显地分 裂为两条或三条线。
在淬火高碳钢中有时出现奥氏体相，它是碳在g—铁中的过饱
和固溶体。奥氏体的点阵参数a与含碳量。呈直线性关系：
第6章 X射线衍射方法_PPT课件
1）正比计数器和盖革计数器 X射线光子能使气体电离，所产生的电子在电场作用下向阳极
加速运动，这些高速的电子足以再使气体电离，而新产生的电 子又可引起更多气体电离，于是出现电离过程的连锁反应。在 极短时间内，所产生的大量电子便会涌向阳板金属丝，从而出 现一个可以探测到的脉冲电流。这样，一个X射线光子的照射就 有可能产生大量离子，这就是气体的放大作用。计数管在单位 时间内产生的脉冲数称为计数率，它的大小与单位时间内进入 计数管的X射线光子数成正比，亦即与X射线的强度成正比。
衍射仪通常使用线焦X射线，线焦应与测角仪转动轴平行， 而且，线焦到衍射仪转动轴O的距离与轴到接收狭缝RS的距 离相等，平板试样的表面必须经过测角仪的轴线。按照这样 的几何布置，当试样的转动角速度为探测器（接收狭缝）的 角速度的1/2时，无论在何角度，线焦点、试样和接收狭缝都 在一个圆上，而且试样被照射面总与该圆相切，此圆则称为 聚焦圆，如图所示。
粉末照相法只是粉末衍射法的一种。作为被测试的样 品粉末很细，颗粒通常在10-3cm~10-5cm之间，每个颗 粒又可能包含了好几颗晶粒，因此，试样中包含了无 数个取向不同但结构一样的小晶粒。
当一束单色X射线照射到样品上时，对每一族晶面 （h k l），总有某些小晶粒的（h k l）晶面族能够恰 好满足布喇格条件而产生衍射。由于试样中小晶粒数 巨大，所以满足布喇格条件的晶面族（h k l）也较多， 与入射线的方位角都是θ，因而可看作是由一个晶面以 入射线为轴旋转而得到。
滤波片作用示意图
晶体单色器
弯曲单色器
普遍采用的单色 器是LiF和石墨单 色器．特别是石 墨单色器，由于 它的反射本领高 而且稳定，从70 年代起．这种单 色器己被广泛采 用。
4. 衍射花样的测量和计算
材料分析测试 第六章 X射线衍射方法 ppt课件
主要技术指标：
X射线源：最大输出功率：3kW； 最大电压：60kV；最大电流：60mA 陶瓷X光管； 靶材及功率：Cu靶 2.2kW； 最大电压：60kV；最大电流：50mA； X’Celerator超能探测器
ppt课件
25
日本理学D/max 2550V X射线衍射仪
18kW（40kV，450mA）
测角仪精度：0.002pp°t课件(2θ)
26
X射线测角仪——衍射仪的核心
样品 入射光栏
大转盘(测角仪圆) 样品台——小转盘
管靶焦斑
测角仪中心
接收(狭缝)光栏
计数管
支架
X射线测角仪结构示意图
计数管与样品连动扫描， －2连动
测角仪扫描范围：正向(顺时针)2可达165，反向(逆时针)2可 达－100。2测量绝对精度0.02，重复精度0.001。
ppt课件
17
（7）德拜相机的分辨本领
L
分辨率() ：描述相机分辨底片上相距最近衍射线条的本领。
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
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。
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
ppt课件
7
（3）底片的安装
第一节 多晶体衍射方法 一、（粉末）照相法 二、 衍射仪法
《X射线衍射分析》PPT课件 (2)
将（nh,nk,nl）称为衍射之数（与晶面指数的不同是可以有 公约数），所以布喇格公式简化为：
2dsin=
精选PPT
23
§5、多晶体的衍射方法
1、根据布喇格方程，物质的X-ray 衍射分析方法有以下 几种：
因为、是包含入射X-ray的值，是实验中可调整的参数，所以通过调整 、中的一个，以满足布喇格方程
• 当衍射线条多而相对强度数据又不十分可靠时， 可以用芬克索引。应注意允许d值有一定误差。
• 当待测试样是多相混合物，必须考虑到衍射图上 的三条或八条最强线很可能不是由同一物相产生 的，必须考虑用不同的三强线或八强线组合来试 探。
精选PPT
30
精选PPT
31
• 2. 定性分析注意事项：
• ⑴ d值的数据比相对强度数据重要。在实验数据 与卡片数据核对时， d值必须相当符合，一般要 到小数点后第二位才允许有偏差。
⑵ 电离作用
⑶ 感光作用
⑷ 荧光作用
在晶体中，电子能够以相同的步伐（位相相同）
散射X射线，并作为一个波源散射出波长与入射
波相同的球面波。 精选PPT
15
§2 X射线衍射几何条件
晶胞：代表晶体内部周期性结构的基本重复单位。
基本要素：晶胞的大小和形状；晶胞内原子的种类、 数目和分布。
X射线照射到晶体上，主要与晶体中电子发生 了相互作用，产生衍射，衍射方向除与入射线的波 长、方向有关外，主要决定于晶胞参数（大小、形 状），因此提出了三个方程联系衍射方向与晶胞参 数，同时作了三点假设：
热阴极、钨丝发出热电子被加速 阳极靶（Cu、Co等）产生X-ray
轰击
连续X-ray 特征X-ray
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12
三、X射线谱
2dsin=
精选PPT
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§5、多晶体的衍射方法
1、根据布喇格方程，物质的X-ray 衍射分析方法有以下 几种：
因为、是包含入射X-ray的值，是实验中可调整的参数，所以通过调整 、中的一个，以满足布喇格方程
• 当衍射线条多而相对强度数据又不十分可靠时， 可以用芬克索引。应注意允许d值有一定误差。
• 当待测试样是多相混合物，必须考虑到衍射图上 的三条或八条最强线很可能不是由同一物相产生 的，必须考虑用不同的三强线或八强线组合来试 探。
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• 2. 定性分析注意事项：
• ⑴ d值的数据比相对强度数据重要。在实验数据 与卡片数据核对时， d值必须相当符合，一般要 到小数点后第二位才允许有偏差。
⑵ 电离作用
⑶ 感光作用
⑷ 荧光作用
在晶体中，电子能够以相同的步伐（位相相同）
散射X射线，并作为一个波源散射出波长与入射
波相同的球面波。 精选PPT
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§2 X射线衍射几何条件
晶胞：代表晶体内部周期性结构的基本重复单位。
基本要素：晶胞的大小和形状；晶胞内原子的种类、 数目和分布。
X射线照射到晶体上，主要与晶体中电子发生 了相互作用，产生衍射，衍射方向除与入射线的波 长、方向有关外，主要决定于晶胞参数（大小、形 状），因此提出了三个方程联系衍射方向与晶胞参 数，同时作了三点假设：
热阴极、钨丝发出热电子被加速 阳极靶（Cu、Co等）产生X-ray
轰击
连续X-ray 特征X-ray
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三、X射线谱
材料研究方法b(化学专业)第6章：x射线衍射方法
11
编辑版ppt
§6.2 粉晶X射线衍射方法
1.德拜照相
亦称德拜－雪莱法（谢乐法），(Debre一Scherrer method) 样品：是多晶体（粉末晶体，<200目），装在一个 直径为0.3-0.6mm,长度15mm的柱子中。 光源：单色X射线。垂直柱子照射在样品上。
结果：用底片记录。底片环绕粉末柱安装。
7
编辑版ppt
根据劳埃方程，除应满足c方向的公式外， 还应满足a，b方向的公式。因此，最终的衍 射效应分布为一系列平行直线的衍射斑点。
8
编辑版ppt
旋转法照相的应用： (1) 确定晶胞参数，对衍射斑点指标化； (2) 根据指标化的结果，确定晶体所属
的空间群及对称性； (3) 求解原子坐标 （解析晶体结构）
由一些常用的衍射图处理程序集成，主要有6项：
1. 图谱处理；
2. 寻峰；
3. 求面积、重心、积分宽； 4. 去背景；
5. 衍射图比较（多重衍射图的叠合显示）；
6. 平滑处理。
30
编辑版ppt
衍射图谱处理过程示例
(1)原始图谱 (2)平滑以后 (3)去掉背景 (4)标注峰位
31
编辑版ppt
衍射数据: 面网间距(d)，衍射强度(I)
25
编辑版ppt
图6-3 D8-FOCUS 衍射 仪主要部件
26
编辑版ppt
X射线衍射仪的工作原理图
27
编辑版ppt
（1）X射线发生器：
由X射线管、高压发生器、管压管流稳定电路 和各种保护电路等部分组成。
28
编辑版ppt
（2）测角仪：检测2θ
（3）单色器：以确保入射X射线和衍射线为单色，以减 小背底的影响。
X射线衍射分析.ppt
• 2、X射线的本质与特征
• X射线的本质：
• 是电磁波，同时具有波动性和粒子性特征。
• 它的波动性主要表现为以一定的频率和波长在 空间传播；它的微粒性主要表现为以光子形式 辐射和吸收时，具有一定的质量、能量和动量。
• 波长范围一般在0.01-10nm，位于紫外与γ 射线之间。用于衍射分析的X射线波长约为 0.05-0.25nm，与晶面间距相近。
• 2、晶面指数
• 在以基矢a，b，c构成的晶胞内，量出一个晶 面在三个基矢上的截距；写出三个分数截距的 倒数；将三个倒数化为三个互质整数，并用小 括号括起 （hkl）。
• 在任何晶系中，都有若干组借对称联系起来 的等效点阵面，称共组面或晶面族，{hkl}；
• 如立方晶系中{100}包括（100）、（010）、 （001）、（100）、（010）、（001）；
多原子面的散射线间的干涉：
X射线有强穿透力，散射线将来自若干层原子面
入射线
反射线
D
A C B
原子面
d
a
垂直于纸面的一列晶面族，相邻两 个晶面的间距为dhkl（d）
AB BC 2d sin
2d sin
为的整数倍时，反射波干涉加强形成衍射
2d sin n
布拉格定律（公式）
d—晶面间距; —入射波波长 —布拉格角(衍射半角), 入射束、反射束与平面夹角 2—衍射角， n—衍射级数，n=0、±1、±2…；
• 3、目前常用的实验方法：
• 转动晶体法：单色X射线照射转动单晶体；
• 劳厄法： 用多色X射线照射固定不动的 单晶体；
• 多晶体衍射法：用单色X射线照射多晶体 试样。
• 四、X射线衍射束的强度
• 布拉格方程只给出了衍射线的空间方位分布，但 还需要看衍射线的强度分布，才能推算出晶体中 原子或其它质点在晶胞中的分布位置，确定其晶 体结构。
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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。
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
tan
d d
对2L＝R·4微分
L 2R
因此
2R tan
越大，则分辨率越大，故背反射衍射线条比前反射线条分辨率高。
18
3. 衍射花样指数标定
衍射花样指数标定：确定衍射花样中各线条(弧对)相应晶 面(即产生该衍射线条的晶面)的干涉指数，并以之标识衍 射线条。 又称衍射花样指数化 衍射花样指标化
Mo
0.070930
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。
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（ ）。
不同晶系晶体的衍射花样（衍射图）的标定方法不同，下 面仅介绍最简介的立方晶系的标定。
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。
K——K吸收限
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
质量吸收系效（m）与波长（）关系示意图
9
Z靶＜Z样时 K靶＞ K样
Z靶=Z样+1时 K靶＜ K样＜ K靶
Z靶>>Z样时 K靶<< K样
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?
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
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
多晶体衍射方法
德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法
针孔法 衍射仪法
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）。
2L 180 2L 90 4R S
2L 180 2L 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
不对称装片法
在冲洗干燥后的底片上通过测量得到S。
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。
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
（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。
2L
57.3
＝90－
4R
14
当相机直径2R＝57.3mm时，有
2L o 2
2L o 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。
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
选靶时还需考虑其它因素：
•入射线波长对衍射线条多少的影响
布拉格方程： 2d HKL sin
K (nm)
Cr
0.228970
Fe
0.193604
Co
0.178897
Cu
0.154056
Cu(Ave) 0.154184
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
3
1.成像原理与衍射花样特征
成像原理： 厄瓦尔德图解
背反射区
前反射区 （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）
17
（7）德拜相机的分辨本领
L
分辨率() ：描述相机分辨底片上相距最近衍射线条的本领。
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
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。
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。
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。
德拜法常用摄照时间以h计。
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
对，有
若用角度表示
2L＝R·4 式中：R——相机半径； 2L——衍射弧对间距。
2L 57.3
4R
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），
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。
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
tan
d d
对2L＝R·4微分
L 2R
因此
2R tan
越大，则分辨率越大，故背反射衍射线条比前反射线条分辨率高。
18
3. 衍射花样指数标定
衍射花样指数标定：确定衍射花样中各线条(弧对)相应晶 面(即产生该衍射线条的晶面)的干涉指数，并以之标识衍 射线条。 又称衍射花样指数化 衍射花样指标化
Mo
0.070930
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。
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（ ）。
不同晶系晶体的衍射花样（衍射图）的标定方法不同，下 面仅介绍最简介的立方晶系的标定。
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。
K——K吸收限
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
质量吸收系效（m）与波长（）关系示意图
9
Z靶＜Z样时 K靶＞ K样
Z靶=Z样+1时 K靶＜ K样＜ K靶
Z靶>>Z样时 K靶<< K样
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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?
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
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
多晶体衍射方法
德拜法（德拜-谢乐法） 照相法 聚焦法
针孔法 衍射仪法
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）。
2L 180 2L 90 4R S
2L 180 2L 90 4R S
2<90 =90-，2>90
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测量
2倍于此长
因底片开口，无法直接测量的弧段
不对称装片法
在冲洗干燥后的底片上通过测量得到S。
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。
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
（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。
2L
57.3
＝90－
4R
14
当相机直径2R＝57.3mm时，有
2L o 2
2L o 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。
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
选靶时还需考虑其它因素：
•入射线波长对衍射线条多少的影响
布拉格方程： 2d HKL sin
K (nm)
Cr
0.228970
Fe
0.193604
Co
0.178897
Cu
0.154056
Cu(Ave) 0.154184
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
3
1.成像原理与衍射花样特征
成像原理： 厄瓦尔德图解
背反射区
前反射区 （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）
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（7）德拜相机的分辨本领
L
分辨率() ：描述相机分辨底片上相距最近衍射线条的本领。
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
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。
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。
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
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（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。
德拜法常用摄照时间以h计。
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
对，有
若用角度表示
2L＝R·4 式中：R——相机半径； 2L——衍射弧对间距。
2L 57.3
4R
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），