材料結(jié)構(gòu)表征教材課件

1材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)1材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)2propertystructurecompositionperformancepreparation/processingdesign2propertystructurecompositionp3結(jié)構(gòu)及表征技術(shù)固溶結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)取向物相及結(jié)構(gòu)應(yīng)力組織形狀分布位向物相的形貌及分布物相的組成及含量間隙固溶體置換固溶體無(wú)序有序沉淀結(jié)構(gòu)取向織構(gòu)宏觀應(yīng)力微觀應(yīng)力介觀應(yīng)力單晶結(jié)構(gòu)原子及分子結(jié)構(gòu)多晶材料組織結(jié)構(gòu)3結(jié)構(gòu)及表征技術(shù)固溶結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)取向物相及結(jié)構(gòu)應(yīng)力組織物相的形貌4單晶材料構(gòu)結(jié)晶單向取晶單陷缺體晶布拉非點(diǎn)陣類(lèi)型晶胞的形狀和大小原子類(lèi)型及在晶胞中的位置X－四圓衍射儀晶體學(xué)與外觀座標(biāo)的關(guān)系孿生面貫析面指數(shù)的確定晶體與晶體的位向關(guān)系晶體點(diǎn)缺陷晶體面缺陷晶體線缺陷4單晶材料構(gòu)結(jié)晶單向取晶單陷缺體晶布拉非點(diǎn)陣類(lèi)型晶胞的形狀和5主要內(nèi)容一、X射線衍射分析（３-4次課）二、原子力顯微分析（１次課）三、掃描電鏡分析（１次課）四、透射電鏡分析（2次課）5主要內(nèi)容一、X射線衍射分析（３-4次課）6一、X射線衍射分析X射線的本質(zhì)：波長(zhǎng)極短的電磁波,λ=0.1nm左右。X射線的波動(dòng)性：以一定的波長(zhǎng)和頻率在空間傳播。X射線的粒子性：X是由大量不連續(xù)的粒子流構(gòu)成，即光子，以光子形式輻射時(shí)具有質(zhì)量、能量和動(dòng)量X射線的強(qiáng)度I，單位為：J/m2.sa、用波動(dòng)性描述為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向的單位截面上的能量大??；I∝A2。

b、用粒子性描述為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向的單位截面上的光子的能量。I=nε6一、X射線衍射分析X射線的本質(zhì)：波長(zhǎng)極短的電磁波,λ=07X射線的產(chǎn)生：帶電粒子在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生X射線。其產(chǎn)生的條件為：

1）產(chǎn)生自由電子；

2）使電子作定向高速運(yùn)動(dòng)；

3）在電子運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置使其突然減速的障礙物。7X射線的產(chǎn)生：帶電粒子在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生X射線。8Ｘ射線管Ｘ射線產(chǎn)生原理X射線管

1)陰極：W絲制成，發(fā)射熱電子。

2）陽(yáng)極：常用靶材有Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag,W。

3）窗口：金屬鈹制成，保持高真空，對(duì)X吸收小。

4)聚焦罩5）焦點(diǎn)1×10mm6)表觀焦點(diǎn)——點(diǎn)焦點(diǎn)，線焦點(diǎn)。8Ｘ射線管Ｘ射線產(chǎn)生原理X射線管9Ｘ射線學(xué)Ｘ射線透視學(xué)Ｘ射線晶體學(xué)Ｘ射線光譜學(xué)利用Ｘ對(duì)人體、工件等的穿透能力來(lái)探測(cè)人體的病變及工件的缺陷。利用已知波長(zhǎng)的X在晶體中的衍射，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)以及與結(jié)構(gòu)有關(guān)的各種問(wèn)題進(jìn)行研究。利用X在已知結(jié)構(gòu)晶體中的衍射現(xiàn)象來(lái)測(cè)定X射線的波長(zhǎng)。9Ｘ射線透視學(xué)Ｘ射線晶體學(xué)Ｘ射線光譜學(xué)利用Ｘ對(duì)人體、工件等的10X射線與物質(zhì)的相互作用

(1)X射線的吸收:X射線通過(guò)物體時(shí)其強(qiáng)度逐漸衰減,一部分射線被物體吸收。

-dI/I=μdxμ：線吸收系數(shù)

μ：X射線傳播方向上單位長(zhǎng)度內(nèi)X射線強(qiáng)度衰減程度

μm

：質(zhì)量吸收系數(shù)——單位重量物質(zhì)對(duì)X的吸收；

μm=μ/ρ（cm2/ρ）積分得：μm是原子序數(shù)Z和波長(zhǎng)λ的函數(shù)、其關(guān)系為：μm=Kλ3Z3混合物的質(zhì)量吸收系數(shù)μm為：μm=w1μm1+w2μm2+·······可見(jiàn)：組成物體的諸化學(xué)元素的原子序數(shù)越大，吸收越強(qiáng)，X射線波長(zhǎng)越長(zhǎng)吸收越大。10X射線與物質(zhì)的相互作用11電離作用與光電效應(yīng)

當(dāng)X射線通過(guò)氣體時(shí)可以引起電離，入射到光電材料上時(shí)可以產(chǎn)生光電效應(yīng)。用于記錄X射線的各種儀器。感光作用

X射線射到感光材料或乳膠片上,可以使底片感光,用于X射線照相。熒光效應(yīng)

當(dāng)X射線投射到諸如硫化鋅一類(lèi)物質(zhì)上，可以產(chǎn)生熒光。用于顯示X射線的徑跡。11電離作用與光電效應(yīng)12散射X射線通過(guò)晶體時(shí)，按照經(jīng)典電磁場(chǎng)理論，電磁波的周期性擾動(dòng)迫使組成晶體的原子中的電子產(chǎn)生受激振動(dòng)---吸收入射射線并向各個(gè)方向散發(fā)出次級(jí)X射線。以一定方向入射到晶體上的X射線，一部分改變?cè)瓉?lái)的方向向四面八方發(fā)散而出---X射線的散射。原子散射X射線的能力和原子中所含電子數(shù)目成正比，即原子序數(shù)大的原子散射能力強(qiáng)。散射波之間的將出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，稱為相干散射，其結(jié)果就是在不同方向上出現(xiàn)不同強(qiáng)度的散射線，也就是“衍射現(xiàn)象”，X射線在晶體結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)用就是晶體對(duì)X射線的衍射效應(yīng)。12散射X射線通過(guò)晶體時(shí)，按照經(jīng)典電磁場(chǎng)理論，電磁波的周13布拉格方程相干衍射的條件：波程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍13布拉格方程相干衍射的條件：波程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍14如果把具有晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體看作是一些原子平面族，是一組相互平行，間距相等的晶面網(wǎng)，并以（hkl）表示晶面方向，相鄰間距記為d（hkl），來(lái)自相鄰原子面衍射波相干的條件是波程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍（HKL）為衍射指標(biāo)，（HKL）=（nhnknl），它表示的是由同一晶面產(chǎn)生的不同級(jí)的反射。布拉格方程給出了晶體（d），x射線（）與衍射角（θ）之間的定量關(guān)系。每種晶體結(jié)構(gòu)都為唯一的衍射譜線，可以利用這一關(guān)系來(lái)進(jìn)行樣品的鑒定。14如果把具有晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體看作是一些原子平面族，是一組15由大量晶胞組成的整個(gè)晶體，其特征強(qiáng)度(I（hkl）)應(yīng)正比于來(lái)自晶體全部晶胞中總散射波的振幅(︱F（hkl）︳)的平方，故實(shí)際晶體衍射強(qiáng)度：

I（hkl）=kL(θ)P(θ)A(θ)T(θ)︱F（hkl）︳2

其中極化因子P(θ)、積分因子L(θ)、溫度因子T(θ)、吸收因子A(θ)為影響實(shí)際晶體衍射強(qiáng)度的幾何與物理的因素。晶體衍射強(qiáng)度與衍射空間的對(duì)稱性15由大量晶胞組成的整個(gè)晶體，其特征強(qiáng)度(I（hkl）)應(yīng)正16

應(yīng)用衍射法測(cè)得的強(qiáng)度I（hkl）精確值，通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)分析軟件的運(yùn)算（衍射強(qiáng)度的統(tǒng)一，還原）可消除k、L、P、A、T的影響而得到振幅(︱F（hkl）︳)，并以此作為晶體結(jié)構(gòu)的起始數(shù)據(jù)。16應(yīng)用衍射法測(cè)得的強(qiáng)度I（hkl）精確值，通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)分17衍射方向1、立方晶系：2、四方晶系：3、六方晶系：17衍射方向18X射線物相分析衍射花樣衍射線的位置衍射線強(qiáng)度X射線物相分析的應(yīng)用

材料科學(xué)、材料工程、機(jī)器制造、地質(zhì)礦產(chǎn)、環(huán)保、食品工業(yè)、醫(yī)藥等部門(mén)及其行業(yè)，進(jìn)行物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)問(wèn)題的研究，如物質(zhì)的相組成及相變，同素異構(gòu)體的區(qū)別等。晶體結(jié)構(gòu)晶胞的形狀和大小原子的種類(lèi)、數(shù)量、和位置衍射幾何理論衍射強(qiáng)度理論材料的性能與成分組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系18X射線物相分析衍射花樣X(jué)射線物相分析的應(yīng)用晶體結(jié)構(gòu)衍射幾19定性分析的原理和思路

物相定性分析的原理

宇宙中的結(jié)晶物質(zhì)，之所以表現(xiàn)出種類(lèi)及其性能的差別，是因?yàn)槿魏我环N結(jié)晶物質(zhì)都具有自己特定的晶體結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)類(lèi)型，晶胞的形狀及大小，晶胞中原子的種類(lèi)、數(shù)目及位置等。在一定波長(zhǎng)的X射線照射下，都呈現(xiàn)出自己特定的衍射化樣,它表明了物質(zhì)中元素的結(jié)合狀態(tài)。多相物質(zhì)的衍射花樣互不干涉，相互獨(dú)立，只是機(jī)械地疊加。所以衍射花樣能夠作為物相鑒定的依據(jù)。衍射花樣的區(qū)別主要表現(xiàn)在衍射線的位置和強(qiáng)度,即d和I

。19定性分析的原理和思路

20物相定性分析的思路

制定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的衍射卡片，即粉末衍射卡片組（PDF）；將試樣的d值I/I1與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)衍射卡的d值和I/I1

值進(jìn)行對(duì)比，便可進(jìn)行物相鑒定。20物相定性分析的思路制定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的衍射卡片，即粉末衍射卡21X衍射儀X衍射儀原理圖X衍射儀設(shè)備圖21X衍射儀X衍射儀原理圖X衍射儀設(shè)備圖22測(cè)角儀的構(gòu)造a、樣品臺(tái):位于測(cè)角儀的中心,可繞樣品法線方向轉(zhuǎn)動(dòng);b、X射線源:位于以樣品臺(tái)軸線為中心的圓周上,與軸線平行;22測(cè)角儀的構(gòu)造a、樣品臺(tái):位于測(cè)角儀的中心,可繞樣品法線方23測(cè)角儀示意圖c、光學(xué)布置:發(fā)散的X射線經(jīng)樣品反射后在計(jì)數(shù)器處聚焦,與X射線源位于同一圓周;d、測(cè)角儀臺(tái)面:狹縫、光闌、計(jì)數(shù)器固定于測(cè)角儀上，隨計(jì)數(shù)器一起轉(zhuǎn)動(dòng)；狹縫的作用就是為了獲得平行的入射線和衍射線e、測(cè)量動(dòng)作(試樣與計(jì)數(shù)管的動(dòng)作):θ-2θ聯(lián)動(dòng)；23測(cè)角儀示意圖c、光學(xué)布置:發(fā)散的X射線經(jīng)樣品反射后在計(jì)數(shù)24測(cè)角儀的衍射幾何測(cè)角儀圓：X射線的焦點(diǎn)F和計(jì)數(shù)管光闌G位于同一圓周上。聚焦圓：X射線的焦點(diǎn)F、樣品表面O和計(jì)數(shù)管光闌G所在的圓樣品上各個(gè)點(diǎn)反射線均能聚焦；在每一個(gè)固定的角度只有一個(gè)反射晶面的衍射線可以檢測(cè)，可對(duì)不同晶面逐一檢測(cè)；聚焦圓半徑r會(huì)發(fā)生改變，角度增加r減??；角度減小，r增加；r=R/2sinθ

誤差θ采用平板試驗(yàn)，使其表面與聚焦圓相切；24測(cè)角儀的衍射幾何測(cè)角儀圓：X射線的焦點(diǎn)F和計(jì)數(shù)管光闌25光學(xué)布置采用由窄縫光闌與梭拉光闌組成的聯(lián)合光闌系統(tǒng)梭拉光闌：將傾斜的Ｘ射線擋住窄縫光闌a：控制與測(cè)角儀平面平行方向的射線束的發(fā)散度窄縫光闌b：控制入射線在試樣上的照射面積窄縫光闌f：控制進(jìn)入計(jì)數(shù)器的輻射能量。25光學(xué)布置采用由窄縫光闌與梭拉光闌組成的聯(lián)合光闌系統(tǒng)26X衍射的試驗(yàn)注意事項(xiàng)樣品制備

在衍射儀法中，樣品制作上的差異對(duì)衍射結(jié)果所產(chǎn)生的影響，要比照相法中大得多。因此，制備符合要求的樣品，是衍射儀實(shí)驗(yàn)技術(shù)中的重要的一環(huán)，通常制成平板狀樣品。衍射儀均附有表面平整光滑的玻璃或鋁質(zhì)的樣品板，板上開(kāi)有窗孔或不穿透的凹槽，樣品放入其中進(jìn)行測(cè)定。26X衍射的試驗(yàn)注意事項(xiàng)樣品制備27將被測(cè)試樣在瑪瑙研缽中研成5μm左右的細(xì)粉；將適量研磨好的細(xì)粉填入凹槽，并用平整光滑的玻璃板將其壓緊；將槽外或高出樣品板面多余粉末刮去，重新將樣品壓平、壓緊、使樣品表面與樣品板面一樣平齊光滑。（1）粉晶樣品的制備27將被測(cè)試樣在瑪瑙研缽中研成5μm左右的細(xì)粉；（1）粉晶樣28對(duì)于金屬、陶瓷、玻璃等一些不易研成粉末的樣品，可先將其鋸成窗孔大小，磨平一面，再用橡皮泥或石蠟將其固定在窗孔內(nèi)。對(duì)于片狀、纖維狀或薄膜樣品也可取窗孔大小直接嵌固在窗孔內(nèi)。但固定在窗孔內(nèi)的樣品其平整表面必須與樣品板平齊，并對(duì)著入射X射線。對(duì)于金屬塊樣，如果存在應(yīng)力，應(yīng)該先通過(guò)熱處理退火消除。（2）特殊樣品的制備28對(duì)于金屬、陶瓷、玻璃等一些不易研成粉末的樣品，可先將其鋸29樣品的擇優(yōu)取向：具有片狀或柱狀完全解理的樣品物質(zhì)，其粉末一般都呈細(xì)片狀或細(xì)律狀，在制作樣品過(guò)程中易于形成擇優(yōu)取向，對(duì)粉末進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間（例如達(dá)半小時(shí)）的研磨，使之盡量細(xì)碎；制樣時(shí)盡量輕壓，或采用上述NBS的裝樣方法；必要時(shí)還可在樣品粉末中摻和等體積的細(xì)粒硅膠：這些措施都能有助于減少擇優(yōu)取向。29樣品的擇優(yōu)取向：具有片狀或柱狀完全解理的樣品物質(zhì)，其粉末30

（1）測(cè)量方式

連續(xù)掃描法：

將計(jì)數(shù)器連接到計(jì)數(shù)率儀上，試樣以θ/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)數(shù)器以2θ/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，即為1：2的θ/2θ聯(lián)動(dòng)掃描，在選定的2θ角范圍內(nèi)，以設(shè)定的掃描速度掃測(cè)各衍射晶面對(duì)應(yīng)的衍射角和衍射強(qiáng)度。測(cè)量結(jié)果自動(dòng)存入計(jì)算機(jī)，可在打印終端輸出測(cè)量結(jié)果，繪出其衍射線強(qiáng)度和衍射角的關(guān)系圖，即I-2θ圖。掃描速度：0.06ο~76.2ο/min或0.01~1.27o/Sec優(yōu)點(diǎn)：掃描速度快、效率高、是衍射分析中最常用方法

測(cè)量方式和實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇30（1）測(cè)量方式測(cè)量方式和實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇313132步進(jìn)掃描法將計(jì)數(shù)器與定標(biāo)器連接,首先讓計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)到起始的2θ角位置，按定時(shí)器設(shè)定的步寬和步進(jìn)時(shí)間測(cè)量脈沖數(shù)，將脈沖數(shù)除以步進(jìn)的時(shí)間，即為該處對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度。然后計(jì)數(shù)器按設(shè)定的步寬和步進(jìn)時(shí)間，每前進(jìn)一步，重復(fù)一次上述的測(cè)量，給出各步2θ對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度。

1）定時(shí)計(jì)數(shù)：設(shè)定步進(jìn)時(shí)間，步進(jìn)寬度，從設(shè)定的起始角開(kāi)始測(cè)定、直到設(shè)定的終止角。

2）定數(shù)計(jì)時(shí)：固定θ和2θ的位置測(cè)定峰的強(qiáng)度。步進(jìn)掃描的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高、能給出精確的衍射峰位、衍射線形、積分強(qiáng)度和積分寬度。適合作各種定量分析。32步進(jìn)掃描法將計(jì)數(shù)器與定標(biāo)器連接,首先讓計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)到起始的333334不論是哪一種測(cè)量方式，快速掃描的情況下都能相當(dāng)迅速地給出全部衍射花樣，它適合于物質(zhì)的預(yù)檢，特別適用于對(duì)物質(zhì)進(jìn)行鑒定或定性估計(jì)。對(duì)衍射花樣局部做非常慢的掃描，適合于精細(xì)區(qū)分衍射花樣的細(xì)節(jié)和進(jìn)行定量的測(cè)量。例如，混合物相的定量分析，精確的晶面間距測(cè)定、晶粒尺寸和點(diǎn)陣畸變的研究等。

34不論是哪一種測(cè)量方式，快速掃描的情況下都能相當(dāng)迅速地給出35狹縫的選擇：以測(cè)試范圍內(nèi)最小的2θ為依據(jù)來(lái)選擇狹縫寬度，使入射線的照射面積不超出試樣的工作表面。發(fā)散狹縫光闌：1/30o、1/12o、1/6o、1/4o、1/2o、1o、4o；防寄生散射光闌：1/30o、1/12o、1/6o、1/4o、1/2o、1o、4o；接收狹縫光闌：0.05,0.1,0.15,0.2,0.4,1.02.0(mm)狹縫的大小對(duì)衍射強(qiáng)度和分辨率都有影響。大狹縫可得較大的衍射強(qiáng)度,但降低分辨率。小狹縫能提高分辨率但損失強(qiáng)度，一般如需要提高強(qiáng)度時(shí)宜選取大些狹縫，需要高分辨率時(shí)宜選小些狹縫，尤其是接收狹縫對(duì)分辨率影響更大。每臺(tái)衍射儀都配有各種狹縫以供選用。（2）實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇35狹縫的選擇：以測(cè)試范圍內(nèi)最小的2θ為依據(jù)來(lái)選擇狹縫寬度，36量程：量程是指記錄紙滿刻度時(shí)的計(jì)數(shù)（率）強(qiáng)度。增大量程可表現(xiàn)為X射線記錄強(qiáng)度的衰減，不改變衍射峰的位置及寬度，并使背底和峰形平滑，但卻能掩蓋弱峰使分辨率降低，一般分析測(cè)量中量程選擇應(yīng)適當(dāng)。當(dāng)測(cè)量結(jié)晶不良的物質(zhì)或主要想探測(cè)分辨弱峰時(shí)，宜選用小量程。當(dāng)測(cè)量結(jié)晶良好的物質(zhì)或主要想探測(cè)強(qiáng)峰時(shí)，量程可以適當(dāng)大些，但以能使弱峰顯示強(qiáng)峰不超出記錄紙滿標(biāo)為限。36量程：量程是指記錄紙滿刻度時(shí)的計(jì)數(shù)（率）強(qiáng)度。增大量程可37

時(shí)間常數(shù)和預(yù)置時(shí)間：連續(xù)掃描測(cè)量中采用時(shí)間常數(shù)，客觀存在是指計(jì)數(shù)率儀中脈沖平均電路對(duì)脈沖響應(yīng)的快慢程度。時(shí)間常數(shù)大，脈沖響應(yīng)慢，對(duì)脈沖電流具有較大的平整作用，不易辨出電流隨時(shí)間變化的細(xì)節(jié)，因而，強(qiáng)度線形相對(duì)光滑，峰形變寬，高度下降，峰形移向掃描方向；時(shí)間常數(shù)過(guò)大，還會(huì)引起線形不對(duì)稱，使一條線形的后半部分拉寬。反之，時(shí)間常數(shù)小，能如實(shí)繪出計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)速率的統(tǒng)計(jì)變化，易于分辨出電流時(shí)間變化的細(xì)節(jié)，使弱峰易于分辨，衍射線形和衍射強(qiáng)度更加真實(shí)。計(jì)數(shù)率儀均配有多種可供選擇的時(shí)間常數(shù)。步進(jìn)掃描中采用預(yù)置時(shí)間來(lái)表示定標(biāo)器一步之內(nèi)的計(jì)數(shù)時(shí)間，起著與時(shí)間常數(shù)類(lèi)似的作用，也有多種可供選擇的方式。37時(shí)間常數(shù)和預(yù)置時(shí)間：連續(xù)掃描測(cè)量中采用時(shí)間常數(shù)，客觀存38d．掃描速度和步寬連續(xù)掃描中采用的掃描速度是指計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。慢速掃描可使計(jì)數(shù)器在某衍射角度范圍內(nèi)停留的時(shí)間更長(zhǎng)，接收的脈沖數(shù)目更多，使衍射數(shù)據(jù)更加可靠。但需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)于精細(xì)的測(cè)量應(yīng)采用慢掃描，物相的預(yù)檢或常規(guī)定性分析可采用快掃描，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)測(cè)量需要選用不同的掃描速度。步進(jìn)掃描中用步寬來(lái)表示計(jì)數(shù)管每步掃描的角度，有多種方式表示掃描速度。38d．掃描速度和步寬連續(xù)掃描中采用的掃描速度是指計(jì)數(shù)器39PDF卡片和ICSD卡片由“國(guó)際粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會(huì)”（JointCommitteeonPowderDiffractionStandards）與美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）、美國(guó)結(jié)晶學(xué)協(xié)會(huì)（ACA）、英國(guó)物理研究所（IP）、美國(guó)全國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）等十個(gè)專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合編纂。稱JCPDS卡片，是目前上最為完備的X射線粉末衍射數(shù)據(jù)。至2007年出版了14萬(wàn)張卡片，并且在不斷補(bǔ)充。常用的PDF卡片查詢軟件有WINPDF.EXE，可直接安裝。無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（InorganicCrystalStructureDatabase）39PDF卡片和ICSD卡片由“國(guó)際粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會(huì)”（40PDF卡片查詢軟件的使用按卡片號(hào)快速查詢信息按照其它查詢?cè)敿?xì)信息40PDF卡片查詢軟件的使用按卡片號(hào)快速查詢信息按照其它查詢41按卡片號(hào)快速查詢輸入卡片號(hào)41按卡片號(hào)快速查詢輸入卡42按照其它方式查詢信息42按照其它方式查詢信息43選中檢索結(jié)果43選中檢索結(jié)果44靶材K值物質(zhì)和分子式空間電陣單胞體積晶格常數(shù)參考文獻(xiàn)三強(qiáng)線和對(duì)應(yīng)角度卡片號(hào)44靶材K值物質(zhì)和分子式空間電陣單胞體積晶格常數(shù)參考文獻(xiàn)三強(qiáng)45D值晶面指數(shù)Θ和2Θ值相對(duì)強(qiáng)度靶材衍射峰的個(gè)數(shù)45D值晶面指數(shù)Θ和2Θ值相對(duì)強(qiáng)度靶材衍射峰的個(gè)數(shù)46常用X衍射圖分析軟件常用的X衍射圖分析軟件有：JADE系列：JADE5.0，JADE6.5，

JADE7.0；HIGHSCORESEARCH–MARCH46常用X衍射圖分析軟件常用的X衍射圖分析軟件有：47MDIASCiiPatternFiles

*.MDIJADE的默認(rèn)數(shù)據(jù)格式,，也是一種通用的純文本格式，被很多其它軟件所使用。

RINT-2000Binarypatternfiles*.RAW日本理學(xué)儀器數(shù)據(jù)二進(jìn)制格式。Jadeimportasciipatternfiles*.TXT通用文本格式，這種格式的文件可由Jade產(chǎn)生，也可讀入到Jade中。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式小竅門(mén)：將*.TXT格式的后綴修改為*.MDI格式即可用JADE軟件處理。47MDIASCiiPatternFiles常用的數(shù)據(jù)48JADE6.5的應(yīng)用48JADE6.5的應(yīng)用49進(jìn)入Jade在開(kāi)始菜單或桌面上找到“MDIJade”圖標(biāo)，雙擊，一個(gè)簡(jiǎn)單的啟動(dòng)頁(yè)面過(guò)后，就進(jìn)入到Jade的主窗口?；螂p擊任何一個(gè)*.MDI文件即可啟動(dòng)49進(jìn)入Jade在開(kāi)始菜單或桌面上找到“MDIJade”圖50建立PDF卡片索引

在使用JADE開(kāi)始如物相檢索等工作之前，你需要有一張PDF2卡片光盤(pán)，并將光盤(pán)建立索引。目前常用的最新版PDF2為2004年版，共有1-54組、65組、70-89組卡片，實(shí)際上2003版除沒(méi)有54組外，其它都差不多，最新的2009年版有1-59組卡片。50建立PDF卡片索引在使用JADE開(kāi)始如物相檢索等工作之51PDF卡片索引的建立步驟將PDF光盤(pán)內(nèi)容復(fù)制到一個(gè)容量較大的硬盤(pán)分區(qū)上（使用起來(lái)會(huì)方便得多）；進(jìn)入ＪＡＤＥ6.５；選擇菜單中“PDF”下的Setup”命令，見(jiàn)到索引窗口。輸入PDF2光盤(pán)中PDF2.DAT文件所在位置（已復(fù)制到硬盤(pán)上），不要用Find命令讓系統(tǒng)去搜索，可用BROWSE命令自己去查找。選擇需要建立索引的PDF2子庫(kù)，PDF2中共有14萬(wàn)多張卡片，這些卡片按類(lèi)保存在不同的子庫(kù)中，最簡(jiǎn)單的辦法就是“SelectAll”，因?yàn)镴ADE建立的只是索引，而不是完全復(fù)制，所以即使你選擇了全部，也多占不了多少硬盤(pán)空間。Go，開(kāi)始建立索引，建立索引需要大約３0分鐘的時(shí)間，這期間你可以做其它的事。51PDF卡片索引的建立步驟將PDF光盤(pán)內(nèi)容復(fù)制到一個(gè)容量較52PDF2.dat文件所在位置，按Browse查找

要建立的PDF2索引所在位置，不需要更改選擇所有的卡片組，也可以根據(jù)需要選擇開(kāi)始建立索引52PDF2.dat文件所要建立的PDF2選擇所有的卡片開(kāi)始53說(shuō)明上圖是JADE6的界面，JADE9的界面有一點(diǎn)不同，也沒(méi)有關(guān)系。PDF2002和PDF2003都可以正常地在JADE6.5中建立索引，而PDF2004則在最后28秒出現(xiàn)一個(gè)警告。這沒(méi)有關(guān)系。實(shí)際上已經(jīng)完全建立好了索引。你可以正常地使用。最近發(fā)現(xiàn)，在英文版的WINDOWS2000下沒(méi)有出現(xiàn)這種情況。53說(shuō)明上圖是JADE6的界面，JADE9的界面有一點(diǎn)不同，54ICSD結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的索引建立做結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)精修必做的工作！

JADE6.0后的軟件才具有這種功能。選JADE6.0主菜單后再選擇OPTION---STRUCTUREdatascan進(jìn)入結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的索引頁(yè)面。54ICSD結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的索引建立做結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)精修必做的工55文件的讀入方式Jade可讀取的數(shù)據(jù)類(lèi)型很多，如：(*.mdi)、(*,raw)、(*.TXT)、如果不知道文件類(lèi)型，或者不愿意選擇文件類(lèi)型，可選文件類(lèi)型為“*.*”。文件的讀入方式有兩種，一種是讀入（read），另一種是添加（add）55文件的讀入方式Jade可讀取的數(shù)據(jù)類(lèi)型很多，如：(*5656575758Read：讀入單個(gè)文件或同時(shí)讀入多個(gè)選中的文件。讀入時(shí)，原來(lái)顯示在主窗口中的圖譜被清除；Add：增加文件顯示。如果主窗口中已顯示了一個(gè)或多個(gè)譜，為了不被新添加的文件清除，使用增加的方式讀入文件。在做多譜線對(duì)比時(shí)，多用這種方式。如果需要有序地排列多個(gè)譜，建議一個(gè)一個(gè)地Add譜，這在后面的圖譜排列中一直有序，否則，Jade按默認(rèn)的方式排列譜。58Read：讀入單個(gè)文件或同時(shí)讀入多個(gè)選中的文件。讀入時(shí)，595960606161626263基本功能操作

63基本功能操作64Save-SetupAsciiExport：這個(gè)命令的作用是設(shè)置Jade保存數(shù)據(jù)的格式（Export）和讀入數(shù)據(jù)的格式（Import)。這個(gè)命令打開(kāi)一個(gè)設(shè)置對(duì)話框Browse是一個(gè)很有用的命令它打開(kāi)一個(gè)對(duì)話框。其作用是，按一個(gè)存在的數(shù)據(jù)文件格式來(lái)設(shè)置讀入格式。

64Save-SetupAsciiExport6565666667

保存前一圖譜物相檢索結(jié)果到下一個(gè)打開(kāi)的文件窗口，可減少同批樣品物相檢索的工作量67保存前一圖譜物相檢索結(jié)果到下一個(gè)打開(kāi)的文件窗口，可68在劃峰（計(jì)算峰面積）時(shí)顯示晶粒尺寸68在劃峰（計(jì)算峰面積）時(shí)顯示晶粒尺寸696970707171727273737474757576基本顯示操作76基本顯示操作77顯示衍射峰相對(duì)強(qiáng)度衍射峰標(biāo)記垂直顯示衍射峰位置標(biāo)記77顯示衍射峰相對(duì)強(qiáng)度衍射峰標(biāo)記垂直顯示衍射峰位置標(biāo)記78物相檢索

物相檢索也就是“物相定性分析”。它的基本原理是基于以下三條原則：（1）任何一種物相都有其特征的衍射譜；（2）任何兩種物相的衍射譜不可能完全相同；（3）多相樣品的衍射峰是各物相的機(jī)械疊加。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量或理論計(jì)算，建立一個(gè)“已知物相的卡片庫(kù)”，將所測(cè)樣品的圖譜與PDF卡片庫(kù)中的“標(biāo)準(zhǔn)卡片”一一對(duì)照，就能檢索出樣品中的全部物相。78物相檢索物相檢索也就是“物相定性分析”。79物相檢索的步驟包括：（1）給出檢索條件：包括檢索子庫(kù)（有機(jī)還是無(wú)機(jī)、礦物還是金屬等等）、樣品中可能存在的元素等；（2）計(jì)算機(jī)按照給定的檢索條件進(jìn)行檢索，將最可能存在的前100種物相列出一個(gè)表；（3）從列表中檢定出一定存在的物相。79物相檢索的步驟包括：（1）給出檢索條件：包括檢索子庫(kù)（有80判斷一個(gè)相是否存在的條件：（1）標(biāo)準(zhǔn)卡片中的峰位與測(cè)量峰的峰位是否匹配，標(biāo)準(zhǔn)卡片中出現(xiàn)的峰的位置，樣品譜中必須有相應(yīng)的峰與之對(duì)應(yīng)，即使三條強(qiáng)線對(duì)應(yīng)得非常好，但有另一條較強(qiáng)線位置明顯沒(méi)有出現(xiàn)衍射峰，也不能確定存在該相，但是，當(dāng)樣品存在明顯的擇優(yōu)取向時(shí)除外，此時(shí)需要另外考慮擇優(yōu)取向問(wèn)題；（2）標(biāo)準(zhǔn)卡片的峰強(qiáng)比與樣品峰的峰強(qiáng)比要大致相同，但一般情況下，對(duì)于金屬塊狀樣品，由于擇優(yōu)取向存在，導(dǎo)致峰強(qiáng)比不一致，因此，峰強(qiáng)比僅可作參考；（3）檢索出來(lái)的物相包含的元素在樣品中必須存在，如果檢索出一個(gè)FeO相，但樣品中根本不可能存在Fe元素，則即使其它條件完全吻合，也不能確定樣品中存在該相，要考慮雜質(zhì)元素污染，先做元素分析在做XRD。80判斷一個(gè)相是否存在的條件：（1）標(biāo)準(zhǔn)卡片中的峰位與測(cè)量峰81第一輪檢索：大海撈針（主相）

81第一輪檢索：大海撈針（主相）82檢索列表，從上至下列出最可能的100種物相，一般按“FOM”由小到大的順序排列，F(xiàn)OM是匹配率的倒數(shù)。數(shù)值越小，表示匹配性越高。

當(dāng)前所指物相譜線的顏色一定為藍(lán)色。

上下雙向箭頭用來(lái)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)線的高度，左右雙向箭頭則可調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)線的左右位置，這個(gè)功能在固溶體合金的物相分析中很有用82檢索列表，從上至下列出最可能的100種物相，一般按“FO83第二輪：限定條件的檢索

限定條件主要是限定樣品中存在的“元素”或化學(xué)成分，在“Usechemistryfilter”選項(xiàng)前加上對(duì)號(hào)，進(jìn)入到一個(gè)元素周期表對(duì)話框。將樣品中可能存在的元素全部輸入，點(diǎn)擊“OK”，返回到前一對(duì)話框界面，此時(shí)可選擇檢索對(duì)象為次要相或微量相（S/MFocusonMinorPhases或S/MFocusonTracePhases）。其它下面的操作就完全相同。83第二輪：限定條件的檢索限定條件主要是限定樣品中存在的“84“可能”的標(biāo)記為藍(lán)色，“一定存在”的標(biāo)記為綠色。

84“可能”的標(biāo)記為藍(lán)色，“一定存在”的標(biāo)記為綠色。85第三輪：?jiǎn)畏逅阉?/p>

即指定一個(gè)未被檢索出的峰，在PDF卡片庫(kù)中搜索在此處出現(xiàn)衍射峰的物相列表，然后從列表中檢出物相方法如下：在主窗口中選擇“計(jì)算峰面積”按鈕，在峰下劃出一條底線，該峰被指定，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“S/M”，此時(shí)，檢索對(duì)象變?yōu)榛疑豢烧{(diào)（Jade5中顯示為“PaintedPeaks”）。此時(shí)，你可以限定元素或不限定元素，軟件會(huì)列出在此峰位置出現(xiàn)衍射峰的標(biāo)準(zhǔn)卡片列表。通過(guò)以上三輪搜索，99.9%樣品都能檢索出全部物相85第三輪：?jiǎn)畏逅阉骷粗付ㄒ粋€(gè)未被檢索出的峰，在PDF卡片86物相檢索結(jié)果的輸出物相檢索結(jié)果包含的內(nèi)容可以很多，也可以很少。如果只是想調(diào)查有哪些相，保存一張圖片就可以了。檢索完成后，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊常用工具欄中的“打印機(jī)”按鈕，轉(zhuǎn)到“打印預(yù)覽”窗口，可保存/復(fù)制/打印/編輯檢索結(jié)果。測(cè)量線PDF標(biāo)準(zhǔn)圖譜86物相檢索結(jié)果的輸出物相檢索結(jié)果包含的內(nèi)容可以很多，也可以87謝謝!87謝謝!88材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)1材料結(jié)構(gòu)表征技術(shù)89propertystructurecompositionperformancepreparation/processingdesign2propertystructurecompositionp90結(jié)構(gòu)及表征技術(shù)固溶結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)取向物相及結(jié)構(gòu)應(yīng)力組織形狀分布位向物相的形貌及分布物相的組成及含量間隙固溶體置換固溶體無(wú)序有序沉淀結(jié)構(gòu)取向織構(gòu)宏觀應(yīng)力微觀應(yīng)力介觀應(yīng)力單晶結(jié)構(gòu)原子及分子結(jié)構(gòu)多晶材料組織結(jié)構(gòu)3結(jié)構(gòu)及表征技術(shù)固溶結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)取向物相及結(jié)構(gòu)應(yīng)力組織物相的形貌91單晶材料構(gòu)結(jié)晶單向取晶單陷缺體晶布拉非點(diǎn)陣類(lèi)型晶胞的形狀和大小原子類(lèi)型及在晶胞中的位置X－四圓衍射儀晶體學(xué)與外觀座標(biāo)的關(guān)系孿生面貫析面指數(shù)的確定晶體與晶體的位向關(guān)系晶體點(diǎn)缺陷晶體面缺陷晶體線缺陷4單晶材料構(gòu)結(jié)晶單向取晶單陷缺體晶布拉非點(diǎn)陣類(lèi)型晶胞的形狀和92主要內(nèi)容一、X射線衍射分析（３-4次課）二、原子力顯微分析（１次課）三、掃描電鏡分析（１次課）四、透射電鏡分析（2次課）5主要內(nèi)容一、X射線衍射分析（３-4次課）93一、X射線衍射分析X射線的本質(zhì)：波長(zhǎng)極短的電磁波,λ=0.1nm左右。X射線的波動(dòng)性：以一定的波長(zhǎng)和頻率在空間傳播。X射線的粒子性：X是由大量不連續(xù)的粒子流構(gòu)成，即光子，以光子形式輻射時(shí)具有質(zhì)量、能量和動(dòng)量X射線的強(qiáng)度I，單位為：J/m2.sa、用波動(dòng)性描述為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向的單位截面上的能量大??；I∝A2。

b、用粒子性描述為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于傳播方向的單位截面上的光子的能量。I=nε6一、X射線衍射分析X射線的本質(zhì)：波長(zhǎng)極短的電磁波,λ=094X射線的產(chǎn)生：帶電粒子在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生X射線。其產(chǎn)生的條件為：

1）產(chǎn)生自由電子；

2）使電子作定向高速運(yùn)動(dòng)；

3）在電子運(yùn)動(dòng)的路徑上設(shè)置使其突然減速的障礙物。7X射線的產(chǎn)生：帶電粒子在加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，就會(huì)產(chǎn)生X射線。95Ｘ射線管Ｘ射線產(chǎn)生原理X射線管

1)陰極：W絲制成，發(fā)射熱電子。

2）陽(yáng)極：常用靶材有Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Mo,Ag,W。

3）窗口：金屬鈹制成，保持高真空，對(duì)X吸收小。

4)聚焦罩5）焦點(diǎn)1×10mm6)表觀焦點(diǎn)——點(diǎn)焦點(diǎn)，線焦點(diǎn)。8Ｘ射線管Ｘ射線產(chǎn)生原理X射線管96Ｘ射線學(xué)Ｘ射線透視學(xué)Ｘ射線晶體學(xué)Ｘ射線光譜學(xué)利用Ｘ對(duì)人體、工件等的穿透能力來(lái)探測(cè)人體的病變及工件的缺陷。利用已知波長(zhǎng)的X在晶體中的衍射，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)以及與結(jié)構(gòu)有關(guān)的各種問(wèn)題進(jìn)行研究。利用X在已知結(jié)構(gòu)晶體中的衍射現(xiàn)象來(lái)測(cè)定X射線的波長(zhǎng)。9Ｘ射線透視學(xué)Ｘ射線晶體學(xué)Ｘ射線光譜學(xué)利用Ｘ對(duì)人體、工件等的97X射線與物質(zhì)的相互作用

(1)X射線的吸收:X射線通過(guò)物體時(shí)其強(qiáng)度逐漸衰減,一部分射線被物體吸收。

-dI/I=μdxμ：線吸收系數(shù)

μ：X射線傳播方向上單位長(zhǎng)度內(nèi)X射線強(qiáng)度衰減程度

μm

：質(zhì)量吸收系數(shù)——單位重量物質(zhì)對(duì)X的吸收；

μm=μ/ρ（cm2/ρ）積分得：μm是原子序數(shù)Z和波長(zhǎng)λ的函數(shù)、其關(guān)系為：μm=Kλ3Z3混合物的質(zhì)量吸收系數(shù)μm為：μm=w1μm1+w2μm2+·······可見(jiàn)：組成物體的諸化學(xué)元素的原子序數(shù)越大，吸收越強(qiáng)，X射線波長(zhǎng)越長(zhǎng)吸收越大。10X射線與物質(zhì)的相互作用98電離作用與光電效應(yīng)

當(dāng)X射線通過(guò)氣體時(shí)可以引起電離，入射到光電材料上時(shí)可以產(chǎn)生光電效應(yīng)。用于記錄X射線的各種儀器。感光作用

X射線射到感光材料或乳膠片上,可以使底片感光,用于X射線照相。熒光效應(yīng)

當(dāng)X射線投射到諸如硫化鋅一類(lèi)物質(zhì)上，可以產(chǎn)生熒光。用于顯示X射線的徑跡。11電離作用與光電效應(yīng)99散射X射線通過(guò)晶體時(shí)，按照經(jīng)典電磁場(chǎng)理論，電磁波的周期性擾動(dòng)迫使組成晶體的原子中的電子產(chǎn)生受激振動(dòng)---吸收入射射線并向各個(gè)方向散發(fā)出次級(jí)X射線。以一定方向入射到晶體上的X射線，一部分改變?cè)瓉?lái)的方向向四面八方發(fā)散而出---X射線的散射。原子散射X射線的能力和原子中所含電子數(shù)目成正比，即原子序數(shù)大的原子散射能力強(qiáng)。散射波之間的將出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，稱為相干散射，其結(jié)果就是在不同方向上出現(xiàn)不同強(qiáng)度的散射線，也就是“衍射現(xiàn)象”，X射線在晶體結(jié)構(gòu)分析中應(yīng)用就是晶體對(duì)X射線的衍射效應(yīng)。12散射X射線通過(guò)晶體時(shí)，按照經(jīng)典電磁場(chǎng)理論，電磁波的周100布拉格方程相干衍射的條件：波程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍13布拉格方程相干衍射的條件：波程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍101如果把具有晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體看作是一些原子平面族，是一組相互平行，間距相等的晶面網(wǎng)，并以（hkl）表示晶面方向，相鄰間距記為d（hkl），來(lái)自相鄰原子面衍射波相干的條件是波程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍（HKL）為衍射指標(biāo)，（HKL）=（nhnknl），它表示的是由同一晶面產(chǎn)生的不同級(jí)的反射。布拉格方程給出了晶體（d），x射線（）與衍射角（θ）之間的定量關(guān)系。每種晶體結(jié)構(gòu)都為唯一的衍射譜線，可以利用這一關(guān)系來(lái)進(jìn)行樣品的鑒定。14如果把具有晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的晶體看作是一些原子平面族，是一組102由大量晶胞組成的整個(gè)晶體，其特征強(qiáng)度(I（hkl）)應(yīng)正比于來(lái)自晶體全部晶胞中總散射波的振幅(︱F（hkl）︳)的平方，故實(shí)際晶體衍射強(qiáng)度：

I（hkl）=kL(θ)P(θ)A(θ)T(θ)︱F（hkl）︳2

其中極化因子P(θ)、積分因子L(θ)、溫度因子T(θ)、吸收因子A(θ)為影響實(shí)際晶體衍射強(qiáng)度的幾何與物理的因素。晶體衍射強(qiáng)度與衍射空間的對(duì)稱性15由大量晶胞組成的整個(gè)晶體，其特征強(qiáng)度(I（hkl）)應(yīng)正103

應(yīng)用衍射法測(cè)得的強(qiáng)度I（hkl）精確值，通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)分析軟件的運(yùn)算（衍射強(qiáng)度的統(tǒng)一，還原）可消除k、L、P、A、T的影響而得到振幅(︱F（hkl）︳)，并以此作為晶體結(jié)構(gòu)的起始數(shù)據(jù)。16應(yīng)用衍射法測(cè)得的強(qiáng)度I（hkl）精確值，通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)分104衍射方向1、立方晶系：2、四方晶系：3、六方晶系：17衍射方向105X射線物相分析衍射花樣衍射線的位置衍射線強(qiáng)度X射線物相分析的應(yīng)用

材料科學(xué)、材料工程、機(jī)器制造、地質(zhì)礦產(chǎn)、環(huán)保、食品工業(yè)、醫(yī)藥等部門(mén)及其行業(yè)，進(jìn)行物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其相關(guān)問(wèn)題的研究，如物質(zhì)的相組成及相變，同素異構(gòu)體的區(qū)別等。晶體結(jié)構(gòu)晶胞的形狀和大小原子的種類(lèi)、數(shù)量、和位置衍射幾何理論衍射強(qiáng)度理論材料的性能與成分組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系18X射線物相分析衍射花樣X(jué)射線物相分析的應(yīng)用晶體結(jié)構(gòu)衍射幾106定性分析的原理和思路

物相定性分析的原理

宇宙中的結(jié)晶物質(zhì)，之所以表現(xiàn)出種類(lèi)及其性能的差別，是因?yàn)槿魏我环N結(jié)晶物質(zhì)都具有自己特定的晶體結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)類(lèi)型，晶胞的形狀及大小，晶胞中原子的種類(lèi)、數(shù)目及位置等。在一定波長(zhǎng)的X射線照射下，都呈現(xiàn)出自己特定的衍射化樣,它表明了物質(zhì)中元素的結(jié)合狀態(tài)。多相物質(zhì)的衍射花樣互不干涉，相互獨(dú)立，只是機(jī)械地疊加。所以衍射花樣能夠作為物相鑒定的依據(jù)。衍射花樣的區(qū)別主要表現(xiàn)在衍射線的位置和強(qiáng)度,即d和I

。19定性分析的原理和思路

107物相定性分析的思路

制定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的衍射卡片，即粉末衍射卡片組（PDF）；將試樣的d值I/I1與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)衍射卡的d值和I/I1

值進(jìn)行對(duì)比，便可進(jìn)行物相鑒定。20物相定性分析的思路制定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的衍射卡片，即粉末衍射卡108X衍射儀X衍射儀原理圖X衍射儀設(shè)備圖21X衍射儀X衍射儀原理圖X衍射儀設(shè)備圖109測(cè)角儀的構(gòu)造a、樣品臺(tái):位于測(cè)角儀的中心,可繞樣品法線方向轉(zhuǎn)動(dòng);b、X射線源:位于以樣品臺(tái)軸線為中心的圓周上,與軸線平行;22測(cè)角儀的構(gòu)造a、樣品臺(tái):位于測(cè)角儀的中心,可繞樣品法線方110測(cè)角儀示意圖c、光學(xué)布置:發(fā)散的X射線經(jīng)樣品反射后在計(jì)數(shù)器處聚焦,與X射線源位于同一圓周;d、測(cè)角儀臺(tái)面:狹縫、光闌、計(jì)數(shù)器固定于測(cè)角儀上，隨計(jì)數(shù)器一起轉(zhuǎn)動(dòng)；狹縫的作用就是為了獲得平行的入射線和衍射線e、測(cè)量動(dòng)作(試樣與計(jì)數(shù)管的動(dòng)作):θ-2θ聯(lián)動(dòng)；23測(cè)角儀示意圖c、光學(xué)布置:發(fā)散的X射線經(jīng)樣品反射后在計(jì)數(shù)111測(cè)角儀的衍射幾何測(cè)角儀圓：X射線的焦點(diǎn)F和計(jì)數(shù)管光闌G位于同一圓周上。聚焦圓：X射線的焦點(diǎn)F、樣品表面O和計(jì)數(shù)管光闌G所在的圓樣品上各個(gè)點(diǎn)反射線均能聚焦；在每一個(gè)固定的角度只有一個(gè)反射晶面的衍射線可以檢測(cè)，可對(duì)不同晶面逐一檢測(cè)；聚焦圓半徑r會(huì)發(fā)生改變，角度增加r減??；角度減小，r增加；r=R/2sinθ

誤差θ采用平板試驗(yàn)，使其表面與聚焦圓相切；24測(cè)角儀的衍射幾何測(cè)角儀圓：X射線的焦點(diǎn)F和計(jì)數(shù)管光闌112光學(xué)布置采用由窄縫光闌與梭拉光闌組成的聯(lián)合光闌系統(tǒng)梭拉光闌：將傾斜的Ｘ射線擋住窄縫光闌a：控制與測(cè)角儀平面平行方向的射線束的發(fā)散度窄縫光闌b：控制入射線在試樣上的照射面積窄縫光闌f：控制進(jìn)入計(jì)數(shù)器的輻射能量。25光學(xué)布置采用由窄縫光闌與梭拉光闌組成的聯(lián)合光闌系統(tǒng)113X衍射的試驗(yàn)注意事項(xiàng)樣品制備

在衍射儀法中，樣品制作上的差異對(duì)衍射結(jié)果所產(chǎn)生的影響，要比照相法中大得多。因此，制備符合要求的樣品，是衍射儀實(shí)驗(yàn)技術(shù)中的重要的一環(huán)，通常制成平板狀樣品。衍射儀均附有表面平整光滑的玻璃或鋁質(zhì)的樣品板，板上開(kāi)有窗孔或不穿透的凹槽，樣品放入其中進(jìn)行測(cè)定。26X衍射的試驗(yàn)注意事項(xiàng)樣品制備114將被測(cè)試樣在瑪瑙研缽中研成5μm左右的細(xì)粉；將適量研磨好的細(xì)粉填入凹槽，并用平整光滑的玻璃板將其壓緊；將槽外或高出樣品板面多余粉末刮去，重新將樣品壓平、壓緊、使樣品表面與樣品板面一樣平齊光滑。（1）粉晶樣品的制備27將被測(cè)試樣在瑪瑙研缽中研成5μm左右的細(xì)粉；（1）粉晶樣115對(duì)于金屬、陶瓷、玻璃等一些不易研成粉末的樣品，可先將其鋸成窗孔大小，磨平一面，再用橡皮泥或石蠟將其固定在窗孔內(nèi)。對(duì)于片狀、纖維狀或薄膜樣品也可取窗孔大小直接嵌固在窗孔內(nèi)。但固定在窗孔內(nèi)的樣品其平整表面必須與樣品板平齊，并對(duì)著入射X射線。對(duì)于金屬塊樣，如果存在應(yīng)力，應(yīng)該先通過(guò)熱處理退火消除。（2）特殊樣品的制備28對(duì)于金屬、陶瓷、玻璃等一些不易研成粉末的樣品，可先將其鋸116樣品的擇優(yōu)取向：具有片狀或柱狀完全解理的樣品物質(zhì)，其粉末一般都呈細(xì)片狀或細(xì)律狀，在制作樣品過(guò)程中易于形成擇優(yōu)取向，對(duì)粉末進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間（例如達(dá)半小時(shí)）的研磨，使之盡量細(xì)碎；制樣時(shí)盡量輕壓，或采用上述NBS的裝樣方法；必要時(shí)還可在樣品粉末中摻和等體積的細(xì)粒硅膠：這些措施都能有助于減少擇優(yōu)取向。29樣品的擇優(yōu)取向：具有片狀或柱狀完全解理的樣品物質(zhì)，其粉末117

（1）測(cè)量方式

連續(xù)掃描法：

將計(jì)數(shù)器連接到計(jì)數(shù)率儀上，試樣以θ/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)數(shù)器以2θ/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，即為1：2的θ/2θ聯(lián)動(dòng)掃描，在選定的2θ角范圍內(nèi)，以設(shè)定的掃描速度掃測(cè)各衍射晶面對(duì)應(yīng)的衍射角和衍射強(qiáng)度。測(cè)量結(jié)果自動(dòng)存入計(jì)算機(jī)，可在打印終端輸出測(cè)量結(jié)果，繪出其衍射線強(qiáng)度和衍射角的關(guān)系圖，即I-2θ圖。掃描速度：0.06ο~76.2ο/min或0.01~1.27o/Sec優(yōu)點(diǎn)：掃描速度快、效率高、是衍射分析中最常用方法

測(cè)量方式和實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇30（1）測(cè)量方式測(cè)量方式和實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇11831119步進(jìn)掃描法將計(jì)數(shù)器與定標(biāo)器連接,首先讓計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)到起始的2θ角位置，按定時(shí)器設(shè)定的步寬和步進(jìn)時(shí)間測(cè)量脈沖數(shù)，將脈沖數(shù)除以步進(jìn)的時(shí)間，即為該處對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度。然后計(jì)數(shù)器按設(shè)定的步寬和步進(jìn)時(shí)間，每前進(jìn)一步，重復(fù)一次上述的測(cè)量，給出各步2θ對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度。

1）定時(shí)計(jì)數(shù)：設(shè)定步進(jìn)時(shí)間，步進(jìn)寬度，從設(shè)定的起始角開(kāi)始測(cè)定、直到設(shè)定的終止角。

2）定數(shù)計(jì)時(shí)：固定θ和2θ的位置測(cè)定峰的強(qiáng)度。步進(jìn)掃描的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高、能給出精確的衍射峰位、衍射線形、積分強(qiáng)度和積分寬度。適合作各種定量分析。32步進(jìn)掃描法將計(jì)數(shù)器與定標(biāo)器連接,首先讓計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)到起始的12033121不論是哪一種測(cè)量方式，快速掃描的情況下都能相當(dāng)迅速地給出全部衍射花樣，它適合于物質(zhì)的預(yù)檢，特別適用于對(duì)物質(zhì)進(jìn)行鑒定或定性估計(jì)。對(duì)衍射花樣局部做非常慢的掃描，適合于精細(xì)區(qū)分衍射花樣的細(xì)節(jié)和進(jìn)行定量的測(cè)量。例如，混合物相的定量分析，精確的晶面間距測(cè)定、晶粒尺寸和點(diǎn)陣畸變的研究等。

34不論是哪一種測(cè)量方式，快速掃描的情況下都能相當(dāng)迅速地給出122狹縫的選擇：以測(cè)試范圍內(nèi)最小的2θ為依據(jù)來(lái)選擇狹縫寬度，使入射線的照射面積不超出試樣的工作表面。發(fā)散狹縫光闌：1/30o、1/12o、1/6o、1/4o、1/2o、1o、4o；防寄生散射光闌：1/30o、1/12o、1/6o、1/4o、1/2o、1o、4o；接收狹縫光闌：0.05,0.1,0.15,0.2,0.4,1.02.0(mm)狹縫的大小對(duì)衍射強(qiáng)度和分辨率都有影響。大狹縫可得較大的衍射強(qiáng)度,但降低分辨率。小狹縫能提高分辨率但損失強(qiáng)度，一般如需要提高強(qiáng)度時(shí)宜選取大些狹縫，需要高分辨率時(shí)宜選小些狹縫，尤其是接收狹縫對(duì)分辨率影響更大。每臺(tái)衍射儀都配有各種狹縫以供選用。（2）實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇35狹縫的選擇：以測(cè)試范圍內(nèi)最小的2θ為依據(jù)來(lái)選擇狹縫寬度，123量程：量程是指記錄紙滿刻度時(shí)的計(jì)數(shù)（率）強(qiáng)度。增大量程可表現(xiàn)為X射線記錄強(qiáng)度的衰減，不改變衍射峰的位置及寬度，并使背底和峰形平滑，但卻能掩蓋弱峰使分辨率降低，一般分析測(cè)量中量程選擇應(yīng)適當(dāng)。當(dāng)測(cè)量結(jié)晶不良的物質(zhì)或主要想探測(cè)分辨弱峰時(shí)，宜選用小量程。當(dāng)測(cè)量結(jié)晶良好的物質(zhì)或主要想探測(cè)強(qiáng)峰時(shí)，量程可以適當(dāng)大些，但以能使弱峰顯示強(qiáng)峰不超出記錄紙滿標(biāo)為限。36量程：量程是指記錄紙滿刻度時(shí)的計(jì)數(shù)（率）強(qiáng)度。增大量程可124

時(shí)間常數(shù)和預(yù)置時(shí)間：連續(xù)掃描測(cè)量中采用時(shí)間常數(shù)，客觀存在是指計(jì)數(shù)率儀中脈沖平均電路對(duì)脈沖響應(yīng)的快慢程度。時(shí)間常數(shù)大，脈沖響應(yīng)慢，對(duì)脈沖電流具有較大的平整作用，不易辨出電流隨時(shí)間變化的細(xì)節(jié)，因而，強(qiáng)度線形相對(duì)光滑，峰形變寬，高度下降，峰形移向掃描方向；時(shí)間常數(shù)過(guò)大，還會(huì)引起線形不對(duì)稱，使一條線形的后半部分拉寬。反之，時(shí)間常數(shù)小，能如實(shí)繪出計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)速率的統(tǒng)計(jì)變化，易于分辨出電流時(shí)間變化的細(xì)節(jié)，使弱峰易于分辨，衍射線形和衍射強(qiáng)度更加真實(shí)。計(jì)數(shù)率儀均配有多種可供選擇的時(shí)間常數(shù)。步進(jìn)掃描中采用預(yù)置時(shí)間來(lái)表示定標(biāo)器一步之內(nèi)的計(jì)數(shù)時(shí)間，起著與時(shí)間常數(shù)類(lèi)似的作用，也有多種可供選擇的方式。37時(shí)間常數(shù)和預(yù)置時(shí)間：連續(xù)掃描測(cè)量中采用時(shí)間常數(shù)，客觀存125d．掃描速度和步寬連續(xù)掃描中采用的掃描速度是指計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。慢速掃描可使計(jì)數(shù)器在某衍射角度范圍內(nèi)停留的時(shí)間更長(zhǎng)，接收的脈沖數(shù)目更多，使衍射數(shù)據(jù)更加可靠。但需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)于精細(xì)的測(cè)量應(yīng)采用慢掃描，物相的預(yù)檢或常規(guī)定性分析可采用快掃描，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)測(cè)量需要選用不同的掃描速度。步進(jìn)掃描中用步寬來(lái)表示計(jì)數(shù)管每步掃描的角度，有多種方式表示掃描速度。38d．掃描速度和步寬連續(xù)掃描中采用的掃描速度是指計(jì)數(shù)器126PDF卡片和ICSD卡片由“國(guó)際粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會(huì)”（JointCommitteeonPowderDiffractionStandards）與美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）、美國(guó)結(jié)晶學(xué)協(xié)會(huì)（ACA）、英國(guó)物理研究所（IP）、美國(guó)全國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）等十個(gè)專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合編纂。稱JCPDS卡片，是目前上最為完備的X射線粉末衍射數(shù)據(jù)。至2007年出版了14萬(wàn)張卡片，并且在不斷補(bǔ)充。常用的PDF卡片查詢軟件有WINPDF.EXE，可直接安裝。無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（InorganicCrystalStructureDatabase）39PDF卡片和ICSD卡片由“國(guó)際粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會(huì)”（127PDF卡片查詢軟件的使用按卡片號(hào)快速查詢信息按照其它查詢?cè)敿?xì)信息40PDF卡片查詢軟件的使用按卡片號(hào)快速查詢信息按照其它查詢128按卡片號(hào)快速查詢輸入卡片號(hào)41按卡片號(hào)快速查詢輸入卡129按照其它方式查詢信息42按照其它方式查詢信息130選中檢索結(jié)果43選中檢索結(jié)果131靶材K值物質(zhì)和分子式空間電陣單胞體積晶格常數(shù)參考文獻(xiàn)三強(qiáng)線和對(duì)應(yīng)角度卡片號(hào)44靶材K值物質(zhì)和分子式空間電陣單胞體積晶格常數(shù)參考文獻(xiàn)三強(qiáng)132D值晶面指數(shù)Θ和2Θ值相對(duì)強(qiáng)度靶材衍射峰的個(gè)數(shù)45D值晶面指數(shù)Θ和2Θ值相對(duì)強(qiáng)度靶材衍射峰的個(gè)數(shù)133常用X衍射圖分析軟件常用的X衍射圖分析軟件有：JADE系列：JADE5.0，JADE6.5，

JADE7.0；HIGHSCORESEARCH–MARCH46常用X衍射圖分析軟件常用的X衍射圖分析軟件有：134MDIASCiiPatternFiles

*.MDIJADE的默認(rèn)數(shù)據(jù)格式,，也是一種通用的純文本格式，被很多其它軟件所使用。

RINT-2000Binarypatternfiles*.RAW日本理學(xué)儀器數(shù)據(jù)二進(jìn)制格式。Jadeimportasciipatternfiles*.TXT通用文本格式，這種格式的文件可由Jade產(chǎn)生，也可讀入到Jade中。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式小竅門(mén)：將*.TXT格式的后綴修改為*.MDI格式即可用JADE軟件處理。47MDIASCiiPatternFiles常用的數(shù)據(jù)135JADE6.5的應(yīng)用48JADE6.5的應(yīng)用136進(jìn)入Jade在開(kāi)始菜單或桌面上找到“MDIJade”圖標(biāo)，雙擊，一個(gè)簡(jiǎn)單的啟動(dòng)頁(yè)面過(guò)后，就進(jìn)入到Jade的主窗口?；螂p擊任何一個(gè)*.MDI文件即可啟動(dòng)49進(jìn)入Jade在開(kāi)始菜單或桌面上找到“MDIJade”圖137建立PDF卡片索引

在使用JADE開(kāi)始如物相檢索等工作之前，你需要有一張PDF2卡片光盤(pán)，并將光盤(pán)建立索引。目前常用的最新版PDF2為2004年版，共有1-54組、65組、70-89組卡片，實(shí)際上2003版除沒(méi)有54組外，其它都差不多，最新的2009年版有1-59組卡片。50建立PDF卡片索引在使用JADE開(kāi)始如物相檢索等工作之138PDF卡片索引的建立步驟將PDF光盤(pán)內(nèi)容復(fù)制到一個(gè)容量較大的硬盤(pán)分區(qū)上（使用起來(lái)會(huì)方便得多）；進(jìn)入ＪＡＤＥ6.５；選擇菜單中“PDF”下的Setup”命令，見(jiàn)到索引窗口。輸入PDF2光盤(pán)中PDF2.DAT文件所在位置（已復(fù)制到硬盤(pán)上），不要用Find命令讓系統(tǒng)去搜索，可用BROWSE命令自己去查找。選擇需要建立索引的PDF2子庫(kù)，PDF2中共有14萬(wàn)多張卡片，這些卡片按類(lèi)保存在不同的子庫(kù)中，最簡(jiǎn)單的辦法就是“SelectAll”，因?yàn)镴ADE建立的只是索引，而不是完全復(fù)制，所以即使你選擇了全部，也多占不了多少硬盤(pán)空間。Go，開(kāi)始建立索引，建立索引需要大約３0分鐘的時(shí)間，這期間你可以做其它的事。51PDF卡片索引的建立步驟將PDF光盤(pán)內(nèi)容復(fù)制到一個(gè)容量較139PDF2.dat文件所在位置，按Browse查找

要建立的PDF2索引所在位置，不需要更改選擇所有的卡片組，也可以根據(jù)需要選擇開(kāi)始建立索引52PDF2.dat文件所要建立的PDF2選擇所有的卡片開(kāi)始140說(shuō)明上圖是JADE6的界面，JADE9的界面有一點(diǎn)不同，也沒(méi)有關(guān)系。PDF2002和PDF2003都可以正常地在JADE6.5中建立索引，而PDF2004則在最后28秒出現(xiàn)一個(gè)警告。這沒(méi)有關(guān)系。實(shí)際上已經(jīng)完全建立好了索引。你可以正常地使用。最近發(fā)現(xiàn)，在英文版的WINDOWS2000下沒(méi)有出現(xiàn)這種情況。53說(shuō)明上圖是JADE6的界面，JADE9的界面有一點(diǎn)不同，141ICSD結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的索引建立做結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)精修必做的工作！

JADE6.0后的軟件才具有這種功能。選JADE6.0主菜單后再選擇OPTION---STRUCTUREdatascan進(jìn)入結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的索引頁(yè)面。54ICSD結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的索引建立做結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)精修必做的工142文件的讀入方式Jade可讀取的數(shù)據(jù)類(lèi)型很多，如：(*.mdi)、(*,raw)、(*.TXT)、如果不知道文件類(lèi)型，或者不愿意選擇文件類(lèi)型，可選文件類(lèi)型為“*.*”。文件的讀入方式有兩種，一種是讀入（read），另一種是添加（add）55文件的讀入方式Jade可讀取的數(shù)據(jù)類(lèi)型很多，如：(*1435614457145Read：讀入單個(gè)文件或同時(shí)讀入多個(gè)選中的文件。讀入時(shí)，原來(lái)顯示在主窗口中的圖譜被清除；Add：增加文件顯示。如果主窗口中已顯示了一個(gè)或多個(gè)譜，