射线衍射分析的应用

衍射分析方法是以材料结构分析为基本目的的现代分析方法。电磁辐射或电子束、中子束等与材料相互作用产生相干散射(弹性散射),相干散射相长干涉析、电子衍射分析及中子衍射分析等方法。相干涉，同一原子内各电子散射波相互干涉形成原子散射波，各原子散射波相互干涉，在某些方向上一致加强，即形成了晶体的衍射波(线)。衍射方向(衍射线在空间分布的方位)和衍射强度是据以现实材料结构分析等工作的两个基本特征。衍射方向以衍射角即入射线与衍射线的夹角20表达，其与产生衍射晶面之晶面间距[daki,(HKL)为干涉指数表达之晶面]及入射线波长(λ)的关系即衍射产多晶X射线衍射的基本方法为衍射仪法与(粉末)照相法。(粉末)照相法以光源(X射线管)发出的单色光(特征X射线，一般为K射线)照射(粉末)多晶体(圆柱形)样品，用底片记录产生的衍射线。用其轴线与样品轴线重合的圆柱形底片记录者称为德拜(Debye)法；用平板底片记录着称为针孔法。较早拜法，德拜法照相装置称德拜相机。衍射仪法分析装置称衍射仪，由光源、测角计、检测器(计数管)、辐射测量电路(信号处理器)及读出部分组成。衍射仪法亦以单色光照射(置于测角计中心样品架上的)多晶体(平板)样品，检测器与样品台同步转动(保持2:1的角速度比),扫描接收衍射线并转换为电脉冲信号，再经信号处理并记录或显示，得到I(衍射强度)——20曲线。近年来衍射仪法已在绝大多数场合下取代了照相法，成为衍射分析的主要方法。单晶X射线衍射分析的基本方法为劳埃(Laue)法与周转晶体法。劳埃法以光源发出的复合光即连续X射线照射置于样品台上不动的单晶体样品，用平板底片记录产生的衍射线。底片置于样品前方者称为透射劳埃法，底片处于样品与光源之间者称为背射劳埃法。劳埃法照相装置称劳埃相机。周转晶体法以光源发出的单色光照射转动的单晶体样品，用以样品转动轴为轴线的圆柱形底片记录产生的衍射线。周转晶体法应用较少[可用于对称性较低的晶体(如正交、单斜四圆衍射仪是近年来在综合衍射仪法与周转晶体法基础上发展起来的单晶检测器等部件构成，其特点是实现样品在3个方向的圆周运动(转动)以及检测器的圆运动(转动),前3个圆运动共同调节样品的取向，后者保证衍射线进入表1X射线衍射分析方法的应用分析方法基本分析项目在材料科学研究中的应用举例衍射仪法物相定性分析，物相定量分析，点阵常数测定，应力测定，晶粒的测定，单晶定向，非晶态结构分析塑性形变的X射线分析：孪晶面与滑移面指数的测定(单晶定向)、形变与在结晶织构测定、应力分析等；相变过程与产物的X射线研究(如马氏体相变、合金时效等):相变过程中产物(相)结构的变化及最终产物、工艺参数对相变的影响、新生相与母相的取向关系等；固溶体的X射线分析：固溶极限测定、点阵有序化(超点阵)参数测定、短程有序分析等；高分子材料的X射线分析：高聚物鉴定、晶态与非晶态及晶型的确定、结晶度测定、微晶尺寸测定等；(粉末)照相法物相定性分析、点阵常数测定、丝织构测定劳埃法单晶定向，晶体对称性测定四圆衍射仪法单晶结构分析、晶体学研究、化学键(键长、键角)测定物相分析，是指确定材料由哪些相组成(即物相定性分析或称物相鉴定)和形状与大小及各自的结构基元等),因而具有各自的X射线衍射花样特征(衍射质(样品)的衍射花样与之对照，从而确定物质的组成相，此即为物相定性分析(1)制备待分析物质样品，用衍射仪法(或照相法)获得样品衍射花样。(2)确定各衍射线条d值及相对强度II₁值(I为最强线强度)。照相法，测定θ后则可得到d值，曲线峰高或积分面积得II,配备微机的衍射仪则可直接打印或读出d与II₁值。(3)检索PDF卡片。物相未知时，使用数值索引。将各线条d值按强度递减后，核对八强线的d—I/I值；当八强线基本符合时，则按卡片编号取出PDF卡片。若按di、d₂、d₃顺序查找不到相应条目，则可将di、d₂、d₃按不同顺序排列(4)核对PDF卡片与物相判定。将衍射花样全部d—I/I₁值与检索到的PDF卡片核对，若一一吻合，则卡片所示相即为待分析相。检索和核对PDF卡片时在研究微量Y₂O₃对掺杂Ni活化烧结Cu-W合金组织、性能的影响的过程中，在前期对添加物Y(NO₃)3、Ni(NO₃)₃混合盐的裂解产物分析过程中借助X射线衍射分析得到如图1所示结果。可以看到Y(NO₃)₃、Ni(NO₃)₃混合盐在560℃时分别充分裂解为Y₂O₃和NiO。从而为之后实际混合粉末的裂解做好准备。图3为析结果。从图中可以看到分解过程中钨粉氧化为WO₃,由于Y(NO₃)₃、Ni(NO₃)₃混合盐的含量较少，其分解产物的衍射峰强较弱。图4为裂解粉末经还原后的X射线衍射分析结果。从图中看以看到裂解过程氧化的钨粉再次被还原。二、X射线衍射测定宏观应力(应变)宏观应力在物体内较大范围内均匀分布产生的均匀应变表现为该范围内方位相同的各晶粒中同名(HKL)面晶面间距变化相同，并从而导致了衍射线向某方向位移(20角的变化),这就是X射线测量宏观应力的基础。微观应力在各样单一地向某方向位移，而是向不同方向位移，其化，这是X射线测量微观应力的基础。超微观应力在应变区内使原子偏离平衡X射线束直径),可测表层应力，可区别应力类型等优点。但X射线测定应力精图4为不同含量Y₂O₃的W-Cu合金在(110)和(211)晶面X射线衍射峰的半高宽度变化曲线。从图中可间接得到晶粒尺寸的变化关系即与半高宽的变化相ThepercentageofY2O3(wt%)图4不同Y₂O₃含量Cu-W合金，钨相特定晶面衍射峰半高宽的变化关系衍射峰的宽度除了与实验条件决定的"仪器宽度"(其随衍射角发生抛物线形变化有关外),还与样品晶粒的细化(对合金样品，严格称为亚晶粒大小)和式中Strain表示微观应变，其为应变量对面间距的比值，用百分数表示。般使用Hall方法啊：测量两个以上的衍射峰的半高宽FW(S),由于晶粒尺寸与图5给出了0.6wt%Y₂O₃-W-Cu