材料分析測(cè)試方法-7

1、物相定性分析原理物相定性分析原理l每一物相均具有特定的衍射花樣。每一物相均具有特定的衍射花樣。l多相材料的衍射花樣為各相衍射花樣的簡(jiǎn)單疊加多相材料的衍射花樣為各相衍射花樣的簡(jiǎn)單疊加材料分析測(cè)試方法上節(jié)課要點(diǎn)上節(jié)課要點(diǎn)物相物相 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 衍射花樣衍射花樣一一對(duì)應(yīng)一一對(duì)應(yīng)一一對(duì)應(yīng)一一對(duì)應(yīng)l用照相法拍攝用照相法拍攝X射線衍射花樣，或用衍射儀測(cè)定射線衍射花樣，或用衍射儀測(cè)定X射線射線衍射譜圖，從中測(cè)定衍射譜圖，從中測(cè)定d（或（或2）和）和 I 。l將實(shí)驗(yàn)測(cè)定的將實(shí)驗(yàn)測(cè)定的d（或（或2）和）和 I 與可能物相的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)與可能物相的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以確定為何種物相。進(jìn)行對(duì)比，以確定為何種物相。材

2、料分析測(cè)試方法定性分析方法定性分析方法上節(jié)課要點(diǎn)上節(jié)課要點(diǎn)lPDF卡片的獲得卡片的獲得 實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)測(cè)定 理論計(jì)算理論計(jì)算lPDF卡片的內(nèi)容卡片的內(nèi)容 晶體學(xué)數(shù)據(jù)晶體學(xué)數(shù)據(jù) 物性數(shù)據(jù)物性數(shù)據(jù) 衍射數(shù)據(jù)等衍射數(shù)據(jù)等lPDF卡片的檢索卡片的檢索 數(shù)值索引數(shù)值索引 字母索引字母索引 pcpdfwin材料分析測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（PDF卡片）卡片）上節(jié)課要點(diǎn)上節(jié)課要點(diǎn)定性分析過(guò)程定性分析過(guò)程（1）獲得衍射花樣：德拜照相法，或衍射儀法；）獲得衍射花樣：德拜照相法，或衍射儀法；（2）計(jì)算衍射線對(duì)應(yīng)的晶面間距）計(jì)算衍射線對(duì)應(yīng)的晶面間距d值值(或或2) )、測(cè)定相對(duì)強(qiáng)度、測(cè)定相對(duì)強(qiáng)度I/I1值；值；（3

3、）按強(qiáng)度遞減順序排列）按強(qiáng)度遞減順序排列d值，并選出三強(qiáng)線；值，并選出三強(qiáng)線；（4）查數(shù)值索引，找出最強(qiáng)線的晶面間距）查數(shù)值索引，找出最強(qiáng)線的晶面間距d1對(duì)應(yīng)的組；對(duì)應(yīng)的組；（5）按照三強(qiáng)線）按照三強(qiáng)線d值找出符合較好的卡號(hào)及物相。若無(wú)符合物相，另值找出符合較好的卡號(hào)及物相。若無(wú)符合物相，另選三強(qiáng)線，重新查索引；選三強(qiáng)線，重新查索引；（7）把待測(cè)相的）把待測(cè)相的d值和值和I/I1值與卡片對(duì)照，得出與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的卡片值與卡片對(duì)照，得出與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的卡片及物相；及物相；（8）對(duì)剩余衍射線強(qiáng)度歸一化處理，重復(fù)）對(duì)剩余衍射線強(qiáng)度歸一化處理，重復(fù)(3)(7)，直到標(biāo)出所有物相。，直到標(biāo)出所有物相。材

4、料分析測(cè)試方法上節(jié)課要點(diǎn)上節(jié)課要點(diǎn)物相分析注意事項(xiàng)物相分析注意事項(xiàng)1.1.定性分析時(shí)以晶面間距定性分析時(shí)以晶面間距d d值為主，相對(duì)強(qiáng)度僅作參考值為主，相對(duì)強(qiáng)度僅作參考2.2.人工檢索與計(jì)算機(jī)檢索的選擇人工檢索與計(jì)算機(jī)檢索的選擇3.3.合理估計(jì)誤差合理估計(jì)誤差4.4.檢測(cè)靈敏度檢測(cè)靈敏度5.5.衍射峰寬化問(wèn)題衍射峰寬化問(wèn)題材料分析測(cè)試方法上節(jié)課要點(diǎn)上節(jié)課要點(diǎn)5.3 物相定量分析物相定量分析一、定量分析基本原理一、定量分析基本原理定量分析含義：不僅鑒定物相種類(lèi)，而且還要測(cè)定各相的定量分析含義：不僅鑒定物相種類(lèi)，而且還要測(cè)定各相的相對(duì)含量相對(duì)含量定量分析依據(jù)：各相衍射線的強(qiáng)度隨其含量的增加而提高。

5、定量分析依據(jù)：各相衍射線的強(qiáng)度隨其含量的增加而提高。但含量與強(qiáng)度并不成正比，須加以修正但含量與強(qiáng)度并不成正比，須加以修正。定量分析實(shí)驗(yàn)方法：因衍射儀法給出的衍射強(qiáng)度比照相法定量分析實(shí)驗(yàn)方法：因衍射儀法給出的衍射強(qiáng)度比照相法精確，定量分析一般在精確，定量分析一般在X射線衍射儀上進(jìn)行射線衍射儀上進(jìn)行材料分析測(cè)試方法物相定量分析原理物相定量分析原理定量分析含義：測(cè)定各物相的相對(duì)含量定量分析含義：測(cè)定各物相的相對(duì)含量定量分析依據(jù)：各相衍射線的強(qiáng)度隨其含量的增加而提高。定量分析依據(jù)：各相衍射線的強(qiáng)度隨其含量的增加而提高。但含量與強(qiáng)度并不成正比，須加以修正但含量與強(qiáng)度并不成正比，須加以修正。定量分析實(shí)驗(yàn)方

6、法：因衍射儀法給出的衍射強(qiáng)度比照相法定量分析實(shí)驗(yàn)方法：因衍射儀法給出的衍射強(qiáng)度比照相法精確，定量分析一般在精確，定量分析一般在X射線衍射儀上進(jìn)行射線衍射儀上進(jìn)行主要方法：外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法、直接對(duì)比法、主要方法：外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法、直接對(duì)比法、K值法等值法等材料分析測(cè)試方法miiiiwKI1.外標(biāo)法外標(biāo)法l原理：原理：外標(biāo)法是將待測(cè)樣品中外標(biāo)法是將待測(cè)樣品中i相的某一衍射線條的強(qiáng)度相的某一衍射線條的強(qiáng)度與純與純i相的相同衍射線強(qiáng)度進(jìn)行直接比較，即可求出待測(cè)相的相同衍射線強(qiáng)度進(jìn)行直接比較，即可求出待測(cè)樣品中樣品中i相的相對(duì)含量。原則上只能用于兩相系統(tǒng)。相的相對(duì)含量。原則上只能用于兩相系統(tǒng)。l公式：公式：

7、 設(shè)待測(cè)樣品為設(shè)待測(cè)樣品為+兩相，則兩相，則 那么那么l特點(diǎn)：特點(diǎn)：簡(jiǎn)便，精度差簡(jiǎn)便，精度差 材料分析測(cè)試方法1ww)()()()()(0mmmmwwII2. 內(nèi)標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法l若混合物中含有若混合物中含有 n 個(gè)相，各相的個(gè)相，各相的m不相等，此時(shí)可往待不相等，此時(shí)可往待測(cè)試樣中加入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)，并繪制標(biāo)定曲線，這種測(cè)試樣中加入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)，并繪制標(biāo)定曲線，這種方法稱(chēng)為內(nèi)標(biāo)法。方法稱(chēng)為內(nèi)標(biāo)法。l配置一系列樣品，其中包含質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的待測(cè)相配置一系列樣品，其中包含質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的待測(cè)相i和質(zhì)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)恒定的標(biāo)準(zhǔn)相量分?jǐn)?shù)恒定的標(biāo)準(zhǔn)相s ，分別測(cè)衍射圖，作出，分別測(cè)衍射圖，作出Ii/Isi曲曲線

8、。線。材料分析測(cè)試方法材料分析測(cè)試方法W1，%I1/Is20406080100246810待測(cè)相質(zhì)量分?jǐn)?shù) 適用于粉末樣品適用于粉末樣品 優(yōu)點(diǎn)：定量精度高優(yōu)點(diǎn)：定量精度高 缺點(diǎn)：繁瑣、工作量大，標(biāo)定曲線受實(shí)驗(yàn)條件影響缺點(diǎn)：繁瑣、工作量大，標(biāo)定曲線受實(shí)驗(yàn)條件影響 改進(jìn)：改進(jìn)：K值法值法材料分析測(cè)試方法內(nèi)標(biāo)法特點(diǎn)內(nèi)標(biāo)法特點(diǎn)3. K值法值法 K值法是在內(nèi)標(biāo)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要差別在值法是在內(nèi)標(biāo)法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要差別在于對(duì)比例常數(shù)于對(duì)比例常數(shù)K值的處理上不同值的處理上不同 需要在待測(cè)樣中加入一種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)需要在待測(cè)樣中加入一種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) I測(cè)測(cè)/I標(biāo)標(biāo)W測(cè)測(cè)。材料分析測(cè)試方法(1) 基本計(jì)算公

9、式基本計(jì)算公式設(shè)待測(cè)試樣中含有設(shè)待測(cè)試樣中含有 n 個(gè)相，待測(cè)相個(gè)相，待測(cè)相 i 相的含量為相的含量為 Wi，摻入的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)為摻入的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)為S，加入量為，加入量為Ws，復(fù)合樣中，有：復(fù)合樣中，有： siiWWW1材料分析測(cè)試方法而而imniiiiiiWWCKI）（112imniissssWWCKI)(211siissiissisiWWKWWKKII材料分析測(cè)試方法isK只與兩相的密度和衍射角有關(guān)，與相的含量無(wú)關(guān)，只與兩相的密度和衍射角有關(guān)，與相的含量無(wú)關(guān)， 是一個(gè)是一個(gè)常數(shù)，要求常數(shù)，要求 得先求得先求 參比強(qiáng)度值。參比強(qiáng)度值。iWisKisK(2) K值法特點(diǎn)值法特點(diǎn)lK值法中的值法中的

10、與摻入量無(wú)關(guān)，且為常數(shù)。而內(nèi)標(biāo)法公式中與摻入量無(wú)關(guān)，且為常數(shù)。而內(nèi)標(biāo)法公式中的的 不僅與物相本身有關(guān)，還隨內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的摻入量有關(guān)不僅與物相本身有關(guān)，還隨內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的摻入量有關(guān)l繪制內(nèi)標(biāo)法標(biāo)定曲線時(shí)一般至少需要三個(gè)試樣，在不同樣品繪制內(nèi)標(biāo)法標(biāo)定曲線時(shí)一般至少需要三個(gè)試樣，在不同樣品中標(biāo)準(zhǔn)相中標(biāo)準(zhǔn)相 S 的重量百分?jǐn)?shù)保持恒定，的重量百分?jǐn)?shù)保持恒定，i i 相含量在各個(gè)試樣中相含量在各個(gè)試樣中不相同。不相同。 在在 K 值法中，配制試樣不要求值法中，配制試樣不要求 S 相含量恒定，也相含量恒定，也不要求不要求i i 相重量分?jǐn)?shù)有規(guī)律變化。相重量分?jǐn)?shù)有規(guī)律變化。 材料分析測(cè)試方法isKisC（4）通過(guò)）通

11、過(guò) 求待測(cè)相含量。求得求待測(cè)相含量。求得（2）制備待測(cè)相的復(fù)合樣：摻入與）制備待測(cè)相的復(fù)合樣：摻入與 相同的內(nèi)標(biāo)物相同的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，含量可不同。質(zhì)，含量可不同。（1）制備）制備Wi Ws=1 1的兩相混合樣，測(cè)定的兩相混合樣，測(cè)定 值。值。isKsiisIIKisKisKsiiiWWwW1isK(3) 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟材料分析測(cè)試方法 （Ii、Is各選一個(gè)或各選一個(gè)或2個(gè)合適的衍射峰）個(gè)合適的衍射峰）（3）測(cè)量復(fù)合樣。精確測(cè)量）測(cè)量復(fù)合樣。精確測(cè)量Ii、Is，所選峰及條件與，所選峰及條件與 同。同。復(fù)合樣中各峰的強(qiáng)度，復(fù)合樣中各峰的強(qiáng)度， IM（120+210）= 922， IC（101）= 6

12、660， IA（113）= 4829 各待測(cè)相的各待測(cè)相的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)：剛玉內(nèi)標(biāo)物質(zhì)：剛玉 (A)，向待測(cè)試樣中參入量為，向待測(cè)試樣中參入量為Ws=0.69試樣：由莫萊石試樣：由莫萊石(M)，石英，石英(Q) 和方解石和方解石(C) 三相組成三相組成isK16. 9,08. 8,47. 2CAQAMAKKK8604)1110(QI材料分析測(cè)試方法(4) K值法實(shí)例值法實(shí)例計(jì)算公式：計(jì)算公式：)1 (,siiissiiWWWKWsIIW%0 .1769. 0105265. 0.05265. 047. 269. 04892922MMWW%4 .4869. 0115019. 0.15019. 008.

13、869. 048928604QQWW%1 .3369. 0110255. 0.10255. 016. 969. 048926660CCWW材料分析測(cè)試方法計(jì)算結(jié)果：計(jì)算結(jié)果： 4. 參比強(qiáng)度法參比強(qiáng)度法lK值法進(jìn)一步簡(jiǎn)化，用剛玉作為標(biāo)準(zhǔn)物相。值法進(jìn)一步簡(jiǎn)化，用剛玉作為標(biāo)準(zhǔn)物相。l在一個(gè)含有在一個(gè)含有N個(gè)物相的多相體系中，如果每一個(gè)相的個(gè)物相的多相體系中，如果每一個(gè)相的RIR值（參比強(qiáng)度）均為已知，測(cè)量出每一個(gè)相的衍射強(qiáng)度，值（參比強(qiáng)度）均為已知，測(cè)量出每一個(gè)相的衍射強(qiáng)度，可計(jì)算出其中所有相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可計(jì)算出其中所有相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)l特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）不需要向試樣中摻入內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，減少實(shí)測(cè)工作麻煩；）

14、不需要向試樣中摻入內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，減少實(shí)測(cè)工作麻煩；（2）既適用于粉末試樣，也適用于塊體試樣）既適用于粉末試樣，也適用于塊體試樣；（3）不能測(cè)定含未知相的多相混合試樣）不能測(cè)定含未知相的多相混合試樣。材料分析測(cè)試方法原理原理其中某相其中某相X的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可表示為：的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可表示為：式中式中A表示表示N個(gè)相中被選定為內(nèi)標(biāo)相的物相名稱(chēng)個(gè)相中被選定為內(nèi)標(biāo)相的物相名稱(chēng)式中式中 為參比強(qiáng)度值，兩個(gè)物相為參比強(qiáng)度值，兩個(gè)物相X和和A的的RIR值，值，可以通過(guò)實(shí)測(cè)、計(jì)算或查找可以通過(guò)實(shí)測(cè)、計(jì)算或查找PDF卡片獲得卡片獲得材料分析測(cè)試方法NAiiAiXAXXKIKIWXAK如如: 查看查看Al的的PDF卡片可知卡片

15、可知Al的的RIR值為值為4.3材料分析測(cè)試方法5. 直接比較法直接比較法l直接比較法是將試樣中待測(cè)相某衍射峰的強(qiáng)度與另直接比較法是將試樣中待測(cè)相某衍射峰的強(qiáng)度與另一相某衍射峰的強(qiáng)度相比較，而不必?fù)饺霕?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。一相某衍射峰的強(qiáng)度相比較，而不必?fù)饺霕?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。因此，既適用于粉末，又適用于塊狀多晶試樣，在因此，既適用于粉末，又適用于塊狀多晶試樣，在工程上具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。工程上具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。l常用直接對(duì)比法于測(cè)定淬火鋼中殘余奧氏體的含量。常用直接對(duì)比法于測(cè)定淬火鋼中殘余奧氏體的含量。材料分析測(cè)試方法l當(dāng)鋼中奧氏體的含量較高時(shí)，用定量金相法可獲得滿(mǎn)意當(dāng)鋼中奧氏體的含量較高時(shí)，用定量金相法可獲得滿(mǎn)意

16、的測(cè)定結(jié)果。但當(dāng)其含量低于的測(cè)定結(jié)果。但當(dāng)其含量低于10%10%時(shí)，其結(jié)果不再可靠。時(shí)，其結(jié)果不再可靠。l磁性法雖然也能測(cè)定殘余奧氏體，但不能測(cè)定局部的、磁性法雖然也能測(cè)定殘余奧氏體，但不能測(cè)定局部的、表面的殘余奧氏體含量，而且標(biāo)準(zhǔn)試樣制作困難。表面的殘余奧氏體含量，而且標(biāo)準(zhǔn)試樣制作困難。材料分析測(cè)試方法l而而X X射線測(cè)定的是表面層的奧氏體含量，當(dāng)用通常的濾波射線測(cè)定的是表面層的奧氏體含量，當(dāng)用通常的濾波輻射時(shí)，測(cè)量極限為輻射時(shí)，測(cè)量極限為4%5%（體積）；當(dāng)采用晶體單色（體積）；當(dāng)采用晶體單色器時(shí)，可達(dá)器時(shí)，可達(dá)0.1%0.1%（體積）。（體積）。l若淬火鋼中僅含有馬氏體和殘余奧氏體兩相，

17、采用直接若淬火鋼中僅含有馬氏體和殘余奧氏體兩相，采用直接比較法測(cè)定鋼中殘余奧氏體含量時(shí)，應(yīng)在同一衍射譜圖比較法測(cè)定鋼中殘余奧氏體含量時(shí)，應(yīng)在同一衍射譜圖上測(cè)定殘余奧氏體和馬氏體的某對(duì)衍射線的強(qiáng)度比。上測(cè)定殘余奧氏體和馬氏體的某對(duì)衍射線的強(qiáng)度比。材料分析測(cè)試方法l根據(jù)衍射儀法的強(qiáng)度公式，根據(jù)衍射儀法的強(qiáng)度公式，l令令 lK K 取決于取決于、（、（hklhkl）及待測(cè)物質(zhì)種類(lèi)）及待測(cè)物質(zhì)種類(lèi) lR R 與衍射物質(zhì)種類(lèi)含量無(wú)關(guān)與衍射物質(zhì)種類(lèi)含量無(wú)關(guān)3424032cmeRIRMePFVK222220cossin2cos11材料分析測(cè)試方法l則衍射強(qiáng)度公式為：則衍射強(qiáng)度公式為：l由此得馬氏體的某衍射峰

18、的強(qiáng)度為由此得馬氏體的某衍射峰的強(qiáng)度為l殘余奧氏體的某衍射線峰的強(qiáng)度為殘余奧氏體的某衍射線峰的強(qiáng)度為材料分析測(cè)試方法VKRIl2VRKIl2VRKIl2l兩相強(qiáng)度之比為：兩相強(qiáng)度之比為：l殘余奧氏體和馬氏體的體積分?jǐn)?shù)之和為殘余奧氏體和馬氏體的體積分?jǐn)?shù)之和為f f+f+f=1=1。則可以求。則可以求得殘余奧氏體的百分含量：得殘余奧氏體的百分含量：fKfKVKVKIIIKIKf11材料分析測(cè)試方法衍射峰的選?。ㄒ匝苌浞宓倪x?。ㄒ訤e為例）為例）l互相靠近，避免重疊（特別注意與碳化物衍射峰不重疊）互相靠近，避免重疊（特別注意與碳化物衍射峰不重疊）l通常通常 (220)(220)(200)(200)

19、(d=0.12625/0.14330) (d=0.12625/0.14330) 或或 (311)(311)(211)(211) (d=0.10767/0.11700) (d=0.10767/0.11700)材料分析測(cè)試方法l若鋼中除殘余奧氏體和馬氏體外，還有碳化物存在，可若鋼中除殘余奧氏體和馬氏體外，還有碳化物存在，可同時(shí)測(cè)定衍射花樣中碳化物的某條衍射線的積分強(qiáng)度同時(shí)測(cè)定衍射花樣中碳化物的某條衍射線的積分強(qiáng)度Ic c，同樣可以求得類(lèi)似于上式的同樣可以求得類(lèi)似于上式的 I/Ic c 強(qiáng)度比關(guān)系式。強(qiáng)度比關(guān)系式。l由于由于 f+f+fc c = 1，則可求得殘余奧氏體的百分含量：，則可求得殘余奧氏

20、體的百分含量：l l上式在求得上式在求得 fc c 后即可以求得殘余奧氏體的百分含量。后即可以求得殘余奧氏體的百分含量。l鋼中碳化物的含量可以用電解萃取方法測(cè)定。鋼中碳化物的含量可以用電解萃取方法測(cè)定。IKIKffc11材料分析測(cè)試方法三、定量分析注意問(wèn)題三、定量分析注意問(wèn)題 衍射強(qiáng)度是定量分析的依據(jù)，為提高衍射強(qiáng)度測(cè)量精衍射強(qiáng)度是定量分析的依據(jù)，為提高衍射強(qiáng)度測(cè)量精度，應(yīng)注意以下問(wèn)題：度，應(yīng)注意以下問(wèn)題： 1. 降低擇優(yōu)取向和織構(gòu)的影響降低擇優(yōu)取向和織構(gòu)的影響 擇優(yōu)取向使衍射強(qiáng)度異常分布，一些很強(qiáng)，一些很弱，擇優(yōu)取向使衍射強(qiáng)度異常分布，一些很強(qiáng)，一些很弱，甚至不出現(xiàn)甚至不出現(xiàn) 采用平均強(qiáng)度法

21、，測(cè)各相所有衍射線的強(qiáng)度取平均值采用平均強(qiáng)度法，測(cè)各相所有衍射線的強(qiáng)度取平均值材料分析測(cè)試方法2. 微吸收效應(yīng)的影響微吸收效應(yīng)的影響 吸收使強(qiáng)度下降，下降程度與吸收使強(qiáng)度下降，下降程度與X射線通過(guò)的總程長(zhǎng)射線通過(guò)的總程長(zhǎng)和樣品的吸收系數(shù)有關(guān)。和樣品的吸收系數(shù)有關(guān)。 晶粒大小影響總程長(zhǎng)，要充分粉碎試樣使兩相晶晶粒大小影響總程長(zhǎng)，要充分粉碎試樣使兩相晶粒尺寸接近。粒尺寸接近。 材料分析測(cè)試方法3. 避免碳化物的干擾（直接對(duì)比法測(cè)殘奧）避免碳化物的干擾（直接對(duì)比法測(cè)殘奧） 碳化物數(shù)量決定計(jì)算公式碳化物數(shù)量決定計(jì)算公式 碳化物結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同，會(huì)造成碳化物衍射線與碳化物結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同，會(huì)造成碳化物衍射線與或

22、或重疊，重疊，選擇合適的衍射峰選擇合適的衍射峰材料分析測(cè)試方法5.4 點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)定一、測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)的意義一、測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)的意義點(diǎn)陣常數(shù)是晶體的重要基本參數(shù)，隨化學(xué)組分和外界條件點(diǎn)陣常數(shù)是晶體的重要基本參數(shù)，隨化學(xué)組分和外界條件(T,P)而變。材料研究中，固溶體研究、材料的內(nèi)應(yīng)力測(cè)而變。材料研究中，固溶體研究、材料的內(nèi)應(yīng)力測(cè)定、熱膨脹系數(shù)測(cè)定等，均可根據(jù)晶體點(diǎn)陣常數(shù)的變化定、熱膨脹系數(shù)測(cè)定等，均可根據(jù)晶體點(diǎn)陣常數(shù)的變化來(lái)進(jìn)行分析測(cè)定。來(lái)進(jìn)行分析測(cè)定。點(diǎn)陣常數(shù)的變化量很小，約為點(diǎn)陣常數(shù)的變化量很小，約為105 nm ,必須精確測(cè)定。必須精確測(cè)定。材料分析測(cè)試方法二、點(diǎn)陣常數(shù)測(cè)定

23、原理與方法二、點(diǎn)陣常數(shù)測(cè)定原理與方法立方晶系：立方晶系： 可見(jiàn)可見(jiàn) a 的誤差主要取決于的誤差主要取決于sin德拜照相法德拜照相法 2角角測(cè)測(cè)量精度低，量精度低，22=0.1=0.1衍射儀法衍射儀法 2角角測(cè)測(cè)量精度高，量精度高，22=0.02=0.02材料分析測(cè)試方法222sin2LKHa 與與 sin 關(guān)系關(guān)系)(aactgdd材料分析測(cè)試方法所以在測(cè)量誤差所以在測(cè)量誤差一定的一定的條件下，條件下，越大越大 ，點(diǎn)陣常數(shù)，點(diǎn)陣常數(shù)的相對(duì)誤差越小。所以高角的相對(duì)誤差越小。所以高角線線 sin 測(cè)定精度高測(cè)定精度高精確測(cè)定的途徑精確測(cè)定的途徑l儀器設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程保持理想狀態(tài)，盡量消除系統(tǒng)誤儀器設(shè)

24、計(jì)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程保持理想狀態(tài)，盡量消除系統(tǒng)誤差。差。l探討系統(tǒng)誤差遵循的規(guī)律，用圖解外推法或計(jì)算法求探討系統(tǒng)誤差遵循的規(guī)律，用圖解外推法或計(jì)算法求得精確值。得精確值。材料分析測(cè)試方法誤差來(lái)源誤差來(lái)源l照相法系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源照相法系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源相機(jī)半徑、底片伸縮、試樣偏心、試樣吸收相機(jī)半徑、底片伸縮、試樣偏心、試樣吸收l(shuí)衍射儀法衍射儀法儀器固有誤差、光欄準(zhǔn)直、試樣偏心（含吸收）、光儀器固有誤差、光欄準(zhǔn)直、試樣偏心（含吸收）、光束幾何、物理因素（單色，吸收）、束幾何、物理因素（單色，吸收）、測(cè)量誤差測(cè)量誤差材料分析測(cè)試方法數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理l圖解外推法圖解外推法l最小二乘法最小二乘法l衍射線對(duì)法（

25、雙波雙線法，單波雙線法）衍射線對(duì)法（雙波雙線法，單波雙線法）l計(jì)算機(jī)數(shù)值法計(jì)算機(jī)數(shù)值法材料分析測(cè)試方法圖解外推法圖解外推法材料分析測(cè)試方法2cosKaa立方晶系當(dāng)當(dāng) con2 0 ， a 0cos2 a0a根據(jù)多根衍射線分別測(cè)算根據(jù)多根衍射線分別測(cè)算值和值和a 值，并作值，并作con2 a 直線，外推直線，外推到到con2= 0 處，得真實(shí)的處，得真實(shí)的 a 值值最小二乘法最小二乘法材料分析測(cè)試方法外推法作直線時(shí)有主觀性，改進(jìn)外推法作直線時(shí)有主觀性，改進(jìn)最小二乘法。最小二乘法。cos2 a0按誤差的平方和最小擬合直線，按誤差的平方和最小擬合直線，求直線的縱截距，即得真實(shí)的求直線的縱截距，即得真

26、實(shí)的a值。值。三、三、 點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)定的應(yīng)用點(diǎn)陣常數(shù)精確測(cè)定的應(yīng)用l固溶體類(lèi)型與組分測(cè)量固溶體類(lèi)型與組分測(cè)量l鋼中馬氏體和奧氏體的含碳量測(cè)定鋼中馬氏體和奧氏體的含碳量測(cè)定l外延層錯(cuò)配度測(cè)定外延層錯(cuò)配度測(cè)定l相圖的測(cè)定相圖的測(cè)定l宏觀應(yīng)力的測(cè)定宏觀應(yīng)力的測(cè)定材料分析測(cè)試方法1. 固溶體的類(lèi)型與組分測(cè)量固溶體的類(lèi)型與組分測(cè)量材料分析測(cè)試方法 固溶體分間隙式和置換式兩類(lèi)，根據(jù)固溶體的點(diǎn)陣常固溶體分間隙式和置換式兩類(lèi)，根據(jù)固溶體的點(diǎn)陣常數(shù)隨溶質(zhì)原于的濃度變化規(guī)律可以判斷溶質(zhì)原子在固溶體數(shù)隨溶質(zhì)原于的濃度變化規(guī)律可以判斷溶質(zhì)原子在固溶體點(diǎn)陣中的位置，從而確定因溶體的類(lèi)型。點(diǎn)陣中的位置，從而確定因溶體的

27、類(lèi)型。 許多元素如許多元素如H、O、N、C、B等的原子尺寸較小，它等的原子尺寸較小，它們?cè)谌芙庥谧鳛槿軇┑慕饘僦袝r(shí)，將使基體的點(diǎn)陣常數(shù)增們?cè)谌芙庥谧鳛槿軇┑慕饘僦袝r(shí)，將使基體的點(diǎn)陣常數(shù)增大。大。例如，例如，C在在 -Fe中使中使 fcc點(diǎn)陣常數(shù)增大；點(diǎn)陣常數(shù)增大；C在在 -Fe中中的過(guò)飽和固溶體中使點(diǎn)陣增加了四方度。的過(guò)飽和固溶體中使點(diǎn)陣增加了四方度。 有許多元素，當(dāng)它們?nèi)芙庥谌軇┙饘僦袝r(shí)，將置換溶劑有許多元素，當(dāng)它們?nèi)芙庥谌軇┙饘僦袝r(shí)，將置換溶劑原子，并占據(jù)基體點(diǎn)陣的位置。原子，并占據(jù)基體點(diǎn)陣的位置。 對(duì)立方晶系的基體，點(diǎn)陣常數(shù)將增大或減小，通常取決對(duì)立方晶系的基體，點(diǎn)陣常數(shù)將增大或減小，通

28、常取決于溶質(zhì)原子和溶劑原子大小的比例。若前者大則點(diǎn)陣常數(shù)增于溶質(zhì)原子和溶劑原子大小的比例。若前者大則點(diǎn)陣常數(shù)增大，反之則減小。大，反之則減小。 對(duì)非立方晶系基體，點(diǎn)陣常數(shù)可能一個(gè)增大，一個(gè)減小。對(duì)非立方晶系基體，點(diǎn)陣常數(shù)可能一個(gè)增大，一個(gè)減小。 據(jù)此規(guī)律，可以初步判斷固溶體的類(lèi)型。若用物理方法據(jù)此規(guī)律，可以初步判斷固溶體的類(lèi)型。若用物理方法測(cè)定了固溶體的密度，又精確測(cè)定了它的點(diǎn)陣常數(shù)，則可以測(cè)定了固溶體的密度，又精確測(cè)定了它的點(diǎn)陣常數(shù)，則可以計(jì)算出單胞中的原子數(shù)，再將此數(shù)與溶劑組元的原于數(shù)比較計(jì)算出單胞中的原子數(shù)，再將此數(shù)與溶劑組元的原于數(shù)比較即可決定固溶體類(lèi)型。即可決定固溶體類(lèi)型。材料分析測(cè)

29、試方法 對(duì)于大多數(shù)固溶體，其點(diǎn)陣常數(shù)隨溶質(zhì)原子的濃度呈近似線對(duì)于大多數(shù)固溶體，其點(diǎn)陣常數(shù)隨溶質(zhì)原子的濃度呈近似線性關(guān)系，即服從費(fèi)伽性關(guān)系，即服從費(fèi)伽(Vegard)定律定律：%100ABAxaaaax材料分析測(cè)試方法式中，式中，aA和和 aB分別表示固溶體組元分別表示固溶體組元A和和B的點(diǎn)陣常數(shù)。因此，測(cè)的點(diǎn)陣常數(shù)。因此，測(cè)得含量為得含量為x的的B原子的固溶體的點(diǎn)陣參數(shù)工原子的固溶體的點(diǎn)陣參數(shù)工ax，用上式即求得固溶，用上式即求得固溶體的組分。體的組分。 實(shí)驗(yàn)表明，固溶體中點(diǎn)陣常數(shù)隨溶質(zhì)原子的濃度變化有不少實(shí)驗(yàn)表明，固溶體中點(diǎn)陣常數(shù)隨溶質(zhì)原子的濃度變化有不少呈非線性關(guān)系，此時(shí)應(yīng)先測(cè)得點(diǎn)陣常數(shù)與

30、溶質(zhì)原子濃度的關(guān)系曲呈非線性關(guān)系，此時(shí)應(yīng)先測(cè)得點(diǎn)陣常數(shù)與溶質(zhì)原子濃度的關(guān)系曲線。實(shí)際應(yīng)用中，將精確測(cè)得的點(diǎn)陣常數(shù)與已知數(shù)據(jù)比較即可求線。實(shí)際應(yīng)用中，將精確測(cè)得的點(diǎn)陣常數(shù)與已知數(shù)據(jù)比較即可求得固溶體的組分。得固溶體的組分。2 . 鋼中馬氏體和奧氏體的含碳量鋼中馬氏體和奧氏體的含碳量材料分析測(cè)試方法馬氏體的點(diǎn)陣常數(shù)馬氏體的點(diǎn)陣常數(shù)a和和c與含碳量呈直線性關(guān)系：與含碳量呈直線性關(guān)系： a = a - 0.015x c = a + 0.016x式中，式中， a =0.2866nm為純?yōu)榧?-Fe的點(diǎn)陣常數(shù)；的點(diǎn)陣常數(shù)；x為馬氏體中碳為馬氏體中碳的重量百分?jǐn)?shù)。的重量百分?jǐn)?shù)。 因此可事先計(jì)算出對(duì)應(yīng)不同含碳

31、量的點(diǎn)陣常數(shù)因此可事先計(jì)算出對(duì)應(yīng)不同含碳量的點(diǎn)陣常數(shù)c/a以及各以及各晶面的面問(wèn)距，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)值與計(jì)算值對(duì)比即可確定晶面的面問(wèn)距，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)值與計(jì)算值對(duì)比即可確定馬氏體的含碳量與馬氏體的四方度馬氏體的含碳量與馬氏體的四方度c/a。反之，由精確測(cè)定反之，由精確測(cè)定的點(diǎn)陣常數(shù)按上式直接計(jì)算出馬氏體含碳量。的點(diǎn)陣常數(shù)按上式直接計(jì)算出馬氏體含碳量。奧氏體的點(diǎn)陣參數(shù)奧氏體的點(diǎn)陣參數(shù)a與含碳量呈線性關(guān)系：與含碳量呈線性關(guān)系： a = a +0.033x，式中，式中 a 0.3573nm。材料分析測(cè)試方法求出求出a即可求得奧氏體含碳量重量百分?jǐn)?shù)即可求得奧氏體含碳量重量百分?jǐn)?shù) 當(dāng)精確測(cè)出有外延層與無(wú)外

32、延層的襯底某一高角衍射線當(dāng)精確測(cè)出有外延層與無(wú)外延層的襯底某一高角衍射線峰位差峰位差 后，就可算出膜厚后，就可算出膜厚s 外延層或表面膜的存在使襯底位置偏離了測(cè)角臺(tái)中心軸外延層或表面膜的存在使襯底位置偏離了測(cè)角臺(tái)中心軸一個(gè)距離，其值等于外延層厚度：一個(gè)距離，其值等于外延層厚度： 3. 外延層和表面膜厚度的測(cè)定外延層和表面膜厚度的測(cè)定)2(cos2Rs)2(材料分析測(cè)試方法 在衍射儀法中要盡力避免試樣的偏心。但也可利用它來(lái)在衍射儀法中要盡力避免試樣的偏心。但也可利用它來(lái)測(cè)量外延層或表面膜的厚度。測(cè)量外延層或表面膜的厚度。 用點(diǎn)陣常數(shù)法可以測(cè)定相圖的相界，其原理是：隨用點(diǎn)陣常數(shù)法可以測(cè)定相圖的相界

33、，其原理是：隨合金成分的變化，物相的點(diǎn)陣常數(shù)在相界處的不連續(xù)性。合金成分的變化，物相的點(diǎn)陣常數(shù)在相界處的不連續(xù)性。材料分析測(cè)試方法4 相圖的測(cè)定相圖的測(cè)定 因此，在同一溫度下某一相的點(diǎn)陣常數(shù)在單相區(qū)和因此，在同一溫度下某一相的點(diǎn)陣常數(shù)在單相區(qū)和雙相區(qū)隨合金成分的變化的兩條曲線必然相交，其交點(diǎn)雙相區(qū)隨合金成分的變化的兩條曲線必然相交，其交點(diǎn)即為測(cè)定的相界點(diǎn)即為測(cè)定的相界點(diǎn)(極限溶解度）。極限溶解度）。 根據(jù)物相的特定衍射根據(jù)物相的特定衍射花樣還可確定該相的微觀晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型。花樣還可確定該相的微觀晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型。5.4 XRD其它分析方法其它分析方法一、結(jié)晶度測(cè)試一、結(jié)晶度測(cè)試 結(jié)晶度即樣品材料中晶

34、體所占百分含量，反應(yīng)樣品結(jié)晶度即樣品材料中晶體所占百分含量，反應(yīng)樣品的結(jié)晶（晶化）程度，利用的結(jié)晶（晶化）程度，利用XRD可測(cè)定結(jié)晶度?？蓽y(cè)定結(jié)晶度。材料分析測(cè)試方法X射線衍射譜圖的其它信息半高寬半高寬結(jié)晶作用結(jié)晶作用晶體尺寸晶體尺寸晶格應(yīng)力晶格應(yīng)力非晶態(tài)非晶態(tài)晶態(tài)晶態(tài)結(jié)晶度計(jì)算：結(jié)晶度計(jì)算：cX%100acccgggX結(jié)晶度結(jié)晶度cg晶體總量晶體總量ag非晶體總量非晶體總量 分別依據(jù)晶相與非晶相衍分別依據(jù)晶相與非晶相衍射峰的積分面積（扣除背底）射峰的積分面積（扣除背底）acgg、現(xiàn)代材料分析技術(shù)結(jié)晶度測(cè)定結(jié)晶度測(cè)定二、晶粒尺寸測(cè)定二、晶粒尺寸測(cè)定 理論上應(yīng)用理論上應(yīng)用X射線粉末衍射儀對(duì)結(jié)晶粉末進(jìn)行測(cè)試射線粉末衍射儀對(duì)結(jié)晶粉末進(jìn)行測(cè)試時(shí)，掃描出來(lái)的圖譜中峰應(yīng)該是一條線而不是一個(gè)具有時(shí)，掃描出來(lái)的圖譜中峰應(yīng)該是一條線而不是一個(gè)具有某一寬度的峰，但實(shí)際上我們做實(shí)驗(yàn)掃描出來(lái)的圖譜的某一寬度的峰，但實(shí)際上我們做實(shí)驗(yàn)掃描出來(lái)的圖譜的每一根峰都具有一定的寬度。峰的寬化有兩個(gè)原因：每一根峰都具有一定的寬度。峰的寬化有兩個(gè)原因： (1)儀器的原因造成峰的寬化。儀器的原因造成峰的寬化。 (2)樣品本身的微晶產(chǎn)生的寬化。樣品本身的微晶產(chǎn)生的寬化。材料分析測(cè)試方法1. 微晶引起的寬化微