(RD)-射線衍射儀的應(yīng)用

XX-RayDiffractometer武漢理工大學(xué)材料學(xué)院張海梁主要功能： 1、物相定性定量分析2、準(zhǔn)確測定點陣常數(shù)3、晶粒大小及晶格畸變測定4、結(jié)晶度測定等一、X-Ray理論根底X射線譜連續(xù)X射線譜：任何高速帶電粒子突然減速時，都會產(chǎn)生電磁輻射。在X射線管中，高能電子撞擊陽極靶時，電子的局部能量轉(zhuǎn)化為電磁輻射——X射線，從而〔由大量電子的作用整體結(jié)果〕構(gòu)成了連續(xù)X射線譜。即 hc 〔式中：0~1〕 eV特征X射線譜〔標(biāo)識X射線譜陽極靶材原子的核外電子受陰極高能電子的撞擊從而激發(fā)形成空位，外層高能態(tài)電子躍遷到低能態(tài)空位從而釋放能量——標(biāo)識X射線。核外各層電子的標(biāo)識X射線共同構(gòu)成特征X射線譜。二、XRD工作原理X射線是一種波長很短(約為20～0.06┱)的電磁波熒光物“靶”產(chǎn)生的X射線中，包含與靶材元素對應(yīng)的具有特定波長的X射線，稱為特征〔或標(biāo)識〕X射線。X射線的波長和晶體內(nèi)部原子間的距離〔0.3-nm〕相近，1912年德國物理學(xué)家勞厄(M.vonLaue)XX射線通過晶體時將發(fā)生衍射，衍射波疊加的結(jié)果使射線的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。通過分析在照相底片上得到的衍射把戲，便可確定晶體構(gòu)造。1913年英國物理學(xué)家布喇格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)NaCl、KCl等的晶體構(gòu)造，并提出了作為晶體衍射根底的著名公式──布喇格定律：2dsinn當(dāng)X射線以掠角θ〔入射角的余角)入射到某一點陣平面間距為d式的條件下，將在反射方向上得到因疊加而加強的衍射線。布喇格定律簡潔直觀地表達了衍射所X射線波長λ時(選用固定波長的特征X射線)，承受細(xì)粉末或細(xì)粒多晶體的線狀樣品，可從一堆任意取向的晶體中，從每一θ角符合布喇格條件的反射面得到反射，測出θ一步確定晶胞內(nèi)原子的排布。這便是X射線構(gòu)造分析中的粉末法或德拜-謝樂(Debye—Scherrer)〔即θ不變射束的波長作為變量來保證晶體中一切晶面都滿足布喇格條件，應(yīng)選用連續(xù)X射線束。假設(shè)利用構(gòu)造的晶體，則在測定出衍射線的方向θ后，便可計算X射線的波長，從而判定產(chǎn)生特征X射線的元素。這便是X射線譜術(shù)。X射線衍射儀析的定性分析和定量分析。廣泛應(yīng)用于冶金，石油，化工，科研，航空航天，教學(xué)，材料生產(chǎn)等領(lǐng)域。三、XRD根本構(gòu)造1、X射線管〔定靶型〕前者最大功率2.5K〔轉(zhuǎn)靶型〕后者在10KW以上。X射線管工作時陰極接負(fù)高壓，陽極接地。燈絲四周裝有把握柵，使燈絲發(fā)出的熱電子在電場的作用下聚焦轟擊到靶面上。陽極靶面上受電子束轟擊的焦點便成為X射線源，向四周放射X射線。在陽極一端的金屬管壁上一般開有四個射線出射窗口。密封式X射線管管內(nèi)真空度達10-～10-6乇，窗口材料用Be片〔厚0.2～0.3m。轉(zhuǎn)靶X射線管承受機械泵+使電子轟擊面不斷轉(zhuǎn)變，即不斷轉(zhuǎn)變發(fā)熱點，從而到達提高功率的目的。2、測角儀和光路系統(tǒng)3、其它試驗室條件： 室內(nèi)溫度保持恒定在20C，室內(nèi)相對濕度保持在70%以下。真空系統(tǒng)： 翻開電源，按下Pump面板上的START按鈕，啟動真空系統(tǒng)，試驗要求真空度在10-5托或更高。冷卻系統(tǒng)： 承受循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，開機時翻開循環(huán)水開啟開關(guān)。X射線發(fā)生器的電源，以免X射線管受到損壞；功率過載保護電路——當(dāng)管子的運行功率超過設(shè)定值時，自動切斷X射線發(fā)生器的電源；KVKV10KV或超過設(shè)定限制時，自動切斷X射線發(fā)生器的電源；門〔door〕保護——開/關(guān)門時自動切斷高壓電源。四、XRD類型與應(yīng)用X射線單晶衍射儀XRDX射線粉末衍射儀定性分析XRD 定量分析XRD工作方式 五、XRD1、粉狀樣品要求300~350目制備0.5~1g樣粉放入專用玻璃片凹槽內(nèi)，用毛玻璃片輕壓樣粉，使之布滿凹槽，輕輕刮去多余的樣粉，使凹槽內(nèi)樣粉外表與專用玻璃片外表齊平。2、塊狀樣品要求：外表尺寸不得大于15mm*18mm，外表〔被照耀面〕承受金相水磨砂紙磨平，無應(yīng)力和織構(gòu)。制備：取鋁樣品架正面朝下〔正面左上角有白點，反面下端有兩道擦痕〕放在平析玻璃2cm的長條，放在樣品架上，在橡皮條的兩端與樣品反面輕壓，使樣品固定在樣品架上，留意不要太用力，否則橡膠泥突出到樣品外表，造成多余的衍射線條。六、XRD1、XRD操作步驟開機翻開冷卻水龍頭，觀看水的流量；合上衍射儀總電閘；拉開衍射儀前面板，翻開下部的總電源；按測角儀電源開關(guān)，啟動水循環(huán)泵，日光燈亮；視具體狀況，在微機上編好測試程序；將待測樣插入樣品架內(nèi)，關(guān)好防護罩；開高壓電源，交替上升電壓和電流，但不能超過X光管的額定功率；執(zhí)行程序，儀器自動測量。關(guān)機1〕〔KV/mAXGcontroler窗口，點下X-Ray，使之變成灰色，X射線發(fā)生器自動降下高壓，并關(guān)閉高壓發(fā)生器〕2〕30min后關(guān)測角儀電源，停頓供水〔Power和真空系統(tǒng)：關(guān)閉高壓后，連續(xù)保持循環(huán)30minPower，并關(guān)閉循環(huán)水；關(guān)閉Power10minX射線衍射儀前面板上Pump板上的STOP按鈕，系統(tǒng)先使分子泵減速，然后自動關(guān)閉真空系統(tǒng)〕取出試樣，關(guān)微機電源，關(guān)衍射儀下部電源〔30min后，可關(guān)閉全部電源。電源包括循環(huán)水開關(guān)、衍射儀后面板上的三相主機源開關(guān)、衍射儀后面板上的單相把握電源開關(guān)、靠窗墻上的單相和三相空氣開關(guān)、電源把握柜內(nèi)的三相主電源開關(guān)〕關(guān)總電閘和冷卻水。故或設(shè)備事故發(fā)生。故障如覺察特別，應(yīng)馬上停機、查明緣由。2、XRD測試軟件操作〔〔不同廠家的XRD在軟件操作上可能不同〕XG的把握XG’Ageing〔老練〕常規(guī)測量程序測量條件選擇數(shù)據(jù)保存設(shè)置執(zhí)行測量七、XRDXRD定性分析軟件〔0〕〔0〕XRDPcpdgwin它是在衍射圖譜標(biāo)定以后，依據(jù)d值檢索。一般可以有限定元素、依據(jù)三強線、結(jié)合法等方法。所檢索出的卡片多時候不對。一張簡潔的衍射譜有時候一天也搞不定。searchmatch可以實現(xiàn)和原始試驗數(shù)據(jù)的直接對接，可以自動或手動標(biāo)定衍射峰的位置，對于一般的圖都能很好的應(yīng)付。而且有幾個小工具使用很便利。如放大功能、十字定位線、坐標(biāo)指示按鈕、網(wǎng)格線條等。最重要的是它有自動檢索功能?？梢詭湍愫鼙憷臋z索出你要找的物相。也可以進展各種限定以縮小檢索范圍。假設(shè)你對于你的材料較為生疏的話，對于一張含有4，5相的圖譜，檢索也就3分鐘。效率很高。而且它還有自動生成試驗報告的功能！highscore幾乎search幾乎searchmatch都具備，而且它比searchmatch〔1〕它可以調(diào)用的數(shù)據(jù)格式更多〔2〕窗口設(shè)置更人性化，用戶可以自己選擇〔3〕譜線位置的顯示方式，可以讓你更直接地看到檢索的狀況〔4〕手動加峰或減峰更加便利〔5〕可以對衍射圖進行平滑等操作，是圖更秀麗?！?〕可以更改原始數(shù)據(jù)的步長、起始角度等參數(shù)?！?〕可以進展0點的校正?！?〕可以對峰的外形進展校正〔9〕可以進展半定量分析〔10)物相檢索更加便利，檢索方式更多?！?1〕可以編寫批處理命令，對于同一系列的衍射圖，一鍵搞定。4.jade和highscore相比自動檢索功能少差，但它有比之更多的功能〔1〕它可以進展衍射峰的指〔2〕進展晶格參數(shù)的計算〔3〕依據(jù)標(biāo)樣對晶格參數(shù)進展校正〔4〕輕松計算峰的面積、〔5〕出圖更加便利，你可以在圖上進展更加任憑的編輯。4、Jade4、Jade〔簡版〕啟動Jade翻開計算機，雙擊桌面上的Jade圖標(biāo)，進入Jade窗口。I盤〔K盤〕RAW〔衍射測量數(shù)據(jù)二進制格式〕程序有較多與衍射儀有關(guān)的參數(shù)設(shè)置，已由設(shè)備治理人通過具體測量并設(shè)置好，任何試驗操作者的重設(shè)置都可能使分析結(jié)果不準(zhǔn)確或完全不正確。Jade的主窗口翻開測量文件圖譜平滑扣除背后底扣除Kα2尋峰其它功能物相檢索檢索結(jié)果輸出八、XRD1、測試原理及方法X射線物相定量分析的任務(wù)是依據(jù)混合樣中各物質(zhì)的衍射線的強度來確定各相物質(zhì)的相對含量。從衍射線強度理論可知，多相混合物中某一相的衍射強度隨該相的相對含量的增加而增加。但由于試樣的吸取等因素的影響假設(shè)我們用試驗測量或理論分析等方法確定了該關(guān)系曲線，就可以從試驗測得的強度算出該相的相對含量，這是定量分析的依據(jù)。根本公式：Icw/j j j j mI------j相某衍射線強度；jw j相質(zhì)量百分?jǐn)?shù)；jc j相有關(guān)的常數(shù)；j j相的密度；jm 混合物的質(zhì)量吸取系數(shù)。〔1〕K值法：

分析方法1 w

直接比照法外標(biāo)法K值法Ix s j kj w Is o s式中：j 待測相〔如Zn；S 參考相Al2O；xj j相的含量；skj js1:1的衍射強度比；sIj 、Is 分別是復(fù)合樣中j相和s相的衍射強度；s ww 分別是復(fù)合樣中參考相s和待測樣的質(zhì)量〔一般取1：4〕s 依據(jù)公式可知：3種樣品：純的參考相s、純的j相、待測樣；2個樣片：sj1:1的混合樣，s相與待測樣的〔質(zhì)量1:4〕復(fù)合樣。s的選擇要求：要有穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，且不與待測樣中各成分發(fā)生反響；參考相s與待測相j重疊；其他。分析線的選則要求：孤、強、近、真K值法的缺點：純的j相很難得到；樣品必需使粉末狀；每次測試只能分析待測樣中某一種物相；其他。2、測試過程與操作制樣5~10um；混合樣品需在瑪瑙研缽中進展，且必需混合均勻。測復(fù)合樣衍射把戲先在大的角度范圍內(nèi)測試，得到復(fù)合樣的衍射把戲圖譜。選擇分析線依據(jù)復(fù)合樣的衍射把戲圖譜選擇適宜的分析線，并確定測試的角度范圍。強度測試分別對復(fù)合樣和混合樣在所選擇的測試角度范圍內(nèi)進展慢速掃描測試，得到衍射把戲圖譜；依據(jù)衍射圖譜分別計算衍射峰的面積。數(shù)據(jù)記錄和處理。九、XRD〔局部〕1、X光管是如何產(chǎn)生X射線的