X-射线衍射分析-总结

1 第一篇： 绪 论 课程的总体要求 第一章 第二章 第三章 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定 2 绪论： 特点 ：以 分析 仪器 和 实验 技术 为 基础 内容 ：衍射仪 结构 与 工作原理、 分析 方法 及其 应用 。 (1)布拉格方程 、 衍射矢量方程 、 埃瓦尔德图解 、劳埃方程 (2)材料物相定性分析 （掌握 (3)定量分析 ( (4)点阵参数精确 测定、 超细晶粒 测定 (5)残余应力测定 方法 (=0 , =45 方位，测衍射角 ) 意义 ：通过材料 物相分析 (结构分析 )，理解材料组织结构与性能的关系，即 组织是性能的内在根据，性能是组织的对外表现 ； 要求 ： （ 1） 掌握 德拜相机 的 结构 和 工作原理 ； （ 2） 掌握 常用的 实验分析方法（ 认真看教材 292页实验二 ） ； （ 3） 能正确选用 合适的分析方法解决实际工作中的问题。 3 第一章 波粒二相性， 穿透性 ， E = h = ； 折射系数接近 1, 不产生折射 ； 衍射分析用波长 ： =(中 )； 阴极钨灯丝 ,阳极靶 )，高压发生器，冷却水。 连续 长最小值， 0= U ( = 特征 塞来定律， 吸收限 (K)： 特征量； 滤波片 (吸收限的应用 ):当 40 时 , = 1; 当 40 时 , = - 2 同一元素： K 金属三种结构 ,100,110,111,112; ,; 3）晶面指数 (截距 1/H,1/K,1/L,晶面 (平面 )方程 : 晶面 组 (晶面 族 :(100,110,111,112） 4)干涉指数 (： (nh nk 11 / 7 第一节 体学 1)倒易点阵定义 (a*,b*,c*):以长度倒数为量纲与正点阵按一定法则对应的虚拟点阵 (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)倒易点阵性质 ： 与晶体的衍射现象相关，描述衍射强度的分布 规律。 a*=(b c)/V， b*=(c a)/V， c*= (a b)/V 注 1：把 性质 作为 定义 （换位），有何异同？如何推导？ （如何推导出另一个性质呢？分别点积晶轴， a， b， c） 注 2：正、倒易点阵阵胞体积，互为倒易； v*=1/v； v=1/v* 单晶体倒易点阵 ： 由三维空间 规则排列的倒易阵点 所构成，它 与相应正点阵属于相同晶系 ； 多晶体倒易球面 ： 由一系列以 O*为球心 的 不同半径 1/d r* 同心球面 而构成； 3)倒易矢量性质 :r*=; r* ( |r*|=1/)晶带轴，晶带概念；晶带定律 (rr*=0): hu+kv+ a) c)co s(c*b)c o s ( 8 5)倒易点阵画法 : (1)计算倒易点阵基矢 ,(2)矢量加法确定所有的倒易阵点。 零层倒易面画法 (0: (1) 计算晶带的各倒矢量 ,(2)计算两个最小倒矢量的夹角， (3)该两个倒矢量为基矢，做平行四边形法则，去掉 的倒易点 (矢量 ) 6) 写出 6个 11带，并画出 (110倒易面的倒易阵点分布。 222立方：22222h k d4六方：*2*2*2*1*1*1*222111222111222111 )()( 8)晶面夹角 公式：（或 晶向间 夹角） 2222222121212121217) 晶面间距 公式 : 1/ r* r*( ( 第一节 体学 9 第二节：布拉格方程、衍射矢量方程、爱瓦尔德图解、劳埃方程 衍射矢量方程： ( =r*r*a *+ 设， |K|=|1/ g* g*r*1912年劳埃衍射方程在先，次年 1913年布拉格方程其后、 1924年爱瓦尔德图解； 劳埃方程在本质上解决了 但难以直观地表达三维空间的衍射方向 ; 布拉格定律 将晶体的衍射看成是 晶面组 在特定方向对 非常简单方便 . 爱瓦尔德图解： 反射球半径 :|K|=|1/ O* 2 P O S/ r*O* O* O 埃方程： 衍射矢量方程晶轴投影 (点积 a,b,c) a(S - = H b(S - = K c(S - = L P K (1) 构 分析 : 已知 ,测量 2 计算晶面间距 d 结构分析 (2) 谱 分析 : 已知面间距 d,测量 2计算波长 光谱分析 第三章： 本章主要内容 第一节 多晶体衍射图相的形成 第二节 单位晶胞对 第三节 洛伦兹因数 第四节 影响衍射强度的其他因数 第五节 多晶体衍射的积分强度公式 结构因子：复杂点阵单胞 的散射波振幅为单胞中 所有原子 散射波的 合成振幅 系统消光 ：衍射线相互干涉，某些方向强度加强，某些方向强度减弱或消失 取单胞坐标原点 O (0, 0, 0); 单胞中任一原子 坐标 A : (; 则矢量 式中， a、 b、 M N A O S0 ( a b c 原子间散射波的波程差 : j = S S 0 = (S 又 (S = r* j = r* 位相差为 ， j =j/=2( L i 2s 2 结构因数公式 )(21 L 总结：四种基本点阵的消光规律 点阵类型 出现的反射 消失的反射 简单 全部 无 底心 H、 数或全偶 H、 体心 (H+K+L)和为偶数 H+K+面心 H、 K、 H、 K、 13 第四章 多晶体分析方法 本章主要内容 第一节 德拜 第二节 其他照相法简介 第三节 法 多晶体衍射 方法 衍射仪法 粉末照相法 德拜法 聚焦法 单晶体衍射 方法 劳埃法 透射劳埃法 四园衍射仪法 周转晶体法 背射劳埃法 针孔法 15 一、德拜花样的 爱瓦尔德图解 ： 多晶体倒易阵点 分别落在以倒易原点 O *为球心、倒易矢量长度为半径 的一系列 同心球面上 ，称这些球为倒易球。 反射球与倒易球截成一系列 圆环 ，反射球心连接该圆环形成一系列 衍射圆锥。 粉末法的厄瓦尔德图解 第一节 德拜 2L A B D C R 2L 2 2 2 2 R 相机半径； 2L, 2L 弧对间距 , 弧度 R L 4 3 . 57 2 前反射区 (2 90) = 90- 胶片 2 16 第二节 S M F C H G O E 射线， 试样与计数管 : 动 布拉格衍射 2 I 反射球 衍射环 入射线 试样 衍射线 底片 衍射峰 计数管 扫描 倒易 球面 衍射花样 (2): 强度随衍射角分布曲线 即： I2 曲线 。 德拜相机 (左 )和劳埃相机 (右 ) 射线衍射仪 德拜相机 劳埃相机 劳埃相机 (单晶 )与德拜相机 (多晶 ) 19 当试样和计数管连续转动时，衍射仪将自动绘出衍射强度I2 的变化曲线 (称衍射图 ). 衍射强度 ( 2c i 32 22222022230 232 22222022230l 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 本章主要内容 第一节 定性分析 第二节 定量分析 第三节 点阵参数的精确测定 第四节 非晶态物质及其晶化过程 的 自学） 物相分析 物相 定性分析 物相 定量分析 单一物相的鉴定 混合物相 的鉴定 晶体 结构分析 晶胞 参数测定 空间群的测定 等效点系的测定 晶体定向 非晶体结构分析 晶体粒度 测定 宏观应力 分析 物相分析 第一节 定性分析 基本原理： 多晶体物质衍射线条数 ,位置及强度，是该种物质的特征，是鉴别物相的标志 基本方法： 测 试样 的 标准 进行 对比 鉴定 出试样中存在的 物相。 7组 67000个有机无机矿物 数值索引 (三强线面间距 ): (1) 计算 dI/(2)考虑误差 d1,d2, (3) 输入 d1,d2,4) 先单相分析 ,不成功则多相分析 逐步排除、重组、检索 (5)最后判定存在 10 注： 角区比高角度区重要，强线比弱线重要 第二节 定量分析 基本原理 :各相衍射线相对强度与其体积成正比 222220222230 co ss i Cj l 内标法： 加入内标物 a a 质量分数 s s 质量分数 a a 相质量分数 s s = s a s (1- s ) a = C” a 预先制作定标曲线 制备复合试样 测量衍射强度 计算含量 标样 ,a s s a a s s = a s K s a 纯 纯 1:1,测强度， s=需要做二元标样 , q = a s 24 点阵参数： 测定 某晶面的掠射角 ，布拉格公式计算求得； 点阵参数的精确测定 2 2 22 s i 误差的来源： 精确测定 有效数字 可达七位 ， 认为没有误差 ； 干涉面指数 不存在误差。 点阵参数 决于 的精度， 即测量的衍射角 2的精度。 误差 2约为 照相法 较低 随 的变化 高 角所得的 要更精确 ， 当 趋近 90时，误差将趋于零 布拉格公式微分： a/a =d/d = - 图解外推法 1： 的函数f()=为 横坐标 , 一直线 ,与纵坐标 ( =90)的交点 ,精确的 点阵参数 解外推法 2： 尼尔逊函数法f()为横坐标， 22 c o ss o 误差平方和为最小 ， 其直线 是最佳直线。 纵坐标 Y 为 点阵参数值 a； 横坐标 推 函数值 f()； y =a + )(e,0)(尼尔逊外推函数 f()做横坐标 : i a随 变化 25 第六章 残余应力的测定 本章主要内容 第一节 物体内应力的产生与分类 第二节 第三节 宏观应力测定方法 第四节 26 内应力的衍射效应 1) 第 类内应力 又称宏观应力或残余应力，其 衍射效应：使衍射线位置 (2)位移。 2) 第 类内应力 又称微观应力。其 衍射效应：引起衍射峰线变宽，线形变化。 3) 第 类内应力 称晶格畸变应力或超微观应力，其 衍射效应：使衍射强度降低。 第一节 物体内应力的产生与分类 残余应力检测 :(是一种弹性应力内应力的检测 ) 残余应力是一种弹性应力，它影响构件疲劳性能、耐应力腐蚀能力和尺寸稳定性： 1) 应力松弛法： 用钻孔、开槽或薄层等方法使应力松驰，用电阻应变片测量应变以计算残余应力，属于破坏性测试。 2) 无损法： 用应力敏感性的方法，如超声、磁性、中子衍射、 3) 属于无损法， 具有快速、准确可靠、测量区域小等优点，且能区分和测定三种不同的类别的内应力 27 一、基本原理 用 先测定应变，再借助材料的弹性特征参量确定应力 ; 沿 方位 ，某晶面间距 d 相对于无应力 (的变化， (d - d / 反映了由 应力引起的晶面法线方向的弹性应变 = d /二节 应力与不同方位同族晶面间距的关系 根据弹性力学原理 ,平面应力状态下， z =0， z =3 0 22co 1 ) 1 8 0 2 31 0 22c o 1 ) 1 8 0 s i = 2 31 E 1+ E 231 s i 231 s i 表明 在平面应力状态下， 与 呈线性关系 0 22c o 1 ) 1 8 0 s i 0 22 ) 180 M = 即：平面应力状态下， 2 随 呈线性关系 0 22c 1 ) 1 8 0 s i K 28 K 称应力常数 ，它决定于待测材料的 弹性性质 及所选晶面的 衍射角 2 - 线性关系 0 22c o 1 ) 1 8 0 s i K 0 2