材料分析方法課件B

1、 4 4. .1 1 引言引言4.2 4.2 粉末照相法粉末照相法4.4 X4.4 X射線衍射儀射線衍射儀4.3 4.3 其他照相法簡(jiǎn)介其他照相法簡(jiǎn)介 一一 .衍射方法回顧衍射方法回顧1.1.勞埃法：勞埃法：連續(xù)連續(xù)X X射線（射線（變化）變化）單晶體（單晶體（不變）不變）通過通過改變改變使一些晶面和使一些晶面和之間滿足布之間滿足布拉格方程而產(chǎn)生衍射。拉格方程而產(chǎn)生衍射。衍射花樣：衍射花樣：一些排列規(guī)則的斑點(diǎn)。一些排列規(guī)則的斑點(diǎn)。2 2 周轉(zhuǎn)晶體法：周轉(zhuǎn)晶體法： 單色單色X X射線射線 單晶體單晶體 通過旋轉(zhuǎn)晶體通過旋轉(zhuǎn)晶體改變改變各個(gè)晶面和入射各個(gè)晶面和入射X X射射線之間的線之間的夾角（夾

2、角（）而產(chǎn)生衍射。而產(chǎn)生衍射。 衍射花樣：衍射花樣：排列整齊的斑點(diǎn)。排列整齊的斑點(diǎn)。3. 粉末法粉末法： 單色單色X X射線射線 粉末多晶體，粉末多晶體， 利用粉末多晶體中利用粉末多晶體中各晶粒隨機(jī)分布的千變?nèi)f化各晶粒隨機(jī)分布的千變?nèi)f化的取向的取向，而產(chǎn)生衍射，而產(chǎn)生衍射. .衍射花樣：衍射花樣：在空間形成圓在空間形成圓錐錐。平底片上為同心圓環(huán)平底片上為同心圓環(huán)；圓筒形底片上為一對(duì)對(duì)；圓筒形底片上為一對(duì)對(duì)弧對(duì)弧對(duì)。 粉末法分為粉末法分為照相法照相法和和衍射儀法衍射儀法 1. 照相法：照相法：常用的是常用的是德拜德拜- -謝樂法謝樂法，通過德拜，通過德拜相機(jī)拍攝出衍射線，從而計(jì)算出相機(jī)拍攝出衍射

3、線，從而計(jì)算出角角dd晶面和晶體結(jié)構(gòu)。晶面和晶體結(jié)構(gòu)。2.2. 衍射儀法：衍射儀法：采用測(cè)角儀和計(jì)數(shù)器，準(zhǔn)確地測(cè)采用測(cè)角儀和計(jì)數(shù)器，準(zhǔn)確地測(cè)出出22角以及衍射強(qiáng)度。角以及衍射強(qiáng)度。 其優(yōu)點(diǎn)：其優(yōu)點(diǎn)： 22角以及衍射強(qiáng)度的測(cè)量比照相角以及衍射強(qiáng)度的測(cè)量比照相法準(zhǔn)確，減少了人為的誤差。法準(zhǔn)確，減少了人為的誤差。一一. . 德拜法及德拜相機(jī)德拜法及德拜相機(jī)在底片上所留的在底片上所留的衍射花樣衍射花樣：一對(duì)對(duì)的弧對(duì)。一對(duì)對(duì)的弧對(duì)。根據(jù)弧對(duì)的位置根據(jù)弧對(duì)的位置角角dd晶體結(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)。 需要需要注意注意的是：根據(jù)的是：根據(jù)2dsin=2dsin=最小的最小的角角，對(duì)應(yīng)著最大的晶面間距對(duì)應(yīng)著最大的晶面間

4、距d d。細(xì)長(zhǎng)底片細(xì)長(zhǎng)底片：圍成圓筒形圍成圓筒形試樣試樣：位于圓筒軸心位于圓筒軸心入射入射X-rayX-ray:與圓筒軸垂直與圓筒軸垂直. .德拜法的思路德拜法的思路 ( (二二) ) 德拜相機(jī)德拜相機(jī)構(gòu)造構(gòu)造：1.1. ( (不透光不透光) )金屬筒形外殼金屬筒形外殼：將底片固定成圓筒形，緊將底片固定成圓筒形，緊緊附在相機(jī)盒內(nèi)壁；緊附在相機(jī)盒內(nèi)壁；2.2. 試樣架試樣架：位于筒形軸心：位于筒形軸心位置，用來固定試樣；位置，用來固定試樣；3.3. 光闌光闌：固定入射：固定入射X-rayX-ray的的 方向和位置，限制入射線的不平行度、尺寸，也方向和位置，限制入射線的不平行度、尺寸，也 稱準(zhǔn)直管

5、；稱準(zhǔn)直管；4. 4. 承光管承光管：監(jiān)視入射線和試樣的相對(duì)位置，同：監(jiān)視入射線和試樣的相對(duì)位置，同 時(shí)吸收透射的時(shí)吸收透射的X-rayX-ray。.德拜相機(jī)德拜相機(jī) 另外，德拜相機(jī)的直徑也不是另外，德拜相機(jī)的直徑也不是隨便一個(gè)尺寸，為了方便計(jì)算隨便一個(gè)尺寸，為了方便計(jì)算2角角設(shè)計(jì)了兩個(gè)尺寸：設(shè)計(jì)了兩個(gè)尺寸： D=57.3mm 周長(zhǎng)周長(zhǎng)180mm D=114.6mm 周長(zhǎng)周長(zhǎng)360mm (1).(1).正裝法正裝法：X-rayX-ray從底片接口處入射。從底片接口處入射。(2).(2).反裝法反裝法：X-rayX-ray從底片中心孔射入。從底片中心孔射入。 (3).(3).偏裝法（不對(duì)稱裝法）

6、偏裝法（不對(duì)稱裝法）：底片上有兩個(gè)孔，分：底片上有兩個(gè)孔，分 別對(duì)裝在光闌和承光管的位置。別對(duì)裝在光闌和承光管的位置。（三）（三）. .底片的安裝底片的安裝 注意：注意：穿入點(diǎn)穿入點(diǎn)22為為180180。，穿，穿出點(diǎn)為出點(diǎn)為0 0。二二. .試樣制備試樣制備：試樣尺寸：試樣尺寸：0.20.21mm1mm 10 10 15mm15mm要求要求: :粉末要有合適的細(xì)度粉末要有合適的細(xì)度( (過過250 250 325325目目 篩篩), ), 過粗過粗, ,參加衍射的晶粒數(shù)減少參加衍射的晶粒數(shù)減少, , 衍射線條不連續(xù)衍射線條不連續(xù); ;過細(xì)過細(xì), ,則衍射線條則衍射線條 變寬變寬, ,不利于分析

7、不利于分析 。 制粉注意事項(xiàng)：制粉注意事項(xiàng)： 圓柱試樣的制備：圓柱試樣的制備： 細(xì)玻璃絲在粉末中滾動(dòng)；細(xì)玻璃絲在粉末中滾動(dòng)； 將粉末填充到玻璃毛細(xì)管中；將粉末填充到玻璃毛細(xì)管中； 用金屬毛細(xì)管成型；用金屬毛細(xì)管成型； 金屬細(xì)棒（金屬多為多晶體），但要注意金屬細(xì)棒（金屬多為多晶體），但要注意 擇優(yōu)取向。擇優(yōu)取向。 制粉注意事項(xiàng)：制粉注意事項(xiàng)： 要取脆性項(xiàng)、韌性相混合均勻的相，不能要取脆性項(xiàng)、韌性相混合均勻的相，不能漏掉韌性相；漏掉韌性相； 機(jī)械方法制粉避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，或?qū)⒎勰C(jī)械方法制粉避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，或?qū)⒎勰┩嘶鹨韵齼?nèi)應(yīng)力。因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力使晶格畸變，退火以消除內(nèi)應(yīng)力。因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力使晶格畸變，不利于

8、分析。不利于分析。 圓柱試樣的制備：圓柱試樣的制備： 制粉注意事項(xiàng)：制粉注意事項(xiàng)： 三三. . 攝照規(guī)程的選擇攝照規(guī)程的選擇 入射入射X X射線波長(zhǎng)射線波長(zhǎng)：避免激發(fā)出試樣的熒光：避免激發(fā)出試樣的熒光 輻射（二次特征輻射）輻射（二次特征輻射）入入略略kk試試激發(fā)出熒光輻射激發(fā)出熒光輻射Z靶靶Z試樣試樣+1k試試激發(fā)出熒光輻射激發(fā)出熒光輻射太大太大易被試樣吸收，衍射強(qiáng)度低易被試樣吸收，衍射強(qiáng)度低（2 2） 選擇合適的濾波片，濾掉選擇合適的濾波片，濾掉K K線（陽線（陽極靶的極靶的K K）。）。（3） 管電壓管電流管電壓管電流I強(qiáng)，時(shí)間短強(qiáng)，時(shí)間短I弱，時(shí)間長(zhǎng)弱，時(shí)間長(zhǎng)影響影響I I的因素有許多，

9、比如試樣，相機(jī)直徑：的因素有許多，比如試樣，相機(jī)直徑： D D大，大，I I與距離成反比，與距離成反比，I I弱弱 D D小，距底片距離短，小，距底片距離短，I I強(qiáng)強(qiáng)調(diào)整管電壓、管電流使調(diào)整管電壓、管電流使I I特征特征/ /I I連連最大，最大，一般取工作電壓為一般取工作電壓為k k系激發(fā)電壓的系激發(fā)電壓的3535倍；倍；工作管流應(yīng)工作管流應(yīng)小于小于最大管流。最大管流。I強(qiáng)，時(shí)間短強(qiáng)，時(shí)間短I弱，時(shí)間長(zhǎng)弱，時(shí)間長(zhǎng)（4） 曝光時(shí)間曝光時(shí)間： 與與衍射線強(qiáng)度直接相關(guān)衍射線強(qiáng)度直接相關(guān)4 4德拜相的誤差及修正德拜相的誤差及修正 1 1 德拜相衍射花樣計(jì)算的思路德拜相衍射花樣計(jì)算的思路R R4L4

10、=L/R 可求出可求出但但L的測(cè)量精度受到試樣的測(cè)量精度受到試樣對(duì)衍射線吸收的影響；對(duì)衍射線吸收的影響； 底片底片的的安裝對(duì)安裝對(duì)R有影響有影響2 2 試樣吸收的誤差試樣吸收的誤差 由于吸收，只有試樣表層的晶面參與衍射，由于吸收，只有試樣表層的晶面參與衍射，使衍射線偏離了理論位置，衍射線（圓弧對(duì)）有使衍射線偏離了理論位置，衍射線（圓弧對(duì)）有一寬度。一寬度。 測(cè)量時(shí)，用測(cè)量時(shí)，用2L0/R=4 計(jì)算的計(jì)算的角較為準(zhǔn)確。角較為準(zhǔn)確。計(jì)算如下：試樣半徑為計(jì)算如下：試樣半徑為，則，則 2L2L外緣外緣=2L=2L0 0+2 +2 所以所以 2L0 = 2L外緣外緣 23 3 底片伸縮的誤差底片伸縮的誤

11、差 底片的安裝使底片的安裝使R也存在誤差，可以通過底片卷成圓筒形時(shí)的有效也存在誤差，可以通過底片卷成圓筒形時(shí)的有效周長(zhǎng)周長(zhǎng)C0來計(jì)算準(zhǔn)確的來計(jì)算準(zhǔn)確的R. C0的測(cè)量的測(cè)量可通過可通過290 的兩對(duì)弧對(duì)求出，的兩對(duì)弧對(duì)求出， C0 = A+B 所以：所以：000000290360223602)(24CLCLRLRL弧度五五. .衍射花樣的測(cè)量及計(jì)算衍射花樣的測(cè)量及計(jì)算 德拜法衍射花樣的測(cè)量主要是德拜法衍射花樣的測(cè)量主要是測(cè)量測(cè)量線線條的條的相對(duì)位置相對(duì)位置和和相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度，然后再，然后再計(jì)算計(jì)算角角和和晶面間距晶面間距。以立方晶系為例（底片為偏裝）以立方晶系為例（底片為偏裝）1 1 對(duì)各弧

12、對(duì)標(biāo)號(hào)：從低角到高角依次標(biāo)對(duì)各弧對(duì)標(biāo)號(hào)：從低角到高角依次標(biāo)1 11,21,2222 2 測(cè)量有效周長(zhǎng)測(cè)量有效周長(zhǎng)C C0 03 3 測(cè)量弧對(duì)間距，注意測(cè)量測(cè)量弧對(duì)間距，注意測(cè)量2L2L外緣外緣，計(jì)算出，計(jì)算出2L2L0 0, ,高角弧對(duì)高角弧對(duì)的測(cè)量用的測(cè)量用C C0 0減去相對(duì)應(yīng)的低角弧對(duì)，即減去相對(duì)應(yīng)的低角弧對(duì)，即2L=C2L=C0 0-2L-2L4 4 計(jì)算計(jì)算角。角。5 5 計(jì)算計(jì)算d d值。值。6 6 估計(jì)各線條的相對(duì)強(qiáng)度估計(jì)各線條的相對(duì)強(qiáng)度I/II/I1 17 7 查查PDFPDF卡片，根據(jù)三強(qiáng)峰對(duì)應(yīng)的卡片，根據(jù)三強(qiáng)峰對(duì)應(yīng)的d d值，鑒定物相。值，鑒定物相。德德拜拜法法衍衍射射幾幾

13、何何8 衍射線指標(biāo)化，判別物質(zhì)的點(diǎn)陣類型衍射線指標(biāo)化，判別物質(zhì)的點(diǎn)陣類型對(duì)于立方系：對(duì)于立方系：2dsin222222adsin =hkl2ahkl 代入222222sinhkl4a對(duì)同一晶體而言對(duì)同一晶體而言 相同相同 ，令，令則：則：224a222iiiiNhkl22212n12nsin:sin:sinN :N :N當(dāng)當(dāng)角：由角：由小小大大排列；排列； d： 由由大大小小排列；排列； N： 由由小小大大排列；排列；不同晶系的不同晶系的N值由小值由小大排列有表可查。大排列有表可查。將將Ni/N1比值按順序排列出來。比值按順序排列出來。關(guān)于簡(jiǎn)單立方和體心立方衍射花樣的判別：關(guān)于簡(jiǎn)單立方和體心立

14、方衍射花樣的判別： 用頭兩根線的用頭兩根線的衍射強(qiáng)度衍射強(qiáng)度作為判別。作為判別。由于相鄰線條由于相鄰線條相差不大，在衍射強(qiáng)度諸因素中，相差不大，在衍射強(qiáng)度諸因素中，多重性因子多重性因子等起主導(dǎo)作用。等起主導(dǎo)作用。 簡(jiǎn)單立方：簡(jiǎn)單立方：頭兩根線的指數(shù)分別為頭兩根線的指數(shù)分別為100100及及110110，P P分別為分別為6 6、1212； 體心立方：體心立方：頭兩根線的指數(shù)則為頭兩根線的指數(shù)則為110110與與200200。P P分別為分別為6 6、1212； 簡(jiǎn)單立方花樣中第二根線應(yīng)較強(qiáng)，簡(jiǎn)單立方花樣中第二根線應(yīng)較強(qiáng)，體心立方體心立方則第一根線應(yīng)較強(qiáng)。則第一根線應(yīng)較強(qiáng)。9 計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù)計(jì)算點(diǎn)

15、陣常數(shù)根據(jù)公式根據(jù)公式222LKHad222LKHda可粗略的計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù)可粗略的計(jì)算點(diǎn)陣常數(shù) 注意：注意：盡量采用高角比較準(zhǔn)確盡量采用高角比較準(zhǔn)確第三節(jié) 其他照相法簡(jiǎn)介1對(duì)稱聚焦照相法對(duì)稱聚焦照相法1 思路：思路： 同類（同類（HKL）面的衍射線分布在衍射）面的衍射線分布在衍射圓錐上，單位弧長(zhǎng)上的衍射強(qiáng)度較弱，底圓錐上，單位弧長(zhǎng)上的衍射強(qiáng)度較弱，底片曝光時(shí)間很長(zhǎng)，若能將同類（片曝光時(shí)間很長(zhǎng)，若能將同類（HKL）面）面的衍射線集中于一點(diǎn)，則大大提高衍射強(qiáng)的衍射線集中于一點(diǎn)，則大大提高衍射強(qiáng)度。度。2 2 聚焦相機(jī)的衍射幾何聚焦相機(jī)的衍射幾何 將光源（發(fā)散光源）、試樣以及反射線的聚焦將光源（發(fā)散

16、光源）、試樣以及反射線的聚焦點(diǎn)設(shè)在同一圓上（該圓稱為聚焦圓），該圓與點(diǎn)設(shè)在同一圓上（該圓稱為聚焦圓），該圓與相機(jī)的內(nèi)腔重合，底片貼于圓內(nèi)側(cè)。相機(jī)的內(nèi)腔重合，底片貼于圓內(nèi)側(cè)。 由光源發(fā)出的由光源發(fā)出的X射線經(jīng)試樣上不同部位的同射線經(jīng)試樣上不同部位的同類（類（HKL）晶面反射后衍射線仍能聚集于一）晶面反射后衍射線仍能聚集于一點(diǎn)。（為什么？）點(diǎn)。（為什么？）3 3 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 分辨本領(lǐng)高，有利于攝取高分辨本領(lǐng)高，有利于攝取高角的衍射線（如角的衍射線（如圖圖2 90o），常用于點(diǎn)陣常數(shù)的測(cè)量。），常用于點(diǎn)陣常數(shù)的測(cè)量。二二 背射平板照相法背射平板照相法1 1思路：思路： 德拜法攝取的是衍射圓弧中的部分德

17、拜法攝取的是衍射圓弧中的部分弧對(duì)，但當(dāng)需要分析晶粒大小、擇優(yōu)取弧對(duì)，但當(dāng)需要分析晶粒大小、擇優(yōu)取向、晶體完整性等一些信息時(shí)就需要拍向、晶體完整性等一些信息時(shí)就需要拍攝整個(gè)圓環(huán)攝整個(gè)圓環(huán)平板照相法采用平板相平板照相法采用平板相匣（底片）達(dá)到此目的。匣（底片）達(dá)到此目的。2 衍射幾何衍射幾何 光源（發(fā)散）、試樣、衍射線聚焦點(diǎn)位于同一光源（發(fā)散）、試樣、衍射線聚焦點(diǎn)位于同一圓上，平板底片位于背散射位置，衍射花樣為圓上，平板底片位于背散射位置，衍射花樣為一系列同心圓環(huán)，每攝取一個(gè)花樣，試樣和平一系列同心圓環(huán)，每攝取一個(gè)花樣，試樣和平板底片間的距離都要改變（根據(jù)板底片間的距離都要改變（根據(jù)d d值計(jì)算改

18、變）值計(jì)算改變）3 3 用途：用途： 在已知物相和晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上分析晶體在已知物相和晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上分析晶體的完整性、擇優(yōu)取向、晶粒大小等信息。的完整性、擇優(yōu)取向、晶粒大小等信息。三三 晶體單色器晶體單色器 1 1 目的：目的：產(chǎn)生單色純凈的產(chǎn)生單色純凈的X X射線，用于衍射分析時(shí)的射線，用于衍射分析時(shí)的光源。光源。 2 2 思路：思路：選擇反射本領(lǐng)強(qiáng)的單晶體，其表面制作成與選擇反射本領(lǐng)強(qiáng)的單晶體，其表面制作成與某個(gè)反射本領(lǐng)大的晶面平行，當(dāng)一束多色的某個(gè)反射本領(lǐng)大的晶面平行，當(dāng)一束多色的X X射線照射線照到單晶上后只有符合布拉格方程的單色到單晶上后只有符合布拉格方程的單色X X射線才能衍射線

19、才能衍射，利用聚焦圓將單色的衍射線匯聚到預(yù)分析的試樣射，利用聚焦圓將單色的衍射線匯聚到預(yù)分析的試樣上，再進(jìn)行衍射分析。上，再進(jìn)行衍射分析。 目前常用的單色器為石墨晶體，利用其（目前常用的單色器為石墨晶體，利用其（00020002）面族）面族反射反射CuKCuK射線，對(duì)其進(jìn)行單色化處理。射線，對(duì)其進(jìn)行單色化處理。 組成部分：組成部分： X X射線發(fā)生器、測(cè)角儀、輻射探射線發(fā)生器、測(cè)角儀、輻射探測(cè)器、記錄單元、自動(dòng)控制單元等。測(cè)器、記錄單元、自動(dòng)控制單元等。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1 1）工作效率高（照相法底片處）工作效率高（照相法底片處理時(shí)間長(zhǎng)）理時(shí)間長(zhǎng)）; ; （2 2）探測(cè)器靈敏度高）探測(cè)器靈敏度

20、高; ; （3 3）樣品范圍廣，制樣簡(jiǎn)便）樣品范圍廣，制樣簡(jiǎn)便; ; （4 4）分析快速，結(jié)果直觀。分析快速，結(jié)果直觀。 X X射線衍射儀是采用輻射探測(cè)器和測(cè)角儀來記錄衍射線位射線衍射儀是采用輻射探測(cè)器和測(cè)角儀來記錄衍射線位置和強(qiáng)度的分析儀器。置和強(qiáng)度的分析儀器。 X X射線衍射儀的測(cè)量原理：射線衍射儀的測(cè)量原理： 利用德拜相機(jī)的光學(xué)原理。利用德拜相機(jī)的光學(xué)原理。 德拜相機(jī)德拜相機(jī)-利用底片記錄衍射花樣利用底片記錄衍射花樣; ; X射線衍射儀射線衍射儀-用儀器接受衍射用儀器接受衍射X-rayX-ray并加并加以記錄以記錄測(cè)量出所有晶面參與衍射的測(cè)量出所有晶面參與衍射的22角，角，并準(zhǔn)確記錄其對(duì)

21、應(yīng)的衍射線的強(qiáng)度并準(zhǔn)確記錄其對(duì)應(yīng)的衍射線的強(qiáng)度I I再將其再將其繪制成曲線，即可進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析。繪制成曲線，即可進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析。要解決的關(guān)鍵問題：要解決的關(guān)鍵問題：相同的（相同的（hklhkl）面的衍射線是全方位散射的）面的衍射線是全方位散射的（衍射線在空（衍射線在空間為圓錐）間為圓錐）設(shè)法加以聚焦。設(shè)法加以聚焦。 試樣對(duì)衍射線的吸收大試樣對(duì)衍射線的吸收大使用板狀試樣，減小吸收；使用板狀試樣，減小吸收； 衍射線接受裝置衍射線接受裝置計(jì)數(shù)管（探測(cè)器）；計(jì)數(shù)管（探測(cè)器）； 計(jì)數(shù)管和試樣的的移動(dòng)要滿足布拉格條件計(jì)數(shù)管和試樣的的移動(dòng)要滿足布拉格條件移動(dòng)要滿移動(dòng)要滿足足 2關(guān)系關(guān)系 。這些問題解決的

22、關(guān)鍵是由這些問題解決的關(guān)鍵是由兩兩個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的：個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的：1.X1.X射線測(cè)角儀射線測(cè)角儀解決聚焦和精確測(cè)量解決聚焦和精確測(cè)量2角的問題；角的問題； 2.2.輻射探測(cè)儀輻射探測(cè)儀解決記錄分析衍射線能量解決記錄分析衍射線能量( (強(qiáng)度強(qiáng)度) )問題。問題。一一 X X射線射線測(cè)角儀測(cè)角儀 側(cè)角儀是衍射儀的最側(cè)角儀是衍射儀的最核心部件，它相當(dāng)于核心部件，它相當(dāng)于德拜法中的相機(jī)。其德拜法中的相機(jī)。其基本構(gòu)造：基本構(gòu)造：（一）概述（一）概述 1 X1 X射線測(cè)角儀的構(gòu)造射線測(cè)角儀的構(gòu)造 樣品臺(tái)樣品臺(tái)H H位于側(cè)角儀中心，可繞位于側(cè)角儀中心，可繞O O軸軸( (垂直于畫垂直于畫面面) )旋轉(zhuǎn)，平板樣

23、品旋轉(zhuǎn)，平板樣品C C放置于樣品臺(tái)。放置于樣品臺(tái)。 X X射線源射線源由由X-rayX-ray管的靶管的靶T T上的線狀焦點(diǎn)上的線狀焦點(diǎn)S S發(fā)出的發(fā)出的，S S位于以位于以O(shè) O軸為中心的圓周上，軸為中心的圓周上，S S（線焦點(diǎn)）（線焦點(diǎn)）OO軸。軸。 計(jì)數(shù)管計(jì)數(shù)管G G和光源和光源S S位于同一圓周上位于同一圓周上, G, G前有一接前有一接受狹縫受狹縫F F，F(xiàn) F、G G均固定于支架均固定于支架E E（稱為測(cè)角儀臺(tái)）上，（稱為測(cè)角儀臺(tái)）上，支架支架E E可繞可繞O O軸旋轉(zhuǎn)。軸旋轉(zhuǎn)。3 3 測(cè)量動(dòng)作測(cè)量動(dòng)作：樣品臺(tái)與測(cè)角儀臺(tái)可繞：樣品臺(tái)與測(cè)角儀臺(tái)可繞O O軸轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng), ,當(dāng)樣品表當(dāng)樣

24、品表面相對(duì)入射面相對(duì)入射X-rayX-ray轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過角，測(cè)角儀臺(tái)相對(duì)于入射線角，測(cè)角儀臺(tái)相對(duì)于入射線轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)22角角，這一動(dòng)作稱為，這一動(dòng)作稱為-2-2連動(dòng)。連動(dòng)。掃描時(shí)掃描時(shí)：計(jì)數(shù)管的角位置（：計(jì)數(shù)管的角位置（22）可從刻度）可從刻度K K上直接讀出，上直接讀出，計(jì)數(shù)管從計(jì)數(shù)管從2=32=3160160進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄下每個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄下每個(gè)22角方向衍射線對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度，并繪制成圖角方向衍射線對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度，并繪制成圖衍射圖。衍射圖。問題：?jiǎn)栴}：1 1同類（同類（HKLHKL）晶面的衍射線怎樣才能聚焦于接受狹縫）晶面的衍射線怎樣才能聚焦于接受狹縫F?F?2 2為何為何-2-2連動(dòng)就可記錄下所有晶面

25、的衍射線？（計(jì)連動(dòng)就可記錄下所有晶面的衍射線？（計(jì)數(shù)管如何能剛好轉(zhuǎn)到有衍射線的位置？）數(shù)管如何能剛好轉(zhuǎn)到有衍射線的位置？）2 2 光源光源由由S S發(fā)出的發(fā)散光束，樣品發(fā)出的發(fā)散光束，樣品采用平板試樣采用平板試樣（二）（二） 測(cè)角儀的衍射幾何測(cè)角儀的衍射幾何1 1 聚焦問題：聚焦問題：使點(diǎn)光源使點(diǎn)光源S S、 試樣表面、接受狹縫試樣表面、接受狹縫F F必須必須位于同一圓上位于同一圓上聚焦圓，（此時(shí)，同一（聚焦圓，（此時(shí)，同一（HKLHKL）面）面的衍射線與入射線形成的圓周角均為的衍射線與入射線形成的圓周角均為-2-2，故能聚，故能聚焦）焦） 在計(jì)數(shù)管與樣品連動(dòng)掃描過程中，聚焦圓的的大在計(jì)數(shù)管與

26、樣品連動(dòng)掃描過程中，聚焦圓的的大小在變化。因此樣品表面的曲率也應(yīng)隨之變化，但樣小在變化。因此樣品表面的曲率也應(yīng)隨之變化，但樣品表面不可能實(shí)現(xiàn)這一要求，只能做近似處理，采用品表面不可能實(shí)現(xiàn)這一要求，只能做近似處理，采用平板樣品，使試樣上的一點(diǎn)平板樣品，使試樣上的一點(diǎn)O O始終和聚焦圓相切，則從始終和聚焦圓相切，則從o o點(diǎn)發(fā)出的衍射線聚焦最好，其余部分采用近似聚焦。點(diǎn)發(fā)出的衍射線聚焦最好，其余部分采用近似聚焦。 2 2 為何為何-2-2連動(dòng)就可記錄下所有晶面的衍射線？連動(dòng)就可記錄下所有晶面的衍射線？（計(jì)數(shù)管如何能剛好轉(zhuǎn)到有衍射線的位置？）（計(jì)數(shù)管如何能剛好轉(zhuǎn)到有衍射線的位置？）注意：在衍射儀法中

27、能參與衍射的晶面是與表面平行的晶面。 因此，當(dāng)試樣表面與入射線的夾角為因此，當(dāng)試樣表面與入射線的夾角為，且連續(xù)從小且連續(xù)從小角向大角向大角轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)管沿測(cè)角轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)管沿測(cè)角儀圓以角儀圓以22角連動(dòng)，當(dāng)某個(gè)（角連動(dòng)，當(dāng)某個(gè)（hklhkl）面剛好滿）面剛好滿足布拉格方程產(chǎn)生衍射線時(shí)，計(jì)數(shù)管剛好處于足布拉格方程產(chǎn)生衍射線時(shí)，計(jì)數(shù)管剛好處于22角方向記錄下衍射線。角方向記錄下衍射線。（三）測(cè)角儀的光學(xué)布置（三）測(cè)角儀的光學(xué)布置線焦點(diǎn)線焦點(diǎn)S S可使較多的入射線能量照射到試可使較多的入射線能量照射到試 樣上；樣上；狹縫光闌狹縫光闌a a限制入射限制入射X X射線的水平發(fā)散度；射線的水平發(fā)散度；梭拉

28、光闌梭拉光闌S S1 1限制了入射限制了入射X X射線的垂直發(fā)散度；射線的垂直發(fā)散度；狹縫光闌狹縫光闌b b控制入射線在試樣上的照射面積；控制入射線在試樣上的照射面積；試樣試樣與線焦點(diǎn)與線焦點(diǎn)S S平行；平行；梭拉光闌梭拉光闌S S2 2限制了衍射線的垂直發(fā)散度；限制了衍射線的垂直發(fā)散度；接受狹縫接受狹縫F F限制了衍射線的水平發(fā)散度，限制了衍射線的水平發(fā)散度， 控制衍射線進(jìn)入計(jì)數(shù)器的輻射能量?？刂蒲苌渚€進(jìn)入計(jì)數(shù)器的輻射能量。（四）對(duì)試樣的要求（四）對(duì)試樣的要求粉末試樣不能過細(xì)或過粗，粒度在幾微米粉末試樣不能過細(xì)或過粗，粒度在幾微米幾十幾十微米較合適。微米較合適。太細(xì)：太細(xì)：衍射線寬化，妨礙弱

29、衍射線的出現(xiàn)，干衍射線寬化，妨礙弱衍射線的出現(xiàn)，干擾分析。擾分析。太粗：太粗：參與衍射的晶面太少，衍射強(qiáng)度不穩(wěn)定，參與衍射的晶面太少，衍射強(qiáng)度不穩(wěn)定，也會(huì)干擾分析。也會(huì)干擾分析。 一般用粉末壓制成的平板試樣，也可采用一般用粉末壓制成的平板試樣，也可采用多晶塊狀試樣。多晶塊狀試樣。二二 衍射儀的測(cè)量方法衍射儀的測(cè)量方法 連續(xù)掃描連續(xù)掃描：在選定的：在選定的22角范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)器以一定角范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)器以一定的掃描速度與樣品（臺(tái)）實(shí)現(xiàn)的掃描速度與樣品（臺(tái)）實(shí)現(xiàn) 2從小到大的從小到大的連動(dòng)連動(dòng)掃描，測(cè)量從小到大的衍射角（掃描，測(cè)量從小到大的衍射角（22）及相應(yīng)的衍射強(qiáng)）及相應(yīng)的衍射強(qiáng)度，結(jié)果獲得度，結(jié)果

30、獲得I-2I-2曲線。（見下圖）曲線。（見下圖）特點(diǎn)特點(diǎn)：可獲得完整而連續(xù)的衍射圖，掃描速度快、工可獲得完整而連續(xù)的衍射圖，掃描速度快、工作效率高，常用于物相的作效率高，常用于物相的定性分析定性分析。分為連續(xù)掃描和步進(jìn)掃描分為連續(xù)掃描和步進(jìn)掃描1. 1. 連續(xù)掃描連續(xù)掃描常用于試樣的定性分析常用于試樣的定性分析2 04 06 08 01 0 0 2 ( d e g r e e ) C u C u2O M o S i22. 2. 階梯階梯掃描法掃描法（步進(jìn)掃描法步進(jìn)掃描法常用于定量分析工作常用于定量分析工作） 計(jì)數(shù)器首先固定在起始計(jì)數(shù)器首先固定在起始22角（已知）位置，按設(shè)定時(shí)角（已知）位置，按

31、設(shè)定時(shí)間定時(shí)計(jì)數(shù)（間定時(shí)計(jì)數(shù)（例如例如5s5s）獲得）獲得該該22處衍射強(qiáng)度；處衍射強(qiáng)度； 然后將計(jì)數(shù)器以一定的步進(jìn)寬度轉(zhuǎn)動(dòng)然后將計(jì)數(shù)器以一定的步進(jìn)寬度轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度（一個(gè)角度（0.02），再記錄該角度處的完整衍射峰的衍射強(qiáng)度；，再記錄該角度處的完整衍射峰的衍射強(qiáng)度； 每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，重復(fù)上述過程；每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，重復(fù)上述過程； 結(jié)果獲得兩兩相隔一個(gè)步長(zhǎng)結(jié)果獲得兩兩相隔一個(gè)步長(zhǎng)（ 0.02 ）的各的各22角對(duì)應(yīng)角對(duì)應(yīng)的衍射強(qiáng)度。的衍射強(qiáng)度。特點(diǎn)特點(diǎn)：常用于定量分析工作，可精確測(cè)量衍射峰的積分強(qiáng)常用于定量分析工作，可精確測(cè)量衍射峰的積分強(qiáng) 度、位置；度、位置； 精度高，但費(fèi)時(shí)，通常只用于測(cè)量角范圍

32、不大的衍精度高，但費(fèi)時(shí)，通常只用于測(cè)量角范圍不大的衍 射圖。射圖。測(cè)量參數(shù)（自學(xué)）測(cè)量參數(shù)（自學(xué)）1. 狹縫光欄寬度狹縫光欄寬度. 增加狹縫光欄寬度可使衍射強(qiáng)度增加，增加狹縫光欄寬度可使衍射強(qiáng)度增加， 但分辨率下降；但分辨率下降；. 增大發(fā)散狹縫寬度增大發(fā)散狹縫寬度b時(shí)應(yīng)避免在時(shí)應(yīng)避免在角較小角較小 時(shí)因光束過寬而照射到樣品之外為原則時(shí)因光束過寬而照射到樣品之外為原則 （否則降低了有效衍射強(qiáng)度，并帶來樣品（否則降低了有效衍射強(qiáng)度，并帶來樣品 框等產(chǎn)生的干擾線條和背底強(qiáng)度）；框等產(chǎn)生的干擾線條和背底強(qiáng)度）； . 防寄生散射狹縫影響峰背比，一般取防寄生散射狹縫影響峰背比，一般取其寬度與發(fā)散狹縫同值；其寬度與發(fā)散狹縫同值；. 接收狹縫大小按強(qiáng)度及分辨率要求選接收狹縫大小按強(qiáng)度及分辨率要求選 擇，一般情況下，只要衍射強(qiáng)度足夠擇，一般情況下，只要衍射強(qiáng)度足夠 大，盡可能選用較小的狹縫寬度（增大，盡可能選用較小的狹縫寬度（增 大分辨率）。大分辨率）。2. 掃描速度掃描速度 增大掃描速度可節(jié)省測(cè)試時(shí)間，但增大掃描速度可節(jié)省測(cè)試時(shí)間，但掃描速度過高，導(dǎo)致強(qiáng)度、分辨率下降掃描速度過高，導(dǎo)致強(qiáng)度、分辨率下降，并導(dǎo)致衍射峰位偏移、峰形不對(duì)稱、，并導(dǎo)致衍射峰位偏移、峰形不對(duì)稱、寬化等現(xiàn)象。寬化等現(xiàn)象