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一、X射線物理學(xué)基礎(chǔ)(XRD)1、X高速運(yùn)動(dòng)著的電子突然受阻時(shí),隨著電子能量的和轉(zhuǎn)化,就會(huì)產(chǎn)生X射線。X(1)產(chǎn)生并發(fā)射電子(加熱鄔燈絲發(fā)射熱電子)(2)在真空中迫使電子超一定方向運(yùn)動(dòng),以獲得盡可能高的速度(3)在高速電子流的運(yùn)動(dòng)路線上設(shè)置一物(陽(yáng)極靶,石高速運(yùn)動(dòng)的電子突然受阻而停下來2、XP43、XXX4、X(1)電磁波是一種橫波,速度為光速(2)具有波粒二象性。X射線間相互作用,表現(xiàn)波動(dòng)性;X射線與電子、原子相互作用,表現(xiàn)粒子性(3)過程中載有一定能量方向的 截面的能量來表示1J/一、X射線物理學(xué)基礎(chǔ)(XRD)1、X高速運(yùn)動(dòng)著的電子突然受阻時(shí),隨著電子能量的和轉(zhuǎn)化,就會(huì)產(chǎn)生X射線。X(1)產(chǎn)生并發(fā)射電子(加熱鄔燈絲發(fā)射熱電子)(2)在真空中迫使電子超一定方向運(yùn)動(dòng),以獲得盡可能高的速度(3)在高速電子流的運(yùn)動(dòng)路線上設(shè)置一物(陽(yáng)極靶,石高速運(yùn)動(dòng)的電子突然受阻而停下來2、XP43、XXX4、X(1)電磁波是一種橫波,速度為光速(2)具有波粒二象性。X射線間相互作用,表現(xiàn)波動(dòng)性;X射線與電子、原子相互作用,表現(xiàn)粒子性(3)過程中載有一定能量方向的 截面的能量來表示1J/m2s5、強(qiáng)度(1)波動(dòng)性描述:強(qiáng)度與波的振幅平方成正比(2)粒子形式表達(dá):強(qiáng)度為光子流密度和每個(gè)光子的能量的乘積(3)能量不等于強(qiáng)度6、X(1)X(波長(zhǎng)短)(2)X檢測(cè)(波長(zhǎng)長(zhǎng))7、X(1)連續(xù)譜(X)①?gòu)?qiáng)度隨波場(chǎng)連續(xù)變化的部分,有一強(qiáng)度最大值,有短波限。短,短波限相應(yīng)變短,同時(shí)波譜變寬。③產(chǎn)生機(jī)理長(zhǎng),形成了連續(xù)X射線譜。④短波限公式(注意)1.240U只與管壓有關(guān),強(qiáng)度極大值在1.5倍短波限。P6⑥為了提高X射線管發(fā)射的效率,就要選用重金屬靶并施以高壓。(2)特征譜(X)①激發(fā)電壓:剛好激發(fā)特征譜的臨界管壓②特征譜波長(zhǎng)只取決于陽(yáng)極靶材的原子序數(shù)③特征譜產(chǎn)生機(jī)理a.X極上時(shí),如果電子的能量足夠大,就可以將陽(yáng)極物質(zhì)原子中的內(nèi)層電子擊出成為(二次電子這一過程稱之為激發(fā)。b.按能量最低原理,電子具有自發(fā)的向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),所以當(dāng)③產(chǎn)生機(jī)理長(zhǎng),形成了連續(xù)X射線譜。④短波限公式(注意)1.240U只與管壓有關(guān),強(qiáng)度極大值在1.5倍短波限。P6⑥為了提高X射線管發(fā)射的效率,就要選用重金屬靶并施以高壓。(2)特征譜(X)①激發(fā)電壓:剛好激發(fā)特征譜的臨界管壓②特征譜波長(zhǎng)只取決于陽(yáng)極靶材的原子序數(shù)③特征譜產(chǎn)生機(jī)理a.X極上時(shí),如果電子的能量足夠大,就可以將陽(yáng)極物質(zhì)原子中的內(nèi)層電子擊出成為(二次電子這一過程稱之為激發(fā)。b.按能量最低原理,電子具有自發(fā)的向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),所以當(dāng)K層中有一空位出現(xiàn)時(shí)(K激發(fā)態(tài),L、M、……層中的電子就會(huì)躍入此空位,同時(shí)將多余的能量以X射線光子的形式出來,這一過程稱之為躍遷。c.原子中各層能級(jí)上的電子的能量,取決與原子和對(duì)他的力,因此對(duì)于原子序數(shù)Z一定的原子,其各能級(jí)上的電子的能量具有分立的確定值、又由于內(nèi)層電子數(shù)目和他們所占據(jù)的能級(jí)數(shù)不多,因此內(nèi)層電子躍遷所輻射出的X射線的波長(zhǎng)便是若干個(gè)特定的值,能反映出該原子的原子序數(shù)特征,而與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)基本無關(guān)。④K,LMKK1K2雙線產(chǎn)生KL3—KL2—KK1K2兩根譜線組成。K線平均波長(zhǎng)為2K1KL3—KL2—KK1K2兩根譜線組成。K線平均波長(zhǎng)為2K1K2K K 2:1K1 23殼層上的電子數(shù)多少有關(guān)。XXX3UK5UK最佳(X)8、X(1)射線能量損失在與物質(zhì)作用的過程中P10(2)X沿一定方向運(yùn)動(dòng)的X射線光子流與物質(zhì)的電子相互碰撞后,向周圍彈射開來,便X①相干散射(經(jīng)典散射)與原子內(nèi)受核較緊的電子(原子內(nèi)層電子,方向改變,能量基本無損,波長(zhǎng)不變②非相干散射與受核較弱電子碰撞(3)X①光電效應(yīng)與熒光輻射a.X光子擊出電子產(chǎn)生光電效應(yīng)。b.熒光輻射:被打掉內(nèi)層電子的受激原子,將發(fā)生外層電子向內(nèi)層躍遷的過程,同時(shí)輻射出波長(zhǎng)嚴(yán)格一定的特征X射線。稱為熒光輻射也稱二次特征輻射。ⅰ吸收限與臨街激發(fā)電壓1.24UKK原子序數(shù)越大(結(jié)合能越大,同名吸收限波長(zhǎng)越短分析的基礎(chǔ)p12(X)能量是特定的,僅與產(chǎn)生俄歇效應(yīng)物質(zhì)的元素種類有關(guān)(4)X①X-1.24UKK原子序數(shù)越大(結(jié)合能越大,同名吸收限波長(zhǎng)越短分析的基礎(chǔ)p12(X)能量是特定的,僅與產(chǎn)生俄歇效應(yīng)物質(zhì)的元素種類有關(guān)(4)X①X-xI0em.I比值為穿透系數(shù)或透射因數(shù)a.X子序數(shù)Z越高,X射線被吸收越多。②陽(yáng)極靶的選擇a.所選靶的K應(yīng)比試樣的K稍長(zhǎng)一些,或者短很多(使m盡可能小并且不發(fā)生熒光輻射)b.Z靶Z樣1或Z靶》Z樣③濾波片的選擇a.利用吸收限兩邊吸收系數(shù)相差懸殊特點(diǎn)。Z靶40時(shí),Z濾Z靶1;Z靶40時(shí),Z濾Z靶2b.二、X射線衍射方向形成加強(qiáng)必要條件:這些薄具有相同的相位,或光程差為零或?yàn)椴ㄩL(zhǎng)的整數(shù)倍1、勞埃方程X(1)一維衍射c-c2、布拉格方程散射線一致加強(qiáng)條件導(dǎo)出n二、X射線衍射方向形成加強(qiáng)必要條件:這些薄具有相同的相位,或光程差為零或?yàn)椴ㄩL(zhǎng)的整數(shù)倍1、勞埃方程X(1)一維衍射c-c2、布拉格方程散射線一致加強(qiáng)條件導(dǎo)出n選擇反射布拉格方程只是獲得衍射的必要條件而非充分條件(3)反射級(jí)數(shù)和 面dhkln則d令HKL(4)衍射極限條件2d能夠被晶體衍射的X射線的波長(zhǎng)必須小于或等于參加反射的衍射面中最大面間距的二倍。入射X射線波長(zhǎng)一定時(shí),晶體中產(chǎn)生的衍射線條是有限的(5)衍射花樣與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系衍射線分布規(guī)律完全是由晶胞形狀和大小確定(6) 應(yīng)用:結(jié)構(gòu)分析(X各晶面的面間距;X(X)(7)勞埃方程與布拉格方程一致性P293、衍射矢量方程與厄瓦爾德圖解(1)P30S—S0K—Kr* 0物理意義:當(dāng)衍射波矢量和入射波矢量相差一個(gè)倒格矢時(shí),衍射才能產(chǎn)生(2)厄瓦爾德圖解可能產(chǎn)生反射的晶面,其倒易點(diǎn)比落在反射球上4、各種衍射方法謝樂公式可測(cè)定晶塊大小方法應(yīng)用原理勞埃法單晶取向測(cè)定及晶體對(duì)稱性轉(zhuǎn)晶法確定晶體旋轉(zhuǎn)軸方向上定晶體結(jié)構(gòu)直線為旋轉(zhuǎn)軸粉末法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu),物相定晶體的點(diǎn)陣參數(shù)及材料的測(cè)定利用多晶試樣中的各微晶不同取向來改變(德拜-謝樂法最為典型)方法射線類型試樣勞埃法X單晶體變化不變化轉(zhuǎn)晶法物理意義:當(dāng)衍射波矢量和入射波矢量相差一個(gè)倒格矢時(shí),衍射才能產(chǎn)生(2)厄瓦爾德圖解可能產(chǎn)生反射的晶面,其倒易點(diǎn)比落在反射球上4、各種衍射方法謝樂公式可測(cè)定晶塊大小方法應(yīng)用原理勞埃法單晶取向測(cè)定及晶體對(duì)稱性轉(zhuǎn)晶法確定晶體旋轉(zhuǎn)軸方向上定晶體結(jié)構(gòu)直線為旋轉(zhuǎn)軸粉末法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu),物相定晶體的點(diǎn)陣參數(shù)及材料的測(cè)定利用多晶試樣中的各微晶不同取向來改變(德拜-謝樂法最為典型)方法射線類型試樣勞埃法X單晶體變化不變化轉(zhuǎn)晶法X單晶體不變化部分變化粉末法X粉末、多晶體不變化變化三、X射線衍射強(qiáng)度1、多晶衍射花樣的形成(1)機(jī)理多晶試樣中,各微晶體的取向是無規(guī)的,某種晶面在空間的方位按等幾率分布(2)由于各微晶體具有單均勻的取向,故對(duì)應(yīng)的倒易結(jié)點(diǎn)均勻分布在半徑為1/d的球面上,稱為倒易球,其球心在倒異點(diǎn)陣原點(diǎn)O上按厄瓦爾德作圖法,凡與反射球相交的倒易點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的晶面均可能參與反射。2X電子獲得一定的X的散射波強(qiáng)度公式:P381cos22極化因子)X2的強(qiáng)度在空間的分布是有方向性的3三、X射線衍射強(qiáng)度1、多晶衍射花樣的形成(1)機(jī)理多晶試樣中,各微晶體的取向是無規(guī)的,某種晶面在空間的方位按等幾率分布(2)由于各微晶體具有單均勻的取向,故對(duì)應(yīng)的倒易結(jié)點(diǎn)均勻分布在半徑為1/d的球面上,稱為倒易球,其球心在倒異點(diǎn)陣原點(diǎn)O上按厄瓦爾德作圖法,凡與反射球相交的倒易點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的晶面均可能參與反射。2X電子獲得一定的X的散射波強(qiáng)度公式:P381cos22極化因子)X2的強(qiáng)度在空間的分布是有方向性的3X(1)Z相位差(2)fZ個(gè)電子相干散射波的合成振幅/fsin)f一個(gè)電子相干散射波的振幅fsin0,f=Z,f<Z(3)反常散射:入射線波長(zhǎng)接近原子的某一吸收限時(shí),f4X(衍射充分條件)(1)些確定的方向上。(2)原子在的條件下仍然不能產(chǎn)生衍射。(3)原子位置的任何變動(dòng)都可改變衍射線強(qiáng)度,但不一定改變?yōu)榱阋粋€(gè)晶胞所有原子的相干散射波的振幅FHKL一個(gè)電子相干散射波的振幅5X(1)亞晶塊尺度并非足夠大,入射線并非嚴(yán)格單色,也不嚴(yán)格平行(2)布拉格角附近到的將是取向合適的晶粒內(nèi),各個(gè)亞晶塊的(HKL)晶面產(chǎn)生衍射的總能量,及他們的積分強(qiáng)度(3)亞晶塊積分強(qiáng)度ICImax,有限尺寸的晶塊在不嚴(yán)格平行單色的入射光束照射下,反射鏡面通過布拉格位置時(shí),將在的條件下仍然不能產(chǎn)生衍射。(3)原子位置的任何變動(dòng)都可改變衍射線強(qiáng)度,但不一定改變?yōu)榱阋粋€(gè)晶胞所有原子的相干散射波的振幅FHKL一個(gè)電子相干散射波的振幅5X(1)亞晶塊尺度并非足夠大,入射線并非嚴(yán)格單色,也不嚴(yán)格平行(2)布拉格角附近到的將是取向合適的晶粒內(nèi),各個(gè)亞晶塊的(HKL)晶面產(chǎn)生衍射的總能量,及他們的積分強(qiáng)度(3)亞晶塊積分強(qiáng)度ICImax,有限尺寸的晶塊在不嚴(yán)格平行單色的入射光束照射下,反射鏡面通過布拉格位置時(shí),將在范圍內(nèi)連續(xù)有衍射強(qiáng)度,衍射峰的值與大小成正比(4)晶粒的積分強(qiáng)度將與晶粒體積成正比6、影響多晶(粉末)積分強(qiáng)度的其他參加衍射的晶粒數(shù)目對(duì)積分強(qiáng)度的影響粉末多晶體的衍射積分強(qiáng)度與參加衍射的晶粒數(shù)目成正比,與cos成正比多重性因子(反應(yīng)(hkl)鏡面處于有利取向幾率的因數(shù))等同晶面?zhèn)€數(shù)P為影響衍射強(qiáng)度的多重性因子(3)弧長(zhǎng)的衍射強(qiáng)度1cos22角因子(洛倫茲—偏振因子)45°達(dá)到最小值sin2cos(4)吸收對(duì)衍射強(qiáng)度的影響吸收因數(shù)A()與試樣形狀、大小、組成及衍射角有關(guān)①圓柱試樣隨增大而增大,901②平板試樣入射線衍射線位于平板試樣同側(cè),且與板面成相等夾角,為對(duì)稱布拉格配置。121與吸收系數(shù)有關(guān),與衍射角無關(guān)A()=(5)溫度因數(shù)e-2M①熱振動(dòng)產(chǎn)生附加相位差,減弱衍射強(qiáng)度②溫度越高,M入射線衍射線位于平板試樣同側(cè),且與板面成相等夾角,為對(duì)稱布拉格配置。121與吸收系數(shù)有關(guān),與衍射角無關(guān)A()=(5)溫度因數(shù)e-2M①熱振動(dòng)產(chǎn)生附加相位差,減弱衍射強(qiáng)度②溫度越高,M溫度一定,越大,溫度因數(shù)越小造成衍射花樣背底增高,隨角度增加愈發(fā)嚴(yán)重③④7、多晶(粉末)衍射積分強(qiáng)度特點(diǎn):不依賴于任何材料和任何輻射的常數(shù)項(xiàng)不依賴于與實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)的項(xiàng)不依賴于與試樣本身有關(guān)的項(xiàng)吸收因數(shù)和溫度因數(shù)可同時(shí)略去,因?yàn)樽兓喾此?、多晶衍射方?、德拜照相法(1)X(2)德拜相的射照P54光闌與承光管外徑盡可能?。ū苊庥行┭苌渚€觀察不到)底片圍繞試樣緊貼于相機(jī)的圓筒壁(真實(shí)反映衍射線對(duì)距離)②試樣的圓柱形粉末黏合體細(xì)絲狀,直徑小于0.5mm,長(zhǎng)約10mm。250-300③底片的安裝a.正裝法2L57.3(度,mm)4R用于一般物相分析工作b.反裝法-2L(弧度)2 4R幾乎全部高角線條,用于點(diǎn)陣參數(shù)測(cè)定四、多晶衍射方法1、德拜照相法(1)X(2)德拜相的射照P54光闌與承光管外徑盡可能小(避免有些衍射線觀察不到)底片圍繞試樣緊貼于相機(jī)的圓筒壁(真實(shí)反映衍射線對(duì)距離)②試樣的圓柱形粉末黏合體細(xì)絲狀,直徑小于0.5mm,長(zhǎng)約10mm。250-300③底片的安裝a.正裝法2L57.3(度,mm)4R用于一般物相分析工作b.反裝法-2L(弧度)2 4R幾乎全部高角線條,用于點(diǎn)陣參數(shù)測(cè)定c.不對(duì)稱裝法360-4180(背衍射區(qū))2LW可校正由于底片收縮及相機(jī)半徑定④攝照規(guī)程的選擇大直徑相機(jī)和拍攝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物必須大幅度增加時(shí)間(3)德拜相記得分辨本領(lǐng)應(yīng)的衍射線條分離的程度。/兩種波長(zhǎng)相近的X射線照射到同一晶面時(shí),底片上兩根衍射線條分離的程度。②背反射線條較前反射線條分辨率高③提高分辨率大直徑相機(jī)和長(zhǎng)波輻射;減小被照射晶面間距XK雙線,在高角度時(shí)亦有可能分開(4)德拜相的誤差及其修正①試樣吸收誤差②底片收縮誤差(不對(duì)稱裝法糾正)2、立方系多晶衍射花樣的測(cè)量、計(jì)算和標(biāo)定(1)德拜相的測(cè)量和計(jì)算特別高的線條,K雙線②游標(biāo)卡尺測(cè)量③P59(2)①掠射角正弦的平方之比等于等于晶面指數(shù)平方和之比sin③提高分辨率大直徑相機(jī)和長(zhǎng)波輻射;減小被照射晶面間距XK雙線,在高角度時(shí)亦有可能分開(4)德拜相的誤差及其修正①試樣吸收誤差②底片收縮誤差(不對(duì)稱裝法糾正)2、立方系多晶衍射花樣的測(cè)量、計(jì)算和標(biāo)定(1)德拜相的測(cè)量和計(jì)算特別高的線條,K雙線②游標(biāo)卡尺測(cè)量③P59(2)①掠射角正弦的平方之比等于等于晶面指數(shù)平方和之比sin2(H2K2L2)4a2②衍射晶面指數(shù)平方和之比簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣:1:2:3:4:5:6:8:9:10…體心立方點(diǎn)陣:2:4:6:8…面心立方:3:4:8:11:12:16:19…③區(qū)分簡(jiǎn)單立方和體心立方點(diǎn)陣a.衍射線多于7根,間隔比較均勻的是體心立方,出現(xiàn)線條空缺的為簡(jiǎn)單立方b.衍射線數(shù)小于7根,頭兩根衍射線的強(qiáng)度作為判別。簡(jiǎn)單立方花樣頭兩根線的指數(shù)為(100)和(10,多重性因數(shù)分別為6和12(110(200重性因數(shù)分別為12和6,故應(yīng)第一條線較強(qiáng)。據(jù)此可判別物質(zhì)點(diǎn)陣類型④根據(jù)比值寫出相應(yīng)指數(shù)。體心立方點(diǎn)陣H+K+L=偶數(shù);面心立方點(diǎn)陣HKL為同性數(shù)⑤怎樣區(qū)分兩套衍射花樣K線強(qiáng)度較低,且角較?、拊鯓訁^(qū)分雙線K1線ad體心立方點(diǎn)陣H+K+L=偶數(shù);面心立方點(diǎn)陣HKL為同性數(shù)⑤怎樣區(qū)分兩套衍射花樣K線強(qiáng)度較低,且角較?、拊鯓訁^(qū)分雙線K1線ad高指數(shù)所得比較準(zhǔn)確3、X方便、快速、精準(zhǔn)(1)組成:X單元或自動(dòng)控制單元等測(cè)角儀為儀器中心部分(2)試樣—計(jì)數(shù)管的連動(dòng)(待總結(jié))試驗(yàn)臺(tái)與支架保持固定的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系,試樣臺(tái)轉(zhuǎn)過角時(shí),支架恒轉(zhuǎn)過2度歷所貢獻(xiàn)的衍射線對(duì)能聚焦進(jìn)入計(jì)數(shù)管。(3)試樣粉末壓在試樣框,粉末粒度約為微米級(jí),過粗粉末難以成形,衍射強(qiáng)度不穩(wěn)定;過細(xì)微晶使衍射線寬化、不明銳(4)衍射幾何關(guān)系滿足連動(dòng)下,滿足布拉格方程反射條件,滿足衍射線的聚焦條件(5)狹縫光闌梭拉狹縫:限制入射線輸在垂直方向的發(fā)散度大約2°發(fā)散狹縫:限制入射線束的水平發(fā)散度防散狹縫、接收狹縫:限制衍射線數(shù)在水平方向的發(fā)散度(6)探測(cè)器①正比計(jì)數(shù)器(PC)②閃爍計(jì)數(shù)器(SC)增管放大。③固體半導(dǎo)體計(jì)數(shù)器(SSD)適于動(dòng)態(tài)。Si(Li)計(jì)數(shù)器優(yōu)點(diǎn):能量分辨率高,分析速度快,無計(jì)數(shù)損失電子探針、掃描電鏡等儀器的X探測(cè)器④位敏正比計(jì)數(shù)器(PSPC)(7)計(jì)數(shù)電路①計(jì)數(shù)器功能:將X射線的能量轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)②脈沖高度分析器:剔除對(duì)衍射分析不的干擾脈沖,達(dá)到提背比的作用③定標(biāo)器:對(duì)脈沖累進(jìn)技術(shù)④計(jì)數(shù)率儀:從脈沖高度分析器傳來的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為與時(shí)間脈沖數(shù)成正比的直流電壓輸出(8)X①衍射強(qiáng)度的測(cè)量連續(xù)掃描;步進(jìn)掃描②實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇a.狹縫寬度:增加使衍射線強(qiáng)度增高,卻導(dǎo)致分辨率下降b.掃描速度:提高掃描速度可節(jié)約測(cè)試時(shí)間,但導(dǎo)致強(qiáng)度和分辨率下降,使衍射峰的位置像掃描方向偏移并引起衍射峰的不對(duì)稱寬化c.時(shí)間常數(shù):增大時(shí)間常數(shù)可使衍射峰輪廓及背底變得平滑,但同時(shí)將降低強(qiáng)度和分辨率,并使衍射峰向掃描方向偏移,造成峰的不對(duì)稱寬化。增管放大。③固體半導(dǎo)體計(jì)數(shù)器(SSD)適于動(dòng)態(tài)。Si(Li)計(jì)數(shù)器優(yōu)點(diǎn):能量分辨率高,分析速度快,無計(jì)數(shù)損失電子探針、掃描電鏡等儀器的X探測(cè)器④位敏正比計(jì)數(shù)器(PSPC)(7)計(jì)數(shù)電路①計(jì)數(shù)器功能:將X射線的能量轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)②脈沖高度分析器:剔除對(duì)衍射分析不的干擾脈沖,達(dá)到提背比的作用③定標(biāo)器:對(duì)脈沖累進(jìn)技術(shù)④計(jì)數(shù)率儀:從脈沖高度分析器傳來的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為與時(shí)間脈沖數(shù)成正比的直流電壓輸出(8)X①衍射強(qiáng)度的測(cè)量連續(xù)掃描;步進(jìn)掃描②實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選擇a.狹縫寬度:增加使衍射線強(qiáng)度增高,卻導(dǎo)致分辨率下降b.掃描速度:提高掃描速度可節(jié)約測(cè)試時(shí)間,但導(dǎo)致強(qiáng)度和分辨率下降,使衍射峰的位置像掃描方向偏移并引起衍射峰的不對(duì)稱寬化c.時(shí)間常數(shù):增大時(shí)間常數(shù)可使衍射峰輪廓及背底變得平滑,但同時(shí)將降低強(qiáng)度和分辨率,并使衍射峰向掃描方向偏移,造成峰的不對(duì)稱寬化。五、X射線物相分析1、目標(biāo):從實(shí)驗(yàn)衍射線條的位置和強(qiáng)度推斷出晶胞的形狀和大小,以及晶胞中原子的分布2、物相分析是指確定材料有哪些相組成(物相定性分析)和確定各組成相的含量(物相定量分析。3、物相:純?cè)亍⒒衔?、固溶體4、物相定性分析(1)常用元素分析方法總結(jié)X(XRF(與前一差別;X(2)化學(xué)分析、光譜分析、X射線熒光光譜分析、電子探針分析等均可測(cè)定樣品的元素組成(元素分析X(3)基本原理X五、X射線物相分析1、目標(biāo):從實(shí)驗(yàn)衍射線條的位置和強(qiáng)度推斷出晶胞的形狀和大小,以及晶胞中原子的分布2、物相分析是指確定材料有哪些相組成(物相定性分析)和確定各組成相的含量(物相定量分析。3、物相:純?cè)?、化合物、固溶體4、物相定性分析(1)常用元素分析方法總結(jié)X(XRF(與前一差別;X(2)化學(xué)分析、光譜分析、X射線熒光光譜分析、電子探針分析等均可測(cè)定樣品的元素組成(元素分析X(3)基本原理X①每種結(jié)晶物質(zhì)都有其特定的結(jié)構(gòu)參數(shù)XX④將幾種物質(zhì)混合后攝照,則所得結(jié)果將是各單獨(dú)物相衍射線條的簡(jiǎn)單疊加(4)粉末衍射卡片(PDF)P68(5)索引①字母索引根據(jù)物質(zhì)英文名稱第一個(gè)字母順序排列。衍射圖樣中三根最強(qiáng)線的D值②數(shù)字索引(哈那瓦特索引)完全沒有待測(cè)樣的物相或元素信息時(shí),可以使用數(shù)字索引(6)物相定性分析過程P70a.獲得衍射花樣b.從衍射花樣上測(cè)量計(jì)算出各衍射線對(duì)應(yīng)的面間距及相對(duì)強(qiáng)度②可能碰到的(7)計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索①建立數(shù)據(jù)庫(kù)③檢索匹配5、物相定量分析(1)物相定量分析原理(強(qiáng)度并不正比于含量,需加以修正)(2)內(nèi)容:分析多相混合物中某一相的含量(3)定量分析方法①單線條法(外標(biāo)法)定標(biāo)曲線②內(nèi)標(biāo)法最一般、最基本但手續(xù)較繁瑣,僅限于粉末樣品。適用于物相種類比較固定且經(jīng)常性(大批量)的樣品分析③KK參比強(qiáng)度法:解決實(shí)際工作中難以獲得純物質(zhì)的問題,不必測(cè)定K值,測(cè)定精度稍差④直接對(duì)比法內(nèi)標(biāo)法、Kb.從衍射花樣上測(cè)量計(jì)算出各衍射線對(duì)應(yīng)的面間距及相對(duì)強(qiáng)度②可能碰到的(7)計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索①建立數(shù)據(jù)庫(kù)③檢索匹配5、物相定量分析(1)物相定量分析原理(強(qiáng)度并不正比于含量,需加以修正)(2)內(nèi)容:分析多相混合物中某一相的含量(3)定量分析方法①單線條法(外標(biāo)法)定標(biāo)曲線②內(nèi)標(biāo)法最一般、最基本但手續(xù)較繁瑣,僅限于粉末樣品。適用于物相種類比較固定且經(jīng)常性(大批量)的樣品分析③KK參比強(qiáng)度法:解決實(shí)際工作中難以獲得純物質(zhì)的問題,不必測(cè)定K值,測(cè)定精度稍差④直接對(duì)比法內(nèi)標(biāo)法、K值法、參比強(qiáng)度法均需向待分析樣品內(nèi)加入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),只適用于粉末樣品。直接對(duì)比法不向樣品中加入任何物質(zhì),適于整體樣品。六、參數(shù)確定1、點(diǎn)陣常數(shù)(1)基本原理(溫度和壓力等)的變化而變化。②點(diǎn)陣常數(shù)是通過X射線衍射線的位置()的測(cè)量而獲得asin的精度,角的測(cè)定精度取決于儀器和方法④在高角時(shí)所得的sin六、參數(shù)確定1、點(diǎn)陣常數(shù)(1)基本原理(溫度和壓力等)的變化而變化。②點(diǎn)陣常數(shù)是通過X射線衍射線的位置()的測(cè)量而獲得asin的精度,角的測(cè)定精度取決于儀器和方法④在高角時(shí)所得的sin90°的線條進(jìn)量(P77圖)(2)測(cè)量誤差來源偶然誤差;系統(tǒng)誤差①德拜法中的系統(tǒng)誤差相機(jī)半徑誤差;底片伸縮誤差精確測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)常采用背射衍射線(盡量選用高角)試樣偏心誤差;試樣臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸與相機(jī)圓筒軸不重合c.試樣吸收誤差點(diǎn)陣常數(shù)測(cè)定中誤差的最大來源ddKcos2測(cè)量面間距相對(duì)誤差與cos2成正比。因此可從各衍射線測(cè)得的點(diǎn)陣常數(shù)a對(duì)cos2作圖,用直線外推法消除系統(tǒng)誤差,獲得精確點(diǎn)陣常數(shù)②衍射儀中的系統(tǒng)誤差a.衍射儀的測(cè)角儀圓半徑比德拜相機(jī)的半徑大很多。的垂直發(fā)散誤差、實(shí)驗(yàn)條件選擇不當(dāng)造成誤差3、精確測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)的方法(1)定峰方法衍射峰位置的準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)于精確測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)和宏觀應(yīng)力測(cè)量具有極大的重要性①峰頂法衍射線非常明銳,②切③半高法(P80)④三點(diǎn)拋物原理:將一根拋物線擬合到衍射峰頂部,以拋物線的對(duì)稱軸作為峰位。三點(diǎn)均需位于頂點(diǎn)強(qiáng)度85%以上區(qū)域內(nèi)(2)圖解外推法(3)最小二乘方法(4)標(biāo)準(zhǔn)樣校2、宏觀應(yīng)力(1)內(nèi)應(yīng)力的及在衍射圖譜上的反映使材料內(nèi)部依然存在的并自身保持平衡的應(yīng)力②力,此類應(yīng)力的會(huì)使物體的宏觀體積或形狀發(fā)生變化。宏觀應(yīng)力使衍射線條位移。b.第二類內(nèi)應(yīng)力(微觀應(yīng)力:在數(shù)個(gè)晶粒范圍內(nèi)存在并平衡的內(nèi)應(yīng)力,一般使衍射線條變寬,有時(shí)也會(huì)引起線條位移。c.第三類內(nèi)應(yīng)力衍射峰位置的準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)于精確測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)和宏觀應(yīng)力測(cè)量具有極大的重要性①峰頂法衍射線非常明銳,②切③半高法(P80)④三點(diǎn)拋物原理:將一根拋物線擬合到衍射峰頂部,以拋物線的對(duì)稱軸作為峰位。三點(diǎn)均需位于頂點(diǎn)強(qiáng)度85%以上區(qū)域內(nèi)(2)圖解外推法(3)最小二乘方法(4)標(biāo)準(zhǔn)樣校2、宏觀應(yīng)力(1)內(nèi)應(yīng)力的及在衍射圖譜上的反映使材料內(nèi)部依然存在的并自身保持平衡的應(yīng)力②力,此類應(yīng)力的會(huì)使物體的宏觀體積或形狀發(fā)生變化。宏觀應(yīng)力使衍射線條位移。b.第二類內(nèi)應(yīng)力(微觀應(yīng)力:在數(shù)個(gè)晶粒范圍內(nèi)存在并平衡的內(nèi)應(yīng)力,一般使衍射線條變寬,有時(shí)也會(huì)引起線條位移。c.第三類內(nèi)應(yīng)力(微觀應(yīng)力種晶體缺陷(空位、間隙原子、位錯(cuò),存在使衍射強(qiáng)度降低。(2)測(cè)定原理角的變化)①單軸應(yīng)力的測(cè)定②平面應(yīng)力的測(cè)定a.X兩軸應(yīng)力(平面應(yīng)力)X射線測(cè)定b.X射 的目的:測(cè)定沿試樣表面某一方向上的宏觀應(yīng)力c.0°—45°法0°測(cè)得dn,45°測(cè)得d(3)測(cè)試方法及條件①衍射儀法(連動(dòng))②應(yīng)力儀法面內(nèi)掃描,試樣是固定的。a.固定0②平面應(yīng)力的測(cè)定a.X兩軸應(yīng)力(平面應(yīng)力)X射線測(cè)定b.X射 的目的:測(cè)定沿試樣表面某一方向上的宏觀應(yīng)力c.0°—45°法0°測(cè)得dn,45°測(cè)得d(3)測(cè)試方法及條件①衍射儀法(連動(dòng))②應(yīng)力儀法面內(nèi)掃描,試樣是固定的。a.固定0法適合大中型工件的檢測(cè)固定法b.更為嚴(yán)格③測(cè)試參數(shù)應(yīng)力測(cè)定時(shí)實(shí)驗(yàn)條件的選擇特點(diǎn)a.選用盡可能高的衍射角b.實(shí)驗(yàn)參數(shù)范圍可以放寬c.吸收因子和角因子的校正衍射線半高寬在6°以上且應(yīng)力較大時(shí),考慮吸收因子修正衍射線半高寬在3.
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