材料分析方法 4)

1、 4 4. .1 1 引言引言4.2 4.2 粉末照相法粉末照相法4.4 X4.4 X射線衍射儀射線衍射儀4.3 4.3 其他照相法簡介其他照相法簡介 一一 .衍射方法回顧衍射方法回顧1.1.勞埃法：勞埃法： 用連續(xù)用連續(xù)X X射線（射線（變化）照射單晶變化）照射單晶體（體（不變），通過改變不變），通過改變使一些晶面使一些晶面和和之間滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射（之間滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射（也叫反射），在底片上形成的是一些規(guī)也叫反射），在底片上形成的是一些規(guī)則的斑點(diǎn)。則的斑點(diǎn)。2 2 周轉(zhuǎn)晶體法：周轉(zhuǎn)晶體法： 用單色用單色X X射線（射線（不變）照射單晶體，不變）照射單晶體，通過旋轉(zhuǎn)晶體改變各個(gè)

2、晶面和入射通過旋轉(zhuǎn)晶體改變各個(gè)晶面和入射X X射線射線之間的夾角（之間的夾角（），使一些晶面會和），使一些晶面會和角角恰好滿足布拉格方程，產(chǎn)生衍射，在底片恰好滿足布拉格方程，產(chǎn)生衍射，在底片上打出感光點(diǎn)。上打出感光點(diǎn)。3. 粉末法粉末法： 用單色的用單色的X X射線（射線（不變）照射粉末多晶不變）照射粉末多晶體，利用粉末多晶體中各晶粒隨機(jī)分布的千體，利用粉末多晶體中各晶粒隨機(jī)分布的千變?nèi)f化的取向，使入射變?nèi)f化的取向，使入射X X射線和某些晶面之間射線和某些晶面之間的夾角的夾角剛好能滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射剛好能滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射。這是因?yàn)樵诜勰┒嗑w中有無數(shù)多個(gè)（。這是因?yàn)樵诜勰┒嗑w中

3、有無數(shù)多個(gè)（hklhkl）面，這些（）面，這些（hklhkl）面在晶體中隨機(jī)分布，總）面在晶體中隨機(jī)分布，總有足夠的（有足夠的（hklhkl）面與入射）面與入射X-rayX-ray的夾角的夾角滿滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射。足布拉格方程而產(chǎn)生衍射。 當(dāng)粉末足夠小時(shí)，衍射線形成圓錐。因當(dāng)粉末足夠小時(shí)，衍射線形成圓錐。因?yàn)閷ν唬閷ν唬╤klhkl）來說，）來說，入射入射X-rayX-ray與衍射線與衍射線之間的夾角之間的夾角相等并永遠(yuǎn)相等并永遠(yuǎn)成成22角，當(dāng)面指數(shù)角，當(dāng)面指數(shù)確定時(shí)，確定時(shí)，22角也是確定的，因此是衍射圓角也是確定的，因此是衍射圓錐，錐，圓錐角為圓錐角為44。 如果粉末不夠細(xì)或多

4、晶體晶粒粗大時(shí)，如果粉末不夠細(xì)或多晶體晶粒粗大時(shí)，因?yàn)槟承┓轿簧蠜]有（因?yàn)槟承┓轿簧蠜]有（hklhkl）面，會使圓錐）面，會使圓錐不連續(xù)。不連續(xù)。 粉末法分為粉末法分為照相法照相法和和衍射儀法衍射儀法 1. 照相法：照相法：常用的是常用的是德拜德拜- -謝樂法謝樂法，通過德拜，通過德拜相機(jī)拍攝出衍射線，從而計(jì)算出相機(jī)拍攝出衍射線，從而計(jì)算出角角dd晶面和晶體結(jié)構(gòu)。晶面和晶體結(jié)構(gòu)。2. 衍射儀法：衍射儀法：采用測角儀和計(jì)數(shù)器，準(zhǔn)確地測采用測角儀和計(jì)數(shù)器，準(zhǔn)確地測出出22角以及衍射強(qiáng)度，這種方法比照相法準(zhǔn)角以及衍射強(qiáng)度，這種方法比照相法準(zhǔn)確，更進(jìn)一步。因?yàn)檎障喾ㄍㄟ^底片上的圓確，更進(jìn)一步。因?yàn)檎障?/p>

5、法通過底片上的圓弧對計(jì)算弧對計(jì)算角時(shí)，有一定的測量誤差，而衍角時(shí)，有一定的測量誤差，而衍射儀法減少了人為的誤差。射儀法減少了人為的誤差。一一. . 德拜法及德拜相機(jī)德拜法及德拜相機(jī)細(xì)長底片細(xì)長底片：圍成圓筒形圍成圓筒形;試樣試樣：位于圓筒軸心位于圓筒軸心;入射入射X-ray:與圓筒軸垂直與圓筒軸垂直;在底片上所留的在底片上所留的衍射花樣衍射花樣：一對對的弧對。一對對的弧對。根據(jù)弧對的位置根據(jù)弧對的位置角角dd晶體結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)。 需要需要注意注意的是：根據(jù)的是：根據(jù)2dsin=2dsin=最小的最小的角角，對應(yīng)著最大的晶面間距對應(yīng)著最大的晶面間距d d。細(xì)長底片細(xì)長底片：圍成圓筒形圍成圓筒形;

6、試樣試樣：位于圓筒軸心位于圓筒軸心;入射入射X-ray:與圓筒軸垂直與圓筒軸垂直;細(xì)長底片細(xì)長底片：圍成圓筒形圍成圓筒形;試樣試樣：位于圓筒軸心位于圓筒軸心;入射入射X-ray:與圓筒軸垂直與圓筒軸垂直;. .德拜法的思路德拜法的思路 細(xì)長底片細(xì)長底片：圍成圓筒形圍成圓筒形;試樣試樣：位于圓筒軸心位于圓筒軸心;入射入射X-ray:與圓筒軸垂直與圓筒軸垂直; ( (二二) ) 德拜相機(jī)德拜相機(jī)構(gòu)造構(gòu)造：1.1. ( (不透光不透光) )金屬筒形外殼金屬筒形外殼：將底片固定成圓筒：將底片固定成圓筒 形，緊緊附在相機(jī)盒內(nèi)壁；形，緊緊附在相機(jī)盒內(nèi)壁；2.2. 試樣架試樣架：位于筒形軸心位置，用來固定試

7、樣；：位于筒形軸心位置，用來固定試樣；3.3. 光闌光闌：固定入射：固定入射X-rayX-ray的方向和位置限制入射的方向和位置限制入射 線的不平行度、尺寸，也稱準(zhǔn)直管；線的不平行度、尺寸，也稱準(zhǔn)直管；4.4. 承光管承光管：監(jiān)視入射線和試樣的相對位置，同：監(jiān)視入射線和試樣的相對位置，同 時(shí)吸收透射的時(shí)吸收透射的X-rayX-ray。 德德拜拜相相機(jī)機(jī)剖剖面面示示意意圖圖.德拜相機(jī)德拜相機(jī) 另外，德拜相機(jī)的直徑也不是另外，德拜相機(jī)的直徑也不是隨便一個(gè)尺寸，為了方便計(jì)算隨便一個(gè)尺寸，為了方便計(jì)算2角角設(shè)計(jì)了兩個(gè)尺寸：設(shè)計(jì)了兩個(gè)尺寸： D=57.3mm 周長周長180mm D=114.6mm 周長

8、周長360mm (1).(1).正裝法正裝法：X-rayX-ray從底片接口處入射。從底片接口處入射。【見下圖【見下圖 中中(a)】 (2).(2).反裝法反裝法：X-rayX-ray從底片中心孔射入。從底片中心孔射入?！疽娤聢D【見下圖 中中(b)(b)】(3).(3).偏裝法（不對稱裝法）偏裝法（不對稱裝法）：底片上有兩個(gè)孔，分：底片上有兩個(gè)孔，分 別對裝在光闌和承光管的位置。別對裝在光闌和承光管的位置?！疽娤隆疽娤?圖中圖中(c)(c)】（三）（三）. .底片的安裝底片的安裝 注意：穿入點(diǎn)為注意：穿入點(diǎn)為180。，穿出點(diǎn)為，穿出點(diǎn)為0。1.1.試樣制備試樣制備：試樣尺寸：試樣尺寸：0.21

9、mm0.21mm 1015mm 1015mm要求要求: :粉末要有合適的細(xì)度粉末要有合適的細(xì)度( (過過250325250325目目 篩篩), ), 過粗過粗, ,參加衍射的晶粒數(shù)減少參加衍射的晶粒數(shù)減少, , 衍射線條不連續(xù)衍射線條不連續(xù); ;過細(xì)過細(xì), ,則衍射線條則衍射線條 變寬變寬, ,不利于分析不利于分析 。 制粉注意事項(xiàng)：制粉注意事項(xiàng)： 圓柱試樣的制備：圓柱試樣的制備： 細(xì)玻璃絲在粉末中滾動(dòng)；細(xì)玻璃絲在粉末中滾動(dòng)； 將粉末填充到玻璃毛細(xì)管中；將粉末填充到玻璃毛細(xì)管中； 用金屬毛細(xì)管成型；用金屬毛細(xì)管成型； 金屬細(xì)棒（金屬多為多晶體），但要注意金屬細(xì)棒（金屬多為多晶體），但要注意 擇

10、優(yōu)取向。擇優(yōu)取向。 制粉注意事項(xiàng)：制粉注意事項(xiàng)： 要取脆性項(xiàng)、韌性相混合均勻的相，不能要取脆性項(xiàng)、韌性相混合均勻的相，不能漏掉韌性相；漏掉韌性相； 機(jī)械方法制粉避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，或?qū)⒎勰C(jī)械方法制粉避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，或?qū)⒎勰┩嘶鹨韵齼?nèi)應(yīng)力。因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力使晶格畸變，退火以消除內(nèi)應(yīng)力。因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力使晶格畸變，不利于分析。不利于分析。 圓柱試樣的制備：圓柱試樣的制備： 制粉注意事項(xiàng)：制粉注意事項(xiàng)： 三三. . 攝照規(guī)程的選擇攝照規(guī)程的選擇 入射入射X X射線波長射線波長：避免激發(fā)出試樣的熒光：避免激發(fā)出試樣的熒光 輻射（二次特征輻射）輻射（二次特征輻射）入入kk試試激發(fā)出熒光輻射激發(fā)出熒光輻射Z靶靶Z試樣

11、試樣+1k試試激發(fā)出熒光輻射激發(fā)出熒光輻射太大太大易被試樣吸收，衍射強(qiáng)度低易被試樣吸收，衍射強(qiáng)度低（2 2） 選擇合適的濾波片，濾掉選擇合適的濾波片，濾掉K K線（陽線（陽極靶的極靶的K K）。）。（3） 管電壓管電流管電壓管電流I強(qiáng)，時(shí)間短強(qiáng)，時(shí)間短I弱，時(shí)間長弱，時(shí)間長影響影響I I的因素有許多，比如試樣，相機(jī)直徑：的因素有許多，比如試樣，相機(jī)直徑： D D大，大，I I與距離成反比，與距離成反比，I I弱弱 D D小，距底片距離短，小，距底片距離短，I I強(qiáng)強(qiáng)調(diào)整管電壓、管電流使調(diào)整管電壓、管電流使I I特征特征/ /I I連連最大，最大，一般取工作電壓為一般取工作電壓為k k系激發(fā)電壓

12、的系激發(fā)電壓的3535倍；倍；工作管流應(yīng)工作管流應(yīng)小于小于最大管流。最大管流。I強(qiáng)，時(shí)間短強(qiáng)，時(shí)間短I弱，時(shí)間長弱，時(shí)間長（4） 曝光時(shí)間曝光時(shí)間： 與與衍射線強(qiáng)度直接相關(guān)衍射線強(qiáng)度直接相關(guān)4 4德拜相的誤差及修正德拜相的誤差及修正 1 1 德拜相衍射花樣計(jì)算的思路德拜相衍射花樣計(jì)算的思路R R4L4=L/R 可求出可求出但但L的測量精度受到試樣的測量精度受到試樣對衍射線吸收的影響；對衍射線吸收的影響； 底片底片的的安裝對安裝對R有影響有影響2 2 試樣吸收的誤差試樣吸收的誤差 由于吸收，只有試樣表層的晶面參與衍射，由于吸收，只有試樣表層的晶面參與衍射，使衍射線偏離了理論位置，衍射線（圓弧對）

13、有使衍射線偏離了理論位置，衍射線（圓弧對）有一寬度。一寬度。 測量時(shí)，用測量時(shí)，用2L0/R=4 計(jì)算的計(jì)算的角較為準(zhǔn)確。角較為準(zhǔn)確。計(jì)算如下：試樣半徑為計(jì)算如下：試樣半徑為，則，則 2L2L外緣外緣=2L=2L0 0+2 +2 所以所以 2L0 = 2L外緣外緣 23 3 底片伸縮的誤差底片伸縮的誤差 底片的安裝使底片的安裝使R也存在誤差，可以通過底片卷成圓筒形時(shí)的有效也存在誤差，可以通過底片卷成圓筒形時(shí)的有效周長周長C0來計(jì)算準(zhǔn)確的來計(jì)算準(zhǔn)確的R. C0的測量的測量可通過可通過290 的兩對弧對求出，的兩對弧對求出， C0 = A+B 所以：所以：000000290360223602)(2

14、4CLCLRLRL弧度五五. .衍射花樣的測量及計(jì)算衍射花樣的測量及計(jì)算 德拜法衍射花樣的測量主要是德拜法衍射花樣的測量主要是測量測量線線條的條的相對位置相對位置和和相對強(qiáng)度相對強(qiáng)度，然后再，然后再計(jì)算計(jì)算角角和和晶面間距晶面間距。以立方晶系為例（底片為偏裝）以立方晶系為例（底片為偏裝）1 1 對各弧對標(biāo)號：從低角到高角依次標(biāo)對各弧對標(biāo)號：從低角到高角依次標(biāo)1 11,21,2222 2 測量有效周長測量有效周長C C0 03 3 測量弧對間距，注意測量測量弧對間距，注意測量2L2L外緣外緣，計(jì)算出，計(jì)算出2L2L0 0, ,高角弧對高角弧對的測量用的測量用C C0 0減去相對應(yīng)的低角弧對，即減

15、去相對應(yīng)的低角弧對，即2L=C2L=C0 0-2L-2L4 4 計(jì)算計(jì)算角。角。5 5 計(jì)算計(jì)算d d值。值。6 6 估計(jì)各線條的相對強(qiáng)度估計(jì)各線條的相對強(qiáng)度I/II/I1 17 7 查查PDFPDF卡片，根據(jù)三強(qiáng)峰對應(yīng)的卡片，根據(jù)三強(qiáng)峰對應(yīng)的d d值，鑒定物相。值，鑒定物相。德德拜拜法法衍衍射射幾幾何何8 衍射線指標(biāo)化，判別物質(zhì)的點(diǎn)陣類型衍射線指標(biāo)化，判別物質(zhì)的點(diǎn)陣類型對于立方系：對于立方系：2dsin222222adsin =hkl2ahkl 代入222222sinhkl4a對同一晶體而言對同一晶體而言 相同相同 ，令，令則：則：224a222iiiiNhkl22212n12nsin:si

16、n:sinN :N :N當(dāng)當(dāng)角：由角：由小小大大排列；排列； d： 由由大大小小排列；排列； N： 由由小小大大排列；排列；不同晶系的不同晶系的N值由小值由小大排列有表可查。大排列有表可查。將將Ni/N1比值按順序排列出來。比值按順序排列出來。關(guān)于簡單立方和體心立方衍射花樣的判別問題關(guān)于簡單立方和體心立方衍射花樣的判別問題1、 如果線條數(shù)目多于七根，則間隔比較均勻的是如果線條數(shù)目多于七根，則間隔比較均勻的是bbc，而出現(xiàn)線條空缺的為簡單立方。因?yàn)楹唵瘟⒎讲豢赡艹龆霈F(xiàn)線條空缺的為簡單立方。因?yàn)楹唵瘟⒎讲豢赡艹霈F(xiàn)指數(shù)平方和為現(xiàn)指數(shù)平方和為7，15，23等數(shù)值的線條。（等數(shù)值的線條。（不均勻不均勻

17、) 2、 當(dāng)衍射線條數(shù)較少時(shí)，這一簡單的判別方法則不能當(dāng)衍射線條數(shù)較少時(shí)，這一簡單的判別方法則不能利用，此時(shí)可以頭兩根線的利用，此時(shí)可以頭兩根線的衍射強(qiáng)度衍射強(qiáng)度作為判別。由于相作為判別。由于相鄰線條鄰線條相差不大，在衍射強(qiáng)度諸因素中，相差不大，在衍射強(qiáng)度諸因素中，多重性因子多重性因子等等起主導(dǎo)作用。簡單立方頭兩根線的指數(shù)分別為起主導(dǎo)作用。簡單立方頭兩根線的指數(shù)分別為100及及110。而。而bbc則為則為110與與200。100與與200的多重性因數(shù)為的多重性因數(shù)為6，110的多重性因數(shù)為的多重性因數(shù)為12，故簡單立方花樣中第二根線應(yīng)較強(qiáng)，故簡單立方花樣中第二根線應(yīng)較強(qiáng)，bbc則第一根線應(yīng)較強(qiáng)

18、。則第一根線應(yīng)較強(qiáng)。9 計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù)計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù)根據(jù)公式根據(jù)公式222LKHad222LKHda可粗略的計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù)可粗略的計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù) 注意：注意：盡量采用高角比較準(zhǔn)確盡量采用高角比較準(zhǔn)確第三節(jié) 其他照相法簡介1對稱聚焦照相法對稱聚焦照相法1 思路：思路： 同類（同類（HKL）面的衍射線分布在衍射）面的衍射線分布在衍射圓錐上，單位弧長上的衍射強(qiáng)度較弱，底圓錐上，單位弧長上的衍射強(qiáng)度較弱，底片曝光時(shí)間很長，若能將同類（片曝光時(shí)間很長，若能將同類（HKL）面）面的衍射線集中于一點(diǎn)，則大大提高衍射強(qiáng)的衍射線集中于一點(diǎn)，則大大提高衍射強(qiáng)度。度。2 2 聚焦相機(jī)的衍射幾何聚焦相機(jī)的衍射幾何 將光源（發(fā)

19、散光源）、試樣以及反射線的聚焦將光源（發(fā)散光源）、試樣以及反射線的聚焦點(diǎn)設(shè)在同一圓上（該圓稱為聚焦圓），該圓與點(diǎn)設(shè)在同一圓上（該圓稱為聚焦圓），該圓與相機(jī)的內(nèi)腔重合，底片貼于圓內(nèi)側(cè)。相機(jī)的內(nèi)腔重合，底片貼于圓內(nèi)側(cè)。 由光源發(fā)出的由光源發(fā)出的X射線經(jīng)試樣上不同部位的同射線經(jīng)試樣上不同部位的同類（類（HKL）晶面反射后衍射線仍能聚集于一）晶面反射后衍射線仍能聚集于一點(diǎn)。（為什么？）點(diǎn)。（為什么？）3 3 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 分辨本領(lǐng)高，有利于攝取高分辨本領(lǐng)高，有利于攝取高角的衍射線（如角的衍射線（如圖圖2 90o），常用于點(diǎn)陣常數(shù)的測量。），常用于點(diǎn)陣常數(shù)的測量。二二 背射平板照相法背射平板照相法1 1思路

20、：思路： 德拜法攝取的是衍射圓弧中的部分德拜法攝取的是衍射圓弧中的部分弧對，但當(dāng)需要分析晶粒大小、擇優(yōu)取弧對，但當(dāng)需要分析晶粒大小、擇優(yōu)取向、晶體完整性等一些信息時(shí)就需要拍向、晶體完整性等一些信息時(shí)就需要拍攝整個(gè)圓環(huán)攝整個(gè)圓環(huán)平板照相法采用平板相平板照相法采用平板相匣（底片）達(dá)到此目的。匣（底片）達(dá)到此目的。2 衍射幾何衍射幾何 光源（發(fā)散）、試樣、衍射線聚焦點(diǎn)位于同一光源（發(fā)散）、試樣、衍射線聚焦點(diǎn)位于同一圓上，平板底片位于背散射位置，衍射花樣為圓上，平板底片位于背散射位置，衍射花樣為一系列同心圓環(huán)，每攝取一個(gè)花樣，試樣和平一系列同心圓環(huán)，每攝取一個(gè)花樣，試樣和平板底片間的距離都要改變（根據(jù)

21、板底片間的距離都要改變（根據(jù)d d值計(jì)算改變）值計(jì)算改變）3 3 用途：用途： 在已知物相和晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上分析晶體在已知物相和晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上分析晶體的完整性、擇優(yōu)取向、晶粒大小等信息。的完整性、擇優(yōu)取向、晶粒大小等信息。三三 晶體單色器晶體單色器 1 1 目的：目的：產(chǎn)生單色純凈的產(chǎn)生單色純凈的X X射線，用于衍射分析時(shí)的射線，用于衍射分析時(shí)的光源。光源。 2 2 思路：思路：選擇反射本領(lǐng)強(qiáng)的單晶體，其表面制作成語選擇反射本領(lǐng)強(qiáng)的單晶體，其表面制作成語某個(gè)反射本領(lǐng)大的晶面平行，當(dāng)一束多色的某個(gè)反射本領(lǐng)大的晶面平行，當(dāng)一束多色的X X射線照射線照到單晶上后只有符合布拉格方程的單色到單晶上后只

22、有符合布拉格方程的單色X X射線才能衍射線才能衍射，利用聚焦圓將單色的衍射線匯聚到預(yù)分析的試樣射，利用聚焦圓將單色的衍射線匯聚到預(yù)分析的試樣上，再進(jìn)行衍射分析。上，再進(jìn)行衍射分析。 目前常用的單色器為石墨晶體，利用其（目前常用的單色器為石墨晶體，利用其（00020002）面族）面族反射反射CuKCuK射線，對其進(jìn)行單色化處理。射線，對其進(jìn)行單色化處理。 X X射線射線衍射儀是采用輻射探測器和測角以來記錄衍射衍射儀是采用輻射探測器和測角以來記錄衍射線位置和強(qiáng)度的分析儀器。線位置和強(qiáng)度的分析儀器。組成部分：組成部分： X X射線發(fā)生器、測角儀、輻射探測器、記錄單元、自射線發(fā)生器、測角儀、輻射探測器

23、、記錄單元、自動(dòng)控制單元等。動(dòng)控制單元等。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1 1）工作效率高（照相法底片處理時(shí)間長）工作效率高（照相法底片處理時(shí)間長）; ;（2 2）探測器靈敏度高）探測器靈敏度高; ;（3 3）樣品范圍廣，制樣簡便，分析快速，結(jié)果直觀。）樣品范圍廣，制樣簡便，分析快速，結(jié)果直觀。 X X射線衍射儀的測量原理：射線衍射儀的測量原理： 利用德拜相機(jī)的光學(xué)原理。利用德拜相機(jī)的光學(xué)原理。 德拜相機(jī)是利用底片記錄衍射花樣，若德拜相機(jī)是利用底片記錄衍射花樣，若有個(gè)儀器能接受到衍射有個(gè)儀器能接受到衍射X-rayX-ray并加以記錄，并加以記錄，讓其繞試樣旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)記錄下轉(zhuǎn)角讓其繞試樣旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)記錄

24、下轉(zhuǎn)角和其對應(yīng)的和其對應(yīng)的X-rayX-ray衍射線的強(qiáng)度衍射線的強(qiáng)度I I，再將其，再將其繪制成曲線，即可進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析。繪制成曲線，即可進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析。要解決的關(guān)鍵問題：要解決的關(guān)鍵問題： 衍射線接受裝置衍射線接受裝置計(jì)數(shù)管（探測器）；計(jì)數(shù)管（探測器）； 衍射強(qiáng)度必須適當(dāng)加大衍射強(qiáng)度必須適當(dāng)加大使用板狀試樣；（吸收?。┦褂冒鍫钤嚇樱唬ㄎ招。?相同的（相同的（hklhkl）面的衍射線是全方位散射的）面的衍射線是全方位散射的設(shè)法加設(shè)法加以聚焦。以聚焦。 計(jì)數(shù)管的移動(dòng)要滿足布拉格條件。計(jì)數(shù)管的移動(dòng)要滿足布拉格條件。這些問題解決的關(guān)鍵是由幾個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的：這些問題解決的關(guān)鍵是由幾個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的：

25、1.1.X X射線測角儀射線測角儀解決聚焦和測量角度的問題；解決聚焦和測量角度的問題； 2.2.輻射探測儀輻射探測儀解決記錄分析衍射線能量解決記錄分析衍射線能量( (強(qiáng)度強(qiáng)度) )問題。問題。一一 X X射線射線測角儀測角儀 側(cè)角儀是衍射儀的最側(cè)角儀是衍射儀的最核心部件，它相當(dāng)于核心部件，它相當(dāng)于德拜法中的相機(jī)。其德拜法中的相機(jī)。其基本構(gòu)造：基本構(gòu)造：（一）概述（一）概述 1 X1 X射線測角儀的構(gòu)造射線測角儀的構(gòu)造 樣品臺樣品臺H H位于側(cè)角儀中心，可繞位于側(cè)角儀中心，可繞O O軸軸( (垂直于畫垂直于畫面面) )旋轉(zhuǎn)，平板樣品旋轉(zhuǎn)，平板樣品C C放置于樣品臺。放置于樣品臺。 X X射線源射

26、線源：由：由X-rayX-ray管的靶管的靶T T上的線狀焦點(diǎn)上的線狀焦點(diǎn)S S發(fā)出的，發(fā)出的，S S位于以位于以O(shè) O軸為中心的圓周上，軸為中心的圓周上，S S（線焦點(diǎn)）（線焦點(diǎn)）OO軸。軸。 計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)管G G：和光源和光源S S位于同一圓周上位于同一圓周上, G, G前有一接受前有一接受狹縫狹縫F F，F(xiàn) F、G G均固定于支架均固定于支架E E（稱為測角儀臺）上，支（稱為測角儀臺）上，支架架E E可繞可繞O O軸旋轉(zhuǎn)。軸旋轉(zhuǎn)。3 3 測量動(dòng)作測量動(dòng)作：樣品臺與測角儀臺可繞：樣品臺與測角儀臺可繞O O軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng), ,當(dāng)樣品的當(dāng)樣品的表面相對入射表面相對入射X-rayX-ray轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過角

27、，測角儀臺轉(zhuǎn)動(dòng)角，測角儀臺轉(zhuǎn)動(dòng)22角，角，這一動(dòng)作稱為這一動(dòng)作稱為-2-2連動(dòng)。連動(dòng)。掃描時(shí)掃描時(shí)：計(jì)數(shù)管的角位置（：計(jì)數(shù)管的角位置（22）可從刻度）可從刻度K K上直接讀出，上直接讀出，計(jì)數(shù)管從計(jì)數(shù)管從2=02=0160160（順時(shí)針）進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄（順時(shí)針）進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄下每個(gè)下每個(gè)22角方向衍射線對應(yīng)的強(qiáng)度，并繪制成圖角方向衍射線對應(yīng)的強(qiáng)度，并繪制成圖衍射圖。衍射圖。問題：問題：1 1同類（同類（HKLHKL）晶面的衍射線怎樣才能聚焦于接受狹縫）晶面的衍射線怎樣才能聚焦于接受狹縫F?F?2 2計(jì)數(shù)管如何能剛好轉(zhuǎn)到有衍射線的位置？計(jì)數(shù)管如何能剛好轉(zhuǎn)到有衍射線的位置？2 2 光源光源由由S

28、S發(fā)出的發(fā)散光束，樣品發(fā)出的發(fā)散光束，樣品采用平板試樣采用平板試樣（二）（二） 測角儀的衍射幾何測角儀的衍射幾何1 1 聚焦問題：聚焦問題：使點(diǎn)光源使點(diǎn)光源S S、 試樣表面、接受狹縫試樣表面、接受狹縫F F必須必須位于同一圓上位于同一圓上聚焦圓，（此時(shí)，同一（聚焦圓，（此時(shí)，同一（HKLHKL）面）面的衍射線與入射線形成的圓周角均為的衍射線與入射線形成的圓周角均為-2-2，故能聚，故能聚焦）焦） 在計(jì)數(shù)管與樣品連動(dòng)掃描過程中，聚焦圓的的大在計(jì)數(shù)管與樣品連動(dòng)掃描過程中，聚焦圓的的大小在變化。因此樣品表面的曲率也應(yīng)隨之變化，但樣小在變化。因此樣品表面的曲率也應(yīng)隨之變化，但樣品表面不可能實(shí)現(xiàn)這一要

29、求，只能做近似處理，采用品表面不可能實(shí)現(xiàn)這一要求，只能做近似處理，采用平板樣品，使試樣上的一點(diǎn)平板樣品，使試樣上的一點(diǎn)O O始終和聚焦圓相切，則從始終和聚焦圓相切，則從o o點(diǎn)發(fā)出的衍射線聚焦最好，其余部分采用近似聚焦。點(diǎn)發(fā)出的衍射線聚焦最好，其余部分采用近似聚焦。 2 2計(jì)數(shù)管如何能剛好轉(zhuǎn)到有衍射線的位置？計(jì)數(shù)管如何能剛好轉(zhuǎn)到有衍射線的位置？注意：在衍射儀法中能參與衍射的晶面是與表面平行的晶面。 因此，當(dāng)試樣表面與入射線的夾角為因此，當(dāng)試樣表面與入射線的夾角為，且連續(xù)從小且連續(xù)從小角向大角向大角轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)管沿測角轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)管沿測角儀圓以角儀圓以22角連動(dòng)，當(dāng)某個(gè)（角連動(dòng)，當(dāng)某個(gè)（hklh

30、kl）面剛好滿）面剛好滿足布拉格方程產(chǎn)生衍射線時(shí)，計(jì)數(shù)管剛好處于足布拉格方程產(chǎn)生衍射線時(shí)，計(jì)數(shù)管剛好處于22角方向記錄下衍射線。角方向記錄下衍射線。（三）測角儀的光學(xué)布置（三）測角儀的光學(xué)布置線焦點(diǎn)線焦點(diǎn)S可使較多的入射線能量照射到試可使較多的入射線能量照射到試 樣上；樣上；狹縫光闌狹縫光闌a限制入射限制入射X射線的水平發(fā)散度；射線的水平發(fā)散度；梭拉光闌梭拉光闌S1限制了入射限制了入射X射線的垂直發(fā)散射線的垂直發(fā)散 度；度；狹縫光闌狹縫光闌b控制入射線在試樣上的照射面控制入射線在試樣上的照射面 積；積；試樣試樣與線焦點(diǎn)與線焦點(diǎn)S平行；平行；梭拉光闌梭拉光闌S2限制了衍射線的垂直發(fā)散度；限制了衍

31、射線的垂直發(fā)散度；接受狹縫接受狹縫F限制了衍射線的水平發(fā)散度，限制了衍射線的水平發(fā)散度， 控制衍射線進(jìn)入計(jì)數(shù)器的輻射能量?？刂蒲苌渚€進(jìn)入計(jì)數(shù)器的輻射能量。（四）對試樣的要求（四）對試樣的要求粉末試樣不能過細(xì)或過粗，粒度在幾微米粉末試樣不能過細(xì)或過粗，粒度在幾微米幾十幾十微米較合適。微米較合適。太細(xì)：太細(xì)：衍射線寬化，妨礙弱衍射線的出現(xiàn)，干衍射線寬化，妨礙弱衍射線的出現(xiàn)，干擾分析。擾分析。太粗：太粗：參與衍射的晶面太少，衍射強(qiáng)度不穩(wěn)定，參與衍射的晶面太少，衍射強(qiáng)度不穩(wěn)定，也會干擾分析。也會干擾分析。 一般用粉末壓制成的平板試樣，也可采用一般用粉末壓制成的平板試樣，也可采用多晶塊狀試樣。多晶塊狀試

32、樣。二二 衍射儀的測量方法衍射儀的測量方法 連續(xù)掃描連續(xù)掃描：將計(jì)數(shù)器與計(jì)數(shù)率儀相連接，在選定的：將計(jì)數(shù)器與計(jì)數(shù)率儀相連接，在選定的22角范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)器以一定的掃描速度與樣品（臺）角范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)器以一定的掃描速度與樣品（臺）實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn) 2聯(lián)動(dòng)掃描，測量各衍射角（聯(lián)動(dòng)掃描，測量各衍射角（22）相應(yīng)的）相應(yīng)的衍射強(qiáng)度，結(jié)果獲得衍射強(qiáng)度，結(jié)果獲得I-2I-2曲線。（見下圖）曲線。（見下圖）特點(diǎn)特點(diǎn)：可獲得完整而連續(xù)的衍射圖，掃描速度快、工可獲得完整而連續(xù)的衍射圖，掃描速度快、工作效率高，常用于物相的作效率高，常用于物相的定性分析定性分析。分為連續(xù)掃描和步進(jìn)掃描分為連續(xù)掃描和步進(jìn)掃描1. 1. 連續(xù)掃描

33、連續(xù)掃描常用于試樣的定性分析常用于試樣的定性分析2 04 06 08 01 0 0 2 ( d e g r e e ) C u C u2O M o S i22. 2. 階梯階梯掃描法掃描法（步進(jìn)掃描法步進(jìn)掃描法） 計(jì)數(shù)器首先固定在起始計(jì)數(shù)器首先固定在起始22角位置，按設(shè)定時(shí)間定時(shí)計(jì)角位置，按設(shè)定時(shí)間定時(shí)計(jì)數(shù)（數(shù)（例如例如5s5s）獲得）獲得該該22處衍射強(qiáng)度；處衍射強(qiáng)度；然后將計(jì)數(shù)器以一定然后將計(jì)數(shù)器以一定的步進(jìn)寬度轉(zhuǎn)動(dòng)的步進(jìn)寬度轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度（一個(gè)角度（0.020），再記錄該角度處的衍，再記錄該角度處的衍射強(qiáng)度，每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，重復(fù)上述過程，結(jié)果獲得兩兩射強(qiáng)度，每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，重復(fù)上述過程，結(jié)

34、果獲得兩兩相隔一個(gè)步長相隔一個(gè)步長（0.020）的各的各22角對應(yīng)的衍射強(qiáng)度。角對應(yīng)的衍射強(qiáng)度。特點(diǎn)特點(diǎn)：常用于定量分析工作，可精確測量衍射峰的積分強(qiáng)常用于定量分析工作，可精確測量衍射峰的積分強(qiáng) 度、位置；度、位置； 精度高，但費(fèi)時(shí)，通常只用于測量角范圍不大的衍精度高，但費(fèi)時(shí)，通常只用于測量角范圍不大的衍 射圖。射圖。測量參數(shù)測量參數(shù)1. 狹縫光欄寬度狹縫光欄寬度. 增加狹縫光欄寬度可使衍射強(qiáng)度增加，增加狹縫光欄寬度可使衍射強(qiáng)度增加， 但分辨率下降；但分辨率下降；. 增大發(fā)散狹縫寬度增大發(fā)散狹縫寬度b時(shí)應(yīng)避免在時(shí)應(yīng)避免在角較小角較小 時(shí)因光束過寬而照射到樣品之外為原則時(shí)因光束過寬而照射到樣品之外為原則 （否則降低了有效衍射強(qiáng)度，并帶來樣品（否則降低了有效衍射強(qiáng)度，并帶來樣品 框等產(chǎn)生的干擾線條和背底強(qiáng)度）；框等產(chǎn)生的干擾線條和背底強(qiáng)度）； . 防寄生散射狹縫影響峰背比，一般取防寄生散射狹縫影響峰背比，一般取其寬度與發(fā)散狹縫同值；其寬度與發(fā)散狹縫同值；. 接收狹縫大小按強(qiáng)度及分辨率要求選接收狹縫大小按強(qiáng)度及分辨率要求選 擇，一般情況下，只要衍射強(qiáng)度足夠擇，一般情況下，只要衍射強(qiáng)度足夠 大，盡可能選用較小的狹縫寬度（增大，盡可能選用較小的狹縫寬度（增 大分辨率）。大分辨率）。2. 掃描速度掃描速度 增大掃描速度可節(jié)省測試時(shí)間，但增大掃描速度可節(jié)省測試時(shí)間，但