锐钛型二氧化钛与金红石型二氧化钛的区分.docx

精品文档1、（锐钛型二氧化钛与金红石型二氧化钛）的区分1.1 方法利用X射线衍射仪得到XRD图谱进行分析1.2用到的仪器X射线衍射仪X射线产生原理：高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1左右）能量转变为X射线，而绝大部分（99左右）能量转变成热能使物体温度升高1.2.1 X射线管的结构阴极：又称灯丝(钨丝)，通电加热后便能释放出热辐射电子。阳极：又称靶，通常由纯金属制成(Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag, W等)，使电子突然减速并发射X射线。阳极需要水强制冷却。窗口：是X射线射出的通道，维持管内高真空，对X射线吸收较少，如金属铍、含铍玻璃、薄云母片X射线管中心焦点在X射线衍射中，总希望有较小的焦点（提高分辨率）和较强的X射线强度（缩短爆光时间）。一般采用在与靶面成一定角度的位置接受X射线，这样可以达到焦点缩小，X射线相应增强的目的。1.2.2 X射线特点1.2.3理论基础：布拉格方程1.2.4具体方法用X射线衍射分析法中的粉末法来分析两种结构。只有满足Bragg方程，才能产生衍射现象，因此用粉末法对测定的晶体样品，不改变,要连续改变。：n 用单色的X射线照射多晶体试样，利用晶体的不同取向来改变,以满足Bragg方程。试样要求：粉末，块状晶体。n 特点：试样容易获得，衍射花样反映晶体的全面信息。粉末法：由于多晶体由无数取向无规的单晶组成，相当于单晶绕所有取向的轴转动，晶体内某等同晶面族HKL的倒易点，形成相应倒易矢量为半径的倒易球。一系列的倒易球与反射球相交，其交集是一系列园，则相应的衍射线束分布于以样品为中心、入射方向为轴、上述交线园为底的园锥面上。1.2.5 两者结构分析晶胞结构的不同金红石型二氧化钛及锐钛型二氧化钛结晶类型均为正方结晶，前者为R型，后者为A型。金红石型二氧化钛晶格结构致密，比较稳定，光化学活性小，因而耐久性由于锐钛型二氧化钛。另外，金红石型二氧化钛晶体结构是细长的成对的孪生晶体，每个金红石晶胞含有2个二氧化钛分子，以两个棱相连，这比锐钛型二氧化钛八面体的形式体积更小、结构更密，因而硬度和密度增大，介电常数和导热性增加，所以耐候性好，不易粉化(a)金红石型(b)锐钛型金红石型和锐钛型晶胞中TiO2分子数分别是2和4。晶胞参数分别是：金红石型a：4593A，c=2959A；锐钛型a=3784A，c=9515。金红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛稳定而致密，有较高的硬度、密度、介电常数及折射率，其遮盖力和着色力也较高因为晶胞结构不同，所以衍射光谱图不一样两种二氧化钛的XRD分析图锐钛矿型二氧化钛粉末的XRD图谱：金红石型二氧化钛粉末的XRD图谱：因为两种二氧化钛晶胞结构不同，所以衍射图不一样，由此可以区分两种二氧化钛1.3 XRD的应用X射线衍射技术发展到今天, 已经成为最基本、最重要的一种结构测试手段, 其主要应用主要有以下几个方面:2. 1物相定性分析即固体由哪几种物质构成不同的多晶体物质的结构和组成元素各不相同, 它们的衍射花样在线条数目、角度位置、强度上就呈现出差异, 衍射花样与多晶体的结构和组成有关, 一种特定的物相具有自己独特的一组衍射线条(即衍射谱) , 反之不同的衍射谱代表着不同的物相. 若多种物相混合成一个试样, 则其衍射谱就是其中各个物相衍射谱叠加而成的复合衍射谱. 因而, 我们可以通过测定试样的复合衍射谱, 并对复合衍射谱进行分析分解, 从而确定试样由哪几种物质构成.2. 2 物相定量分析物相定量分析的任务是用X 射线衍射技术, 准确测定混合物中各相的衍射强度, 从而求出多相物质中各相的含量. 其理论基础是物质参与衍射的体积或者重量与其所产生的衍射强度成正比, 因而, 可通过衍射强度的大小求出混合物中某相参与衍射的体积分数或者重量分数, 从而确定混合物中某相的含量.X射线衍射物相定量分析方法有: 内标法、外标法、绝热法、增量法、无标样法、基体冲洗法和全谱拟合法等常规分析方法. 内标法、绝热法和增量法等都需要在待测样品中加入参考标相并绘制工作曲线, 如果样品含有的物相较多、谱线复杂, 再加入参考标相时会进一步增加谱线的重叠机会,从而给定量分析带来困难; 外标法虽然不需要在样品中加入参考标相, 但需要用纯的待测相物质制作工作曲线; 基体冲洗法、无标样法和全谱拟合法等分析方法不需要配制一系列内标标准物质和绘制标准工作曲线, 但需要复杂的数学计算, 如联立方程法和最小二乘法等. 总之, X射线衍射方法进行物相定量分析方法很多, 但是有些方法需要有纯的物质作为标样, 而有时候纯的物质难以得到, 从而使得定量分析难以进行, 从这个意义上说, 无标样定量相分析法具有较大的使用价值和推广价值.2. 3 结晶度的测定结晶度定义为结晶部分重量与总的试样重量之比的百分数. 现在非晶态合金应用非常广泛, 如软磁材料等, 而结晶度直接影响材料的性能, 因此结晶度的测定就显得尤为重要了. 测定结晶度的方法很多, 但不论哪种方法都是根据结晶相的衍射图谱面积与非晶相图谱面积决定.2. 4 宏观应力的测定在材料部件宏观尺度范围内存在的内应力分布在它的各个部分, 相互间保持平衡, 这种内应力称为宏观应力, 宏观应力的存在使部件内部的晶面间距发生改变, 所以可以借助X射线衍射方法来测定材料部件中的应力. 按照布拉格定律可知, 在一定波长辐射发生衍射的条件下, 晶面间距的变化导致衍射角的变化, 测定衍射角的变化即可算出宏观应变, 因而可进一步计算得到应力大小. 总之, X 射线衍射测定应力的原理是以测量衍射线位移作为原始数据, 所测得的结果实际上是应变, 而应力则是通过虎克定律由应变计算得到.借助X 射线衍射方法来测定试样中宏观应力具有以下优点: ( 1)不用破坏试样即可测量; ( 2)可以测量试样上小面积和极薄层内的宏观应力, 如果与剥层方法相结合, 还可测量宏观应力在不同深度上的梯度变化; ( 3)测量结果可靠性高等.2. 5 晶粒大小的测定多晶体材料的晶粒尺寸是影响其物理、化学等性能的一个重要因素. 2. 6 晶体点阵参数的确定点阵参数是晶态材料的重要物理参数之一, 精确测定点阵参数有助于研究该物质的键合能和键强, 计算理论密度、各向异性热膨胀系数和压缩系数、固溶体的组分和固溶度、宏观残余应力大小, 确定相溶解度曲线和相图的相界, 研究相变过程, 分析材料点阵参数与各种物理性能的关系等, 确定点阵参数的主要方