材料分析测试技术 课件 第四章 X射线分析方法应用.pptx

第四章 X射线分析方法应用第四章 X射线分析方法应用衍射峰位置、强度、半峰宽4.1点阵常数分析d（一）物相定性分析多个sin2??规律判断物相2dsin??=??4.2 物相分析（二）物相定量分析不同物相峰强相对比例4.3 应力分析半峰宽、d变化判断晶粒大小、固溶及应力4.4 结构精修分析结合实验数据理论拟合得出晶体结构参数，原子坐标、占有率等第四章 X射线分析方法应用—点阵常数分析4.1 点阵常数分析任何一种晶体材料的点阵常数都与它所处的状态有关。当外界条件（如温度、压力）以及化学成分、内应力等发生变化，点阵常数都会随之改变。这种点阵常数变化是很小的，通常在10-5nm量级。精确测定这些变化对研究材料的相变、固溶体含量及分解、晶体热膨胀系数、内应力、晶体缺陷等诸多问题非常有作用。所以精确测定点阵常数的工作有时是十分必要的。 第四章 X射线分析方法应用—点阵常数分析4.1 点阵常数分析（一）点阵常数的测定 X射线测定点阵常数是一种间接方法，它直接测量的是某一衍射线条对应的θ角，然后通过晶面间距公式、布拉格公式计算出点阵常数。以立方晶体为例，其晶面间距公式为： 根据布拉格方程2dsinθ=λ，则有： 用哪个晶面指数算点阵常数呢？第四章 X射线分析方法应用—点阵常数分析（一）点阵常数的测定式中误差来源关键因素是sinθ。点阵常数测量一般选θ高角区为什么在高角区sinθ测量值精度更高？当θ角位于低角度，若存在△θ误差，对应△sinθ误差很大；当θ角位于高角度，若在同样△θ误差，对应△sinθ误差范围变小；当θ角趋近于90°时，△sinθ的误差却趋近于零。第四章 X射线分析方法应用—点阵常数分析直线外推法如果所测得的衍射线条θ角趋近90°，那么误差（△a/a）趋近于0。没有θ=90°衍射线条，采用“外推法” 解决问题。外推法:以θ角为横坐标，以点阵常数a为纵坐标；求出一系列衍射线条的θ角及其所对应的点阵常数a；在所有点阵常数a坐标点之间作一条曲线交于θ=90°处的纵坐标轴上，从而获得θ=90°时的点阵常数，即是精确点阵常数。 外推函数与点阵常数成线性，引入外推函数kcos2θ。可包含低角度衍射线条的外推函数?（cos2θ/sinθ+cos2θ/θ）要求以高角度衍射线条为作图数据实验情况外推函数主要来源于试样吸收，主要取高角度区数据cos2θ平板试样cot2θ试样不平cosθcotθ高角度区数据较少或低对称晶系第四章 X射线分析方法应用—点阵常数分析（一）点阵常数的测定外推函数的选用第四章 X射线分析方法应用—点阵常数分析直线图解外推法存在问题： 首先存在主观因素； 其次坐标纸的刻度不可能很精确。柯亨法用最小二乘法思想处理实验数据的数学方法。式中Y即为点阵参数值，X为外推函数值?Y=a?=变量自变量联立解方程得到a第四章 X射线分析方法应用—点阵常数分析（二）误差来源与消除用衍射仪法θ角系统误差来源有： 1、计数器转动与试样转动比(2:1)驱动失调； 2、初始位置误差； 3、试样放置误差，试样表面与衍射仪轴不重合； 4、平板试样误差，因为平面不能替代聚焦圆曲面； 5、入射X射线轴向发散度误差； 6、仪器刻度误差等。 试样晶粒大小、应力状态、厚度、表面形状等也会引起误差。直线外推法，柯亨法等数据处理方法也用来消除上述二种的误差。 第四章 X射线分析方法应用—物相分析 4.2 X射线物相分析 材料或物质的组成包括两部分： 一是确定材料的组成元素及其含量； 二是确定这些元素的存在状态，即是什么物相。材料由哪些元素组成的分析工作可以通过化学分析、光谱分析、X射线荧光分析等方法来实现，这些工作称之成份分析。材料由哪些物相构成可以通过X射线衍射分析加以确定，这些工作称之物相分析或结构分析。 第四章 X射线分析方法应用—物相分析 4.2 X射线物相分析 例如对于钢铁材料（Fe-C合金） 成份分析可以知道其中C%的含量、合金元素的含量、杂质元素含量等等。 但这些元素的存在状态可以不同，如碳以石墨的物相形式存在形成的是灰口铸铁，若以元素形式存在于固溶体或化合物中则形成铁素体或渗碳体。 究竟Fe-C合金中存在哪些物相则需要物相分析来确定。用X射线衍射分析可以帮助我们确定这些物相；进一步的工作可以确定这些物相的相对含量。 前者称之X射线物相定性分析， 后者称之X射线物相定量分析第四章 X射线分析方法应用—定性分析4.2.1X射线物相定性分析原理 X射线物相分析是以晶体结构为基础，通过比较晶体衍射花样来进行分析的。 对于晶体物质中来说，各种物质都有自己特定的结构参数（点阵类型、晶胞大小、晶胞中原子或分子的数目、位置等），结构参数不同则X射线衍射花样也就各不相同，所以通过比较X射线衍射花样可区分出不同的物质。 当多种物质同时衍射时，其衍射花样也是各种物质自身