第2章1-多晶體X射線衍射分析方法

1、 重點(diǎn)討論在金屬材料中應(yīng)用最為廣泛的粉末法重點(diǎn)討論在金屬材料中應(yīng)用最為廣泛的粉末法的強(qiáng)度問(wèn)題，側(cè)重點(diǎn)在物理概念和分析思路。的強(qiáng)度問(wèn)題，側(cè)重點(diǎn)在物理概念和分析思路。 在粉末法中影響在粉末法中影響X X射線強(qiáng)度的因子有如下五項(xiàng)：射線強(qiáng)度的因子有如下五項(xiàng)：結(jié)構(gòu)因子結(jié)構(gòu)因子晶粒數(shù)目晶粒數(shù)目角因子（包括偏振因子和洛侖茲因子）角因子（包括偏振因子和洛侖茲因子）多重性因子多重性因子吸收因子吸收因子溫度因子溫度因子回顧：粉末多晶體的衍射強(qiáng)度回顧：粉末多晶體的衍射強(qiáng)度布拉菲點(diǎn)陣布拉菲點(diǎn)陣出現(xiàn)的反射出現(xiàn)的反射消失的反射消失的反射簡(jiǎn)單點(diǎn)陣簡(jiǎn)單點(diǎn)陣全部全部無(wú)無(wú)體心點(diǎn)陣體心點(diǎn)陣H+K+LH+K+L為偶數(shù)為偶數(shù)H+K+L

2、H+K+L為奇數(shù)為奇數(shù)面心點(diǎn)陣面心點(diǎn)陣H H、K K、L L全為奇全為奇數(shù)或全為偶數(shù)數(shù)或全為偶數(shù)H H、K K、L L奇偶混雜奇偶混雜結(jié)構(gòu)因子結(jié)構(gòu)因子 F = 一個(gè)晶胞內(nèi)所有原子散射的相干散射波振幅一個(gè)晶胞內(nèi)所有原子散射的相干散射波振幅 一個(gè)電子散射的相干散射波振幅一個(gè)電子散射的相干散射波振幅 圖圖3-7 3-7 參加衍射的晶粒分?jǐn)?shù)估計(jì)參加衍射的晶粒分?jǐn)?shù)估計(jì) 理想情況下，只有與入理想情況下，只有與入射線成嚴(yán)格射線成嚴(yán)格角的晶面可角的晶面可參與衍射，實(shí)際上衍射可參與衍射，實(shí)際上衍射可發(fā)生在小角度發(fā)生在小角度范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 環(huán)帶面積與倒易球面積環(huán)帶面積與倒易球面積之比，即為參加衍射的晶之比，即為

3、參加衍射的晶粒分?jǐn)?shù)：粒分?jǐn)?shù)： *22sin(90)cos4 ()2rrr參加衍射的晶粒分?jǐn)?shù)晶粒數(shù)目影響晶粒數(shù)目影響 角因子是反映衍射線角因子是反映衍射線強(qiáng)度隨衍射角而變化強(qiáng)度隨衍射角而變化的因素，從物理意義的因素，從物理意義上來(lái)說(shuō)，它反映的是上來(lái)說(shuō)，它反映的是不同方向上原子及晶不同方向上原子及晶胞的散射強(qiáng)度是不同胞的散射強(qiáng)度是不同的的以及能參與衍射的以及能參與衍射的晶粒數(shù)目也是不同的。晶粒數(shù)目也是不同的。221 cos 28sincos角因子=附錄附錄B B 粉末法的多重性因子粉末法的多重性因子 晶系晶系指數(shù)指數(shù)H00H000 0K0K00000L LHHHHHHHH0HH0HK0HK00 0

4、KLKLH0LH0LHHLHHLHKLHKLP P 立方立方6 68 81212242424244848菱方、菱方、六方六方6 62 26 612122424 正方正方4 42 24 48 88 81616 稱某種晶面的等同晶面數(shù)為影響衍射強(qiáng)度的稱某種晶面的等同晶面數(shù)為影響衍射強(qiáng)度的多重性因子多重性因子P P。 圓柱試樣的吸收因數(shù)與圓柱試樣的吸收因數(shù)與lr及及的的關(guān)系關(guān)系吸收因數(shù)：吸收因數(shù)：A(A() ) 平板試樣的吸收因素，平板試樣的吸收因素，在入射角與反射角相等時(shí)，在入射角與反射角相等時(shí)，吸收與吸收與無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。溫度因子對(duì)衍射強(qiáng)度影響的規(guī)律溫度因子對(duì)衍射強(qiáng)度影響的規(guī)律: :一定時(shí)，溫度一定

5、時(shí)，溫度T T越高越高M(jìn) M越大，越大，e e-2M-2M越小，衍射越小，衍射強(qiáng)度減小；強(qiáng)度減??；T T一定時(shí)，衍射角一定時(shí)，衍射角越大越大M M越大，越大，e e-2M-2M越小，衍越小，衍射強(qiáng)度減小射強(qiáng)度減小, ,所以背反射時(shí)的衍射強(qiáng)度較小。所以背反射時(shí)的衍射強(qiáng)度較小。溫度因數(shù)溫度因數(shù)：在溫度：在溫度T T下的下的X X射線衍射強(qiáng)度射線衍射強(qiáng)度I IT T與與0K0K下下的衍射強(qiáng)度的衍射強(qiáng)度I I之比之比2/MTIIe第第2 2章章1 1 多晶體多晶體X X射線衍射分析方法射線衍射分析方法 內(nèi)容提要內(nèi)容提要: : 引引 言言 第一節(jié)第一節(jié) 德拜照相法德拜照相法 第二節(jié)第二節(jié) X X射線衍射

6、儀法射線衍射儀法引引 言言 X射線衍射線衍射方法射方法 照相法照相法 X射線衍射線衍射儀法射儀法 粉末法粉末法 勞埃法勞埃法 轉(zhuǎn)晶法轉(zhuǎn)晶法 聚焦法聚焦法 平板底片法平板底片法 德拜法德拜法 粉末法的原理粉末法的原理: 對(duì)于粉末試樣，當(dāng)一束對(duì)于粉末試樣，當(dāng)一束X射線射線從任意方向照射到粉末樣品從任意方向照射到粉末樣品上時(shí)，總會(huì)有足夠多的晶面上時(shí)，總會(huì)有足夠多的晶面滿足布拉格方程。滿足布拉格方程。 在與入射線呈在與入射線呈2角的方向上角的方向上產(chǎn)生衍射，衍射線形成一個(gè)產(chǎn)生衍射，衍射線形成一個(gè)相應(yīng)的相應(yīng)的4頂角的反射圓錐。頂角的反射圓錐。 各個(gè)圓錐均由特定的晶面反各個(gè)圓錐均由特定的晶面反射引起的。射

7、引起的。 圓錐的軸為入射束，特定晶圓錐的軸為入射束，特定晶面的衍射束均在反射圓錐面面的衍射束均在反射圓錐面上。上。圖示繪出了衍射線的空間分布圖示繪出了衍射線的空間分布(繪出了三個(gè)衍射圓錐繪出了三個(gè)衍射圓錐) 第一節(jié)第一節(jié) 德拜照相法德拜照相法 照相法照相法：以光源（：以光源（X X射線射線管）發(fā)出的特征管）發(fā)出的特征X X射線照射線照射多晶體樣品，使之產(chǎn)生射多晶體樣品，使之產(chǎn)生衍射，并用照相底片記錄衍射，并用照相底片記錄衍射花樣的方法。衍射花樣的方法。德拜德拜- -謝樂(lè)法：謝樂(lè)法： 德拜法的主要特點(diǎn)：用德拜法的主要特點(diǎn)：用細(xì)細(xì)圓柱狀試樣圓柱狀試樣和和環(huán)帶狀底片環(huán)帶狀底片。 將一個(gè)長(zhǎng)條形底片圈成

8、一將一個(gè)長(zhǎng)條形底片圈成一個(gè)圓，以試樣為圓心，以個(gè)圓，以試樣為圓心，以X X射線入射方向?yàn)橹睆椒派渚€入射方向?yàn)橹睆椒胖萌Τ傻膱A底片。置圈成的圓底片。 這樣圓圈底片和所有反射圓錐相交形成一個(gè)個(gè)這樣圓圈底片和所有反射圓錐相交形成一個(gè)個(gè)弧形線對(duì)，從而可以記錄下所有衍射花樣，這弧形線對(duì)，從而可以記錄下所有衍射花樣，這種方法就是德拜種方法就是德拜- -謝樂(lè)照相法。謝樂(lè)照相法。 記錄下衍射花樣的圓圈底片，展平后可以測(cè)量弧記錄下衍射花樣的圓圈底片，展平后可以測(cè)量弧形線對(duì)的距離形線對(duì)的距離2L，進(jìn)一步可求出，進(jìn)一步可求出L對(duì)應(yīng)的反射圓對(duì)應(yīng)的反射圓錐的半頂角錐的半頂角2，從而可以標(biāo)定衍射花樣。，從而可以標(biāo)定衍射花

9、樣。一、德拜相機(jī)一、德拜相機(jī) 德拜相機(jī)是德拜相機(jī)是圓筒形圓筒形的。的。 結(jié)構(gòu)：主要由相機(jī)圓筒、結(jié)構(gòu)：主要由相機(jī)圓筒、光欄、承光管和位于圓光欄、承光管和位于圓筒中心的試樣架構(gòu)成。筒中心的試樣架構(gòu)成。與圓筒內(nèi)壁周長(zhǎng)相等的與圓筒內(nèi)壁周長(zhǎng)相等的底片，圈成圓圈緊貼圓底片，圈成圓圈緊貼圓筒內(nèi)壁安裝。筒內(nèi)壁安裝。 X X射線從濾光片進(jìn)入前光射線從濾光片進(jìn)入前光闌，照射細(xì)圓柱試樣后再進(jìn)闌，照射細(xì)圓柱試樣后再進(jìn)入后光闌入后光闌( (承光管承光管) )。 相機(jī)圓筒常常設(shè)計(jì)為內(nèi)圓周長(zhǎng)為相機(jī)圓筒常常設(shè)計(jì)為內(nèi)圓周長(zhǎng)為180mm180mm和和360mm360mm，對(duì)應(yīng)的圓直徑為，對(duì)應(yīng)的圓直徑為57.3mm57.3mm和和

10、114.6mm114.6mm。 這樣的設(shè)計(jì)目的是使底片在長(zhǎng)度這樣的設(shè)計(jì)目的是使底片在長(zhǎng)度方向上每毫米對(duì)應(yīng)圓心角方向上每毫米對(duì)應(yīng)圓心角2 2和和1 1，為將底片上測(cè)量的弧形線對(duì)，為將底片上測(cè)量的弧形線對(duì)距離距離2L2L折算成折算成44角提供方便。角提供方便。二、德拜法的實(shí)驗(yàn)條件二、德拜法的實(shí)驗(yàn)條件 1、試樣試樣 試樣尺寸為試樣尺寸為 mm的細(xì)圓柱狀的細(xì)圓柱狀樣品。樣品。 試樣要求：試樣要求： 第一、試樣粉末尺寸大小要適中第一、試樣粉末尺寸大小要適中；粉末顆粒通；粉末顆粒通常在常在10-310-5cm之間（過(guò)之間（過(guò)250300目篩），每目篩），每個(gè)顆粒又可能包含了好幾顆晶粒。個(gè)顆粒又可能包含了好

11、幾顆晶粒。 第二、試樣粉末不能存在應(yīng)力。第二、試樣粉末不能存在應(yīng)力。脆性材料可以脆性材料可以用碾壓或用研缽研磨的方法獲??；對(duì)于塑性材用碾壓或用研缽研磨的方法獲?。粚?duì)于塑性材料料(如金屬、合金等如金屬、合金等)可以用銼刀銼出碎屑粉末可以用銼刀銼出碎屑粉末；或在真空或保護(hù)氣氛下退火或在真空或保護(hù)氣氛下退火1058 . 04 . 02 2底片的安裝方法及其特點(diǎn)底片的安裝方法及其特點(diǎn) 底片的安裝方式根據(jù)圓簡(jiǎn)底片開(kāi)口處所在底片的安裝方式根據(jù)圓簡(jiǎn)底片開(kāi)口處所在位置的不同，可分為以下幾種：位置的不同，可分為以下幾種：衍射花樣的特點(diǎn)是，低角度的弧線位于底片中央，高角度線衍射花樣的特點(diǎn)是，低角度的弧線位于底片中

12、央，高角度線則靠近兩端。弧線呈左右對(duì)稱分布。正裝法的幾何關(guān)系和計(jì)則靠近兩端?；【€呈左右對(duì)稱分布。正裝法的幾何關(guān)系和計(jì)算均較簡(jiǎn)單，用于一般的物相分析算均較簡(jiǎn)單，用于一般的物相分析。 1 1）正裝法：）正裝法： 其特點(diǎn)是弧線亦呈左右對(duì)稱分布，但高角度線條位于底片中央。其特點(diǎn)是弧線亦呈左右對(duì)稱分布，但高角度線條位于底片中央。它比較適合于測(cè)量高角度的衍射線。由于高角線有較高的分辨它比較適合于測(cè)量高角度的衍射線。由于高角線有較高的分辨本領(lǐng)，故適合于點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)定本領(lǐng)，故適合于點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)定。 2 2）反裝法：）反裝法： 其特點(diǎn)是從整個(gè)德拜圖來(lái)看，左右弧線是不對(duì)稱的。但低角其特點(diǎn)是從整個(gè)德拜圖來(lái)看，左

13、右弧線是不對(duì)稱的。但低角度和高角度的衍射線分別圍繞兩個(gè)孔形成對(duì)稱的弧線。該方法度和高角度的衍射線分別圍繞兩個(gè)孔形成對(duì)稱的弧線。該方法能同時(shí)顧及高低角度的衍射線，還可以直接由底片上測(cè)算出真能同時(shí)顧及高低角度的衍射線，還可以直接由底片上測(cè)算出真實(shí)的圓周長(zhǎng)消除了由于底片收縮以及相機(jī)半徑不準(zhǔn)確所產(chǎn)生的實(shí)的圓周長(zhǎng)消除了由于底片收縮以及相機(jī)半徑不準(zhǔn)確所產(chǎn)生的誤差。因此是最常用的方法。誤差。因此是最常用的方法。3 3）偏裝法（不對(duì)稱裝法）：）偏裝法（不對(duì)稱裝法）： 不對(duì)稱法底片上高、低角度位置的判斷：不對(duì)稱法底片上高、低角度位置的判斷： A A、由于樣品對(duì)、由于樣品對(duì)X X射線的吸收等原因，低角度線一般較為

14、細(xì)而射線的吸收等原因，低角度線一般較為細(xì)而明銳，高角度線則較為寬而獼散；明銳，高角度線則較為寬而獼散； B B、由于樣品的熒光輻射等原因，實(shí)際上在沒(méi)有衍射線的地、由于樣品的熒光輻射等原因，實(shí)際上在沒(méi)有衍射線的地方，底片上也都有一定的黑度，這就是所謂的背景。一般情方，底片上也都有一定的黑度，這就是所謂的背景。一般情況下，低角度區(qū)的背景較深，高角度區(qū)中心則較淺；況下，低角度區(qū)的背景較深，高角度區(qū)中心則較淺； C C、由于、由于增大時(shí)增大時(shí)1 1線與線與2 2線分離得較開(kāi)，因而在高角度區(qū)，線分離得較開(kāi)，因而在高角度區(qū)，特別是在其近處往往可以出現(xiàn)雙線。特別是在其近處往往可以出現(xiàn)雙線。 2 2、陽(yáng)極靶和

15、濾波片的選擇、陽(yáng)極靶和濾波片的選擇 陽(yáng)極靶陽(yáng)極靶的選擇：的選擇：Z Z靶靶 Z Z樣樣+1+1，或，或Z Z靶靶 Z Z樣樣。 濾波片濾波片的選擇：的選擇： 當(dāng)當(dāng)Z Z靶靶 40 40時(shí)，時(shí)，Z Z濾濾 = Z = Z靶靶 - 1 - 1； 當(dāng)當(dāng)Z Z靶靶 40 40時(shí)，時(shí)，Z Z濾濾 = Z = Z靶靶 2 2。 獲得單色光的方法除了濾波片以外，還可以采用單色器。獲得單色光的方法除了濾波片以外，還可以采用單色器。 3 3、X X射線管的電壓和電流射線管的電壓和電流 通常管電壓為陽(yáng)極靶材臨界電壓（通常管電壓為陽(yáng)極靶材臨界電壓（V VK K）的）的3 35 5倍倍，此時(shí)特征譜與連續(xù)譜的強(qiáng)度比最大

16、。此時(shí)特征譜與連續(xù)譜的強(qiáng)度比最大。 管電流可以盡量選大（可縮短攝照時(shí)間），但以管電流可以盡量選大（可縮短攝照時(shí)間），但以不超過(guò)不超過(guò)X X射線管的額定功率為限。射線管的額定功率為限。 4 4、確定曝光時(shí)間、確定曝光時(shí)間 德拜法的攝照時(shí)間以德拜法的攝照時(shí)間以h h計(jì)。計(jì)。三、德拜花樣的指數(shù)標(biāo)定（即指標(biāo)化）三、德拜花樣的指數(shù)標(biāo)定（即指標(biāo)化） 德拜相的指標(biāo)化：德拜相的指標(biāo)化：就是確定照片上各線條（弧對(duì)）就是確定照片上各線條（弧對(duì)）的晶面指數(shù)。的晶面指數(shù)。 指數(shù)標(biāo)定步驟指數(shù)標(biāo)定步驟: : 第一步：測(cè)量每一衍射線對(duì)的幾何位置（第一步：測(cè)量每一衍射線對(duì)的幾何位置（22角）角）及其相對(duì)強(qiáng)度；及其相對(duì)強(qiáng)度；

17、第二步：根據(jù)測(cè)量結(jié)果標(biāo)定每一對(duì)衍射線的晶面第二步：根據(jù)測(cè)量結(jié)果標(biāo)定每一對(duì)衍射線的晶面指數(shù)。指數(shù)。( (即每對(duì)弧線代表一個(gè)即每對(duì)弧線代表一個(gè)(hkl)(hkl)面網(wǎng)面網(wǎng)) )1 1、衍射花樣照片的測(cè)量與計(jì)算、衍射花樣照片的測(cè)量與計(jì)算 衍射線條衍射線條幾何位置幾何位置的測(cè)的測(cè)量：量： 對(duì)各弧線對(duì)標(biāo)號(hào)；對(duì)各弧線對(duì)標(biāo)號(hào)； 測(cè)量弧線對(duì)之間的測(cè)量弧線對(duì)之間的距離距離2L2L； 計(jì)算出與計(jì)算出與2L2L對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的4 4角。角。 衍射線條衍射線條強(qiáng)度強(qiáng)度的測(cè)量：的測(cè)量： 德拜花樣衍射線弧對(duì)的強(qiáng)度通常是相對(duì)強(qiáng)度。德拜花樣衍射線弧對(duì)的強(qiáng)度通常是相對(duì)強(qiáng)度。 當(dāng)要求精度當(dāng)要求精度不高不高時(shí)，這個(gè)相對(duì)強(qiáng)度常常是估計(jì)值

18、，按很強(qiáng)時(shí)，這個(gè)相對(duì)強(qiáng)度常常是估計(jì)值，按很強(qiáng)（VSVS）、強(qiáng)（）、強(qiáng)（S S）、中（）、中（M M）、弱（）、弱（W W）和很弱（）和很弱（VWVW）分成）分成5 5個(gè)級(jí)別。個(gè)級(jí)別。 精度要求精度要求較高較高時(shí)，則可以用時(shí)，則可以用黑度儀黑度儀測(cè)量出每條衍射線弧對(duì)測(cè)量出每條衍射線弧對(duì)的黑度值，再求出其相對(duì)強(qiáng)度。的黑度值，再求出其相對(duì)強(qiáng)度。 精度要求精度要求更高更高時(shí)，需要依靠時(shí)，需要依靠X X射線衍射儀射線衍射儀來(lái)獲得衍射花樣！來(lái)獲得衍射花樣！ 2 2、衍射花樣的指數(shù)標(biāo)定、衍射花樣的指數(shù)標(biāo)定 即標(biāo)定每一衍射線對(duì)的即標(biāo)定每一衍射線對(duì)的晶面指數(shù)晶面指數(shù)。 （在衍射儀法中介紹）（在衍射儀法中介紹）第

19、二節(jié)第二節(jié) X X射線衍射儀法射線衍射儀法 X X射線（多晶體）衍射儀是以特征射線（多晶體）衍射儀是以特征X X射線照射多晶體射線照射多晶體樣品，并用輻射探測(cè)器記錄衍射花樣的衍射實(shí)驗(yàn)裝樣品，并用輻射探測(cè)器記錄衍射花樣的衍射實(shí)驗(yàn)裝置。置。 X X射線射線衍射儀測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：方便、快速、準(zhǔn)確等。衍射儀測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)：方便、快速、準(zhǔn)確等。衍射儀外觀圖衍射儀外觀圖 X X射線衍射儀的射線衍射儀的基本組成部分基本組成部分： X X射線發(fā)生射線發(fā)生器器 測(cè)角儀（核心部分）測(cè)角儀（核心部分） 輻射探測(cè)器輻射探測(cè)器 輻射測(cè)量電路輻射測(cè)量電路（一）X射線衍射儀結(jié)構(gòu)與工作原理 1、測(cè)角儀1）測(cè)角儀的構(gòu)造 測(cè)角儀的結(jié)構(gòu)測(cè)

20、角儀的結(jié)構(gòu)一、測(cè)角儀一、測(cè)角儀 1、測(cè)角儀的構(gòu)造和工作原理、測(cè)角儀的構(gòu)造和工作原理構(gòu)造如圖。構(gòu)造如圖。 (1) 粉末試樣安裝在可旋轉(zhuǎn)試樣粉末試樣安裝在可旋轉(zhuǎn)試樣臺(tái)臺(tái)H上上(2) X射線源射線源發(fā)射出的發(fā)射出的X射線射向射線射向試樣；試樣；(3) 由試樣反射形成的衍射光束，由試樣反射形成的衍射光束，從接收狹縫從接收狹縫F處射入計(jì)數(shù)管處射入計(jì)數(shù)管C（4）角位置在刻度尺）角位置在刻度尺K上讀出。上讀出。 (5) 測(cè)量動(dòng)作：測(cè)量動(dòng)作： -2聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng) 即樣品和計(jì)數(shù)管的轉(zhuǎn)動(dòng)角即樣品和計(jì)數(shù)管的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度保持速度保持1：2的速比。當(dāng)?shù)乃俦取．?dāng)H轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)過(guò)角度時(shí)，角度時(shí)，E恒轉(zhuǎn)過(guò)恒轉(zhuǎn)過(guò)2。這就是試樣。這就是試樣-

21、計(jì)數(shù)管的計(jì)數(shù)管的聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng)(常寫作常寫作-2 聯(lián)動(dòng)聯(lián)動(dòng))。為何采用為何采用 -2-2 聯(lián)動(dòng)？聯(lián)動(dòng)？ 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)1:21:2的角速度比，是保證當(dāng)計(jì)數(shù)器處于的角速度比，是保證當(dāng)計(jì)數(shù)器處于22角的角的位置時(shí)，試樣表面與入射線的掠射角為位置時(shí)，試樣表面與入射線的掠射角為，從而使，從而使入射線與衍射線以試樣表面法線為對(duì)稱軸，在兩側(cè)入射線與衍射線以試樣表面法線為對(duì)稱軸，在兩側(cè)對(duì)稱分布對(duì)稱分布。 因此，輻射探測(cè)器接收到的衍射是那些與試樣表面因此，輻射探測(cè)器接收到的衍射是那些與試樣表面平行的晶面產(chǎn)生的衍射。（雖然有些晶面不平行于平行的晶面產(chǎn)生的衍射。（雖然有些晶面不平行于試樣表面，盡管也產(chǎn)生衍射，但衍射線進(jìn)不了探

22、測(cè)試樣表面，盡管也產(chǎn)生衍射，但衍射線進(jìn)不了探測(cè)器，不能被接收。）器，不能被接收。） 聯(lián)動(dòng)掃描過(guò)程中，探測(cè)器沿測(cè)角儀圓由低聯(lián)動(dòng)掃描過(guò)程中，探測(cè)器沿測(cè)角儀圓由低22角到高角到高22角角轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)當(dāng)轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)便可接收到一根反射線，這樣轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)便可接收到一根反射線，這樣逐一探測(cè)和記錄下各條衍射線的位置（逐一探測(cè)和記錄下各條衍射線的位置（22角度）和強(qiáng)度，角度）和強(qiáng)度，獲得衍射譜。獲得衍射譜。 衍射儀法和德拜照相法的花樣比較衍射儀法和德拜照相法的花樣比較2 2、測(cè)角儀的聚焦幾何、測(cè)角儀的聚焦幾何 測(cè)角儀的衍射線的聚焦條件是根測(cè)角儀的衍射線的聚焦條件是根據(jù)據(jù)聚焦原理聚焦原理設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)的

23、。 根據(jù)聚焦原理：根據(jù)聚焦原理：“同一圓周上的同一圓周上的同弧圓周角相等同弧圓周角相等”，當(dāng)一束，當(dāng)一束X X射線射線從從S S照射到試樣表面照射到試樣表面AOBAOB上，它們上，它們的同一（的同一（HKLHKL）的衍射線的會(huì)聚點(diǎn)）的衍射線的會(huì)聚點(diǎn)F F必落到同一聚焦圓上。這時(shí)圓周必落到同一聚焦圓上。這時(shí)圓周角角SAF=SOF=SBF=-2SAF=SOF=SBF=-2。二、探測(cè)器二、探測(cè)器 探測(cè)器的作用：接收樣品衍射線（光子），并將探測(cè)器的作用：接收樣品衍射線（光子），并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姡ㄋ矔r(shí)脈沖）信號(hào)。光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姡ㄋ矔r(shí)脈沖）信號(hào)。 X射線衍射儀可用的探測(cè)器有：正比計(jì)數(shù)器、閃射線衍射儀可用

24、的探測(cè)器有：正比計(jì)數(shù)器、閃爍計(jì)數(shù)器、爍計(jì)數(shù)器、Si（Li）半導(dǎo)體探測(cè)器等。）半導(dǎo)體探測(cè)器等。 其中常用的是正比計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器。其中常用的是正比計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器。正比計(jì)數(shù)器正比計(jì)數(shù)器 正比計(jì)數(shù)器是利用正比計(jì)數(shù)器是利用X X射線光子使計(jì)數(shù)器內(nèi)惰性氣體電離，射線光子使計(jì)數(shù)器內(nèi)惰性氣體電離，所形成的電子流在外電路中產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。所形成的電子流在外電路中產(chǎn)生一個(gè)電脈沖。 脈沖大小與入射脈沖大小與入射X X射線光子能量成正比，可與脈沖高度分射線光子能量成正比，可與脈沖高度分析器聯(lián)用。析器聯(lián)用。閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器 工作原理：利用工作原理：利用x射線能激發(fā)某些固體物質(zhì)射線能激發(fā)某些固體物質(zhì)(磷光體磷

25、光體)發(fā)射發(fā)射可見(jiàn)熒光，并通過(guò)光電倍增管轉(zhuǎn)換和放大為能夠測(cè)量的電可見(jiàn)熒光，并通過(guò)光電倍增管轉(zhuǎn)換和放大為能夠測(cè)量的電流；流； 由于輸出的電流和由于輸出的電流和X光子的能量成正比，因此光子的能量成正比，因此也也可與脈沖可與脈沖高度分析器聯(lián)用，從而高度分析器聯(lián)用，從而用來(lái)測(cè)量衍射線的強(qiáng)度。用來(lái)測(cè)量衍射線的強(qiáng)度。 閃爍計(jì)數(shù)器由磷閃爍計(jì)數(shù)器由磷光體及光電倍增管光體及光電倍增管組成，其構(gòu)造及探組成，其構(gòu)造及探測(cè)原理如圖所示。測(cè)原理如圖所示。三、實(shí)驗(yàn)條件及計(jì)數(shù)測(cè)量方法三、實(shí)驗(yàn)條件及計(jì)數(shù)測(cè)量方法 1 1、試樣、試樣 衍射儀法試樣是衍射儀法試樣是平板狀平板狀?？梢允墙饘佟⒎墙饘俚膲K狀、片?？梢允墙饘佟⒎墙饘俚膲K

26、狀、片狀或各種粉末。狀或各種粉末。 試樣要求：試樣要求： 試樣晶粒大小要適宜，在試樣晶粒大小要適宜，在1m1m5m5m左右最佳。左右最佳。 試樣試樣不能有擇優(yōu)取向不能有擇優(yōu)取向(織構(gòu)織構(gòu))存在。否則探測(cè)到的存在。否則探測(cè)到的X射線射線強(qiáng)度分布不均勻。強(qiáng)度分布不均勻。 不宜有應(yīng)力存在。應(yīng)力將使衍射峰寬化，不宜有應(yīng)力存在。應(yīng)力將使衍射峰寬化，2角測(cè)量精角測(cè)量精度下降。度下降。 試樣表面的平整度越高越好，但在表面平的過(guò)程中注試樣表面的平整度越高越好，但在表面平的過(guò)程中注意不要引入摩擦應(yīng)力。意不要引入摩擦應(yīng)力。 試樣厚度也有一個(gè)最佳值（與試樣厚度也有一個(gè)最佳值（與有關(guān)）。有關(guān)）。 2、實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇、實(shí)

27、驗(yàn)參數(shù)選擇 與德拜法中一樣的實(shí)驗(yàn)參數(shù)：與德拜法中一樣的實(shí)驗(yàn)參數(shù)： 陽(yáng)極靶和濾波片的陽(yáng)極靶和濾波片的選擇選擇；X X射線管的電壓和電流。射線管的電壓和電流。 與德拜法不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)：與德拜法不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)：狹縫光欄寬度狹縫光欄寬度、時(shí)間時(shí)間常數(shù)常數(shù)和和掃描速度掃描速度。 物相分析時(shí)，掃描速度常用物相分析時(shí)，掃描速度常用3 5 /min。3、掃描方式掃描方式 多晶體衍射儀掃描方式分為多晶體衍射儀掃描方式分為連續(xù)掃描連續(xù)掃描和和步進(jìn)掃描步進(jìn)掃描兩種。兩種。（1）連續(xù)掃描（最常用）連續(xù)掃描（最常用）：在選定的在選定的2角范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)管以一定的掃描速度與角范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)管以一定的掃描速度與樣品樣品(臺(tái)臺(tái))

28、聯(lián)動(dòng)，連續(xù)測(cè)量各衍射角相應(yīng)的衍射強(qiáng)聯(lián)動(dòng)，連續(xù)測(cè)量各衍射角相應(yīng)的衍射強(qiáng)度，獲得度，獲得I2 曲線。曲線。連續(xù)掃描方式掃描速度快、效率高。連續(xù)掃描方式掃描速度快、效率高。一般用于對(duì)樣品的全掃描測(cè)量（如物相定性分析）。一般用于對(duì)樣品的全掃描測(cè)量（如物相定性分析）。 （2）步進(jìn)掃描）步進(jìn)掃描 常用于精確測(cè)量衍射峰的強(qiáng)度、確定衍射峰位、常用于精確測(cè)量衍射峰的強(qiáng)度、確定衍射峰位、線形分析等定量分析工作。線形分析等定量分析工作。 步進(jìn)掃描測(cè)量精度較高，但費(fèi)時(shí)，一般僅用于測(cè)步進(jìn)掃描測(cè)量精度較高，但費(fèi)時(shí)，一般僅用于測(cè)量量2 范圍不大的一段衍射圖。范圍不大的一段衍射圖。4、 衍射花樣的指數(shù)標(biāo)定衍射花樣的指數(shù)標(biāo)定

29、衍射圖中的每條衍衍射圖中的每條衍射線都是由一族相射線都是由一族相應(yīng)的晶面反射產(chǎn)生應(yīng)的晶面反射產(chǎn)生的。每條衍射線都的。每條衍射線都可以用相應(yīng)晶面族可以用相應(yīng)晶面族指數(shù)來(lái)表征。指數(shù)來(lái)表征。 根據(jù)衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)得根據(jù)衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)得XRD衍射圖，求出每條衍衍射圖，求出每條衍射線對(duì)應(yīng)的晶面族的指數(shù)，稱為衍射指數(shù)的射線對(duì)應(yīng)的晶面族的指數(shù)，稱為衍射指數(shù)的標(biāo)注標(biāo)注，這是測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的重要程序之一。，這是測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的重要程序之一。 （1 1）已知材料：組成、結(jié)構(gòu)已知或有對(duì)應(yīng)衍射卡片的材料）已知材料：組成、結(jié)構(gòu)已知或有對(duì)應(yīng)衍射卡片的材料將已知點(diǎn)陣參數(shù)代入面間距公式，算出各個(gè)（將已知點(diǎn)陣參數(shù)代入面間距公式，算出各個(gè)（H

30、KLHKL）面對(duì)應(yīng)的晶）面對(duì)應(yīng)的晶面間距面間距d d，再與實(shí)測(cè)的各衍射線，再與實(shí)測(cè)的各衍射線d d值進(jìn)行比較，確定值進(jìn)行比較，確定HKLHKL；或者；或者利用衍射卡片與實(shí)測(cè)利用衍射卡片與實(shí)測(cè)d d值比較，標(biāo)定出衍射指數(shù)。值比較，標(biāo)定出衍射指數(shù)。 （2 2）未知材料：新材料，結(jié)構(gòu)未知，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的衍射卡片）未知材料：新材料，結(jié)構(gòu)未知，沒(méi)有對(duì)應(yīng)的衍射卡片需要從衍射幾何和晶體學(xué)的基本理論出發(fā)，分析各晶系點(diǎn)陣的需要從衍射幾何和晶體學(xué)的基本理論出發(fā)，分析各晶系點(diǎn)陣的d d值數(shù)列的特征及其與衍射指數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而確定值數(shù)列的特征及其與衍射指數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而確定HKLHKL。例：立方系晶體衍射花樣

31、標(biāo)定例：立方系晶體衍射花樣標(biāo)定 介紹立方晶系晶體指標(biāo)化的數(shù)值計(jì)算法。介紹立方晶系晶體指標(biāo)化的數(shù)值計(jì)算法。 對(duì)于立方晶系，有：對(duì)于立方晶系，有： 上式中，上式中， 對(duì)于同一物質(zhì)的同一衍射花樣中的各條衍射對(duì)于同一物質(zhì)的同一衍射花樣中的各條衍射線是相同的，所以它是常數(shù)。線是相同的，所以它是常數(shù)。 因此，衍射花樣中的各條線對(duì)的晶面指數(shù)平方和因此，衍射花樣中的各條線對(duì)的晶面指數(shù)平方和（h h2 2+k+k2 2+l+l2 2）與）與sinsin2 2是一一對(duì)應(yīng)的。是一一對(duì)應(yīng)的。2222224sinlkha224a 令令N=hN=h2 2+k+k2 2+l+l2 2 ，則有：，則有： 即掠射角正弦的平方之比等于晶面指數(shù)平方和之比。即掠射角正弦的平方之比等于晶面指數(shù)平方和之比。 根據(jù)立方晶系的消光規(guī)律，相應(yīng)的根據(jù)立方晶系的消光規(guī)律，相應(yīng)的N N值序列規(guī)律如下：值序列規(guī)律如下：nnNNNN:sin:sin:sin:sin3212322212點(diǎn)陣類型點(diǎn)陣類型N值序列比值序列比簡(jiǎn)單立方簡(jiǎn)單立方1:2:3:4:5:6:8:9:10:體心立方體心立方2:4:6:8:10:12:14:16:18:面心立方面心立方3:4:8:11:12:16:19:20:24:2222224sinlkha